黃慧敏 陳寶健 范冰輝 劉益寶

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108； 2.福建船政交通職業(yè)學(xué)院管理工程系，福建 福州 350007)

1 概述

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)是近年來建筑行業(yè)的一門新興技術(shù)。它是以協(xié)同交互的方式在工程全生命周期內(nèi)對建筑信息進行建模、存儲、交換和共享的過程[1]，致力于改變傳統(tǒng)2D條件下設(shè)計、施工等各參與方由于協(xié)調(diào)不足而形成的“信息孤島”，避免了后期建設(shè)效率低下且返工率高等問題，在控制質(zhì)量的同時也節(jié)約了項目時間與成本，是當(dāng)下行業(yè)研究和應(yīng)用的熱點[2]。住建部在“十三五規(guī)劃”中明確指出：要“加大信息化推廣力度，應(yīng)用BIM技術(shù)的新開工項目數(shù)量增加?！币虼?，如何充分利用BIM 技術(shù)，將其推廣應(yīng)用至實際工程項目中成為亟待研究的問題。

橋梁工程跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點導(dǎo)致其施工工藝復(fù)雜，加之實際建設(shè)中管理機制和模式存在問題，往往導(dǎo)致效率不高、資源浪費嚴重、各項目參與方難以協(xié)調(diào)等問題，進而給建設(shè)各方帶來嚴重的損失。從工程經(jīng)濟的視角，施工前期的階段是成本控制和質(zhì)量管理的關(guān)鍵階段。因此，現(xiàn)今建筑企業(yè)能否生存與發(fā)展取決于其能否“防微杜漸”——在工程施工前期進行科學(xué)有效的管理。目前，BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計和施工方面上取得了初步的研究和應(yīng)用成果。劉智敏等將BIM技術(shù)應(yīng)用于塞拉利昂公路中某段橋梁的設(shè)計階段，運用工作集和鏈接管理進行碰撞檢查，大大降低了施工過程出錯的可能性[3]。林友強等建立的TJADBrIM橋梁信息模型系統(tǒng)實現(xiàn)了橋梁快速建模、結(jié)構(gòu)分析和自動出圖等功能[4]。陳競翔[5]通過建立全橋及周邊地形的全方位信息模型，借助施工模擬更好地優(yōu)化了工序與工期安排。劉占省等基于卡塔爾多哈大橋項目，進行橋梁安裝施工、穿筋施工等仿真模擬，從而更好的指導(dǎo)橋梁復(fù)雜工藝的施工[6]。

本文進一步將BIM技術(shù)與橋梁工程施工前期的管理控制方法聯(lián)合使用，有效地控制施工前期不必要的浪費，達到對施工資源和工期的有效管理。

2 施工前期管理應(yīng)用內(nèi)容

1)策劃階段。

使用BIM技術(shù)建立一個3D模型，各參與方根據(jù)業(yè)主要求對三維模型進行工作協(xié)調(diào)，最終選定一個滿意的方案。

2)可行性研究階段。

擬定項目建設(shè)方向，基于對土地資源和市場的分析，研究和論證項目周圍環(huán)境對項目開展的影響。

3)設(shè)計階段。

a.BIM技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計。

在BIM模型中工程量信息和圖紙信息跟模型是連鎖關(guān)系，發(fā)生設(shè)計變更后，對其進行修改，信息就會自動更新，節(jié)省了大量時間。

b.BIM技術(shù)的碰撞檢查。

基于BIM可視化三維平臺，整合并檢測土建、水電和其他設(shè)備安裝工程的設(shè)計，降低后期變更的概率，由此減少返工導(dǎo)致的資源浪費和進度問題。

3 基于BIM技術(shù)的橋梁工程施工前期管理應(yīng)用

福建某跨海大橋是漳州沿海大道(縱一線)及連接線工程中關(guān)鍵性的控制節(jié)點。該橋全長3 564.5 m(含橋臺長度)：主橋采用連續(xù)梁，跨徑組合為(83+150+83) m；北、南引橋均采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制T梁。本文將“A1標(biāo)段”即北引橋、主橋(含26號過渡墩)作為實際工程背景。

3.1 福建某跨海大橋BIM模型創(chuàng)建

橋梁BIM模型作為整個項目的信息載體，構(gòu)件精細化程度高、模型尺寸準(zhǔn)確是項目能夠順利開展的保證。本文采用AUTODESK旗下的REVIT軟件進行福建某跨海大橋BIM模型創(chuàng)建。

1)創(chuàng)建橋梁構(gòu)件族。

取6個煙草樣品，同一天內(nèi)在相同條件下平行測定茄尼醇含量7次，計算日內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差；并在相同條件下每隔3 d測定1次，共測定7次，計算日間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

因為REVIT軟件沒有預(yù)定好的橋梁構(gòu)件族，所以使用其中的通用族完成橋梁構(gòu)件模型的創(chuàng)建。圖1為對主橋部分創(chuàng)建的族類型。

以預(yù)制T梁族繪制為例，構(gòu)件族的創(chuàng)建過程如下：

a.使用“公制結(jié)構(gòu)框架—梁和支撐族”繪制預(yù)制T梁，先繪制放樣路徑，再繪制放樣的輪廓，得到T梁中段部分。

b.打立面圖>>前視圖>>選擇放樣融合繪制T梁變化段，在T梁中段的端點向另外一側(cè)繪制放樣路徑，再在路徑的兩端繪制融合輪廓，得到T梁變化段。

c.用放樣方法繪制T梁端頭、橫隔板，用拉伸方法繪制齒塊得到預(yù)制T梁的完整模型。

使用“公制結(jié)構(gòu)框架—梁和支撐族”繪制預(yù)制T梁族的好處優(yōu)點在于：福建某跨海大橋最大縱坡2.2%，橋面橫坡為雙向2.5%，同時第一跨至第十跨的梁段位于圓曲線及緩和曲線上，該族類型包含的特性參數(shù)能使模型在三維空間定位更加準(zhǔn)確并且使模型尺寸更加精確。

創(chuàng)建橋梁構(gòu)件族是項目開展的基礎(chǔ)，更多橋梁構(gòu)件族創(chuàng)建在此不一一贅述。

2)模型整合。

使用REVIT中的“導(dǎo)入CAD”功能繪制樁基定位軸線，添加樁基、鋼護筒等橋梁構(gòu)件族，調(diào)整各個族標(biāo)高；然后依次放置系梁族等族至相應(yīng)位置；隨后繪制主橋部分；最后進行路面鋪裝及附屬設(shè)施的繪制。圖2為福建某跨海大橋BIM模型渲染圖。

3.2 設(shè)計變更管理

通過現(xiàn)場實地測量發(fā)現(xiàn)個別墩位河床標(biāo)高在0.5 m～1.5 m之間，高于系梁底標(biāo)高且?guī)r石裸露，施工時需要強行開挖，為減少系梁對原河床的開挖破壞造成水質(zhì)污染，決定適當(dāng)抬高其標(biāo)高，并將柱底系梁變更為樁頂系梁。出現(xiàn)設(shè)計變更后，基于BIM技術(shù)參數(shù)連鎖性的特點，只需要更新BIM模型中的相關(guān)參數(shù)，相應(yīng)的工程量信息和圖紙信息就能自動修正，從而避免傳統(tǒng)設(shè)計中因此而造成的圖紙大規(guī)模修正的麻煩，節(jié)約了時間和成本。

3.3 工程量統(tǒng)計與校核

作為橋梁施工管理的關(guān)鍵點之一，構(gòu)件工程量統(tǒng)計與校核對橋梁成本管理具有重要意義。使用BIM軟件進行工程量的計算優(yōu)點在于：計算能力強，相比CAD等傳統(tǒng)工具，BIM模型能快速提取任意復(fù)雜幾何形體的相應(yīng)數(shù)據(jù)；計算質(zhì)量好，能繪制曲面或復(fù)雜的幾何模型，模型數(shù)據(jù)精度高，大大提高了后期估算工程造價的準(zhǔn)確性；計算效率高，可自動導(dǎo)出所需工程量信息，信息會隨著參數(shù)的修正而自動更改，使得模型深化、造價估算更為快捷。

福建某跨海大橋項目共創(chuàng)建22種橋梁構(gòu)件族，60種族類型，繪制1 667個族實例。使用BIM計算的工程混凝土量合計12 901.58 m3，而傳統(tǒng)設(shè)計方法相應(yīng)的統(tǒng)計量為13 040.1 m3。其中樁基礎(chǔ)的體積差為1 755.52 m3，對工程預(yù)算的影響較大，由此對樁基礎(chǔ)部分工程量進行驗算。部分差異較大的計算過程如表1所示，根據(jù)對比可得出結(jié)論，使用BIM技術(shù)導(dǎo)出構(gòu)件體積進行計算的結(jié)果是準(zhǔn)確的。

3.4 碰撞檢查

基于工程項目管理視角，BIM技術(shù)在整合協(xié)調(diào)土建和其他安裝工程發(fā)揮著極其重要的作用：一方面BIM建立的模型信息可以作為設(shè)計單位評判設(shè)計方案是否合理的一個考查過程，通過NAVISWORKS軟件的碰撞檢查找出傳統(tǒng)二維設(shè)計中難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)施交叉問題，達到對工程質(zhì)量的控制。另一方面，工程設(shè)計經(jīng)過方案優(yōu)化后實現(xiàn)零碰撞的要求，就能預(yù)先排除許多沖突從而減少后期設(shè)計變更所導(dǎo)致的成本增加和工期延長，進而實現(xiàn)成本和進度管理的目標(biāo)。圖3為用NAVISWORKS進行碰撞檢查和模擬施工圖。

表1 基礎(chǔ)部分的工程量進行驗算結(jié)果

4 結(jié)語

本文以福建某跨海大橋為實際工程背景，依托BIM技術(shù)從三個方面對橋梁工程施工前期進行管理：首先使用REVIT軟件創(chuàng)建橋梁構(gòu)件族庫繪制橋梁BIM模型，參數(shù)化建模提高了效率，節(jié)約了成本和時間；其次通過導(dǎo)出橋梁構(gòu)件明細表，對工程量進行準(zhǔn)確計算，避免了傳統(tǒng)方法估算不準(zhǔn)確而造成的建筑資源浪費；最后利用NAVISWORKS軟件進行多種碰撞檢查，能極大程度減少因各專業(yè)設(shè)計方協(xié)調(diào)溝通不足引起的設(shè)計變更，間接地有利于工程成本控制。