周群 黃瑩 榮浩 鮮秋適

摘要：BIM技術作為建筑信息模型的全新理念，可以有效解決傳統(tǒng)設計管理中存在的問題。文章以南寧市快環(huán)綜合整治項目（北湖立交）改造工程為實例，應用了Bentley平臺建立BIM模型，提出對裝配式市政橋梁傳統(tǒng)設計管理的優(yōu)化方案。研究表明：在裝配式市政橋梁設計管理中運用BIM技術的信息化流程，可以明顯提高設計管理的有效性。

關鍵詞：裝配式市政橋梁;設計管理;BIM技術

As a new concept of building information model，BIM technology can effectively solve the problems in traditional design management.With the reconstruction project of Nanning Expressway comprehensive improvement project （Beihu Interchange） as the example，this article uses the Bentley platform to establish the BIM model，and proposes the optimization plan for the traditional design management of prefabricated municipal bridge.The research shows that the application of BIM technology in the design management of prefabricated municipal bridges can significantly improve the effectiveness of design management.

Prefabricated municipal bridge;Design management;BIM technology

0 引言

裝配式橋梁能夠實現工廠化預制施工，在質量控制、縮短工期等方面優(yōu)勢明顯，因此越來越多地應用于市政橋梁并在各大城市大量修建。在量大面廣的市政橋梁中，項目設計受到地下管線、周邊建筑、交通運行等因素的影響，設計難度較大，在設計過程中存在諸多問題。因此，在裝配式市政橋梁的設計過程中，有必要引進新的技術和方法來解決設計中存在的問題。

BIM技術提出的初衷是實現各專業(yè)之間的數據互通，解決信息孤島問題[1]。應用BIM技術可提高建筑數據信息的整合度，且可視化、可模擬和易優(yōu)化等特性，能加快對建筑信息的協同管理，為設計單位解決設計協同化管理問題提供一種可靠的解決方案，不僅可以提高設計效率，還可以起到指導施工、技術交底、節(jié)約成本等作用。所以將BIM技術應用到城市立交設計管理中是趨勢所向，可以此提高設計效率，保證工期、成本、質量達到要求。本文以南寧市北湖立交工程為例，探討B(tài)IM技術在市政裝配式橋梁協同化設計的應用。

1 BIM技術的概念及發(fā)展背景

BIM技術作為建筑信息模型的全新理念，為工程建設行業(yè)帶來了一場數字化的革命。這種信息化的新技術，正在逐漸改變工程師們在建筑設計和項目管理方面運用的傳統(tǒng)模式，BIM技術正在全球范圍內推動傳統(tǒng)建筑行業(yè)產生重大變革[2]。簡單地說BIM就是通過計算機建立的模擬建筑三維模型，將工程建設行業(yè)從二維時代帶入了三維時代。

BIM技術是建立在大數據時代和計算機網絡時代背景之下的模型創(chuàng)建工作，是利用數字化技術為建筑模型提供完整的與實際相一致的建筑工程信息庫和信息模擬。該信息庫不僅包括描述建筑物構件的各種幾何信息和專業(yè)信息，而且還包括對于非構建對象的空間和運動行為的狀態(tài)信息記錄。

BIM是一個綜合性的富含建筑工程信息的三維模型體系，在建筑工程的信息集成化程度日益提升的今天，可以提供建筑設計和結構設計的合理化保證，可以提供有效的安排設備管理和工程量統(tǒng)計，并且對整個工程項目的成本計算和后期運行維護作出應有的貢獻，BIM實際上管理著建筑生命周期的全部信息。

建筑項目的整個設計、施工、運營的過程就是一個不斷優(yōu)化的過程，其優(yōu)化和BIM存在著方法上的實質性必然聯系，在BIM的基礎上可以做到更好[3]。在對于制約項目設計的項目信息、技術難度以及設計時程控制方面，采用BIM模型，將實際建筑物存在的各種信息輸入模型，可以真實反映該建筑物的幾何信息、物理信息、規(guī)則信息以及各類信息的實時變化情況等。

2 傳統(tǒng)設計管理存在的問題

設計管理主要關注設計階段的溝通協調、質量控制、進度控制以及投資控制。通過大量的工程實踐，各大設計單位已經形成一整套成熟的管理模式，尤其是在Auto CAD軟件廣泛推廣之后，設計單位的工作效率極大地提高。由于我國城市化的飛速發(fā)展以及市政橋梁尤其是裝配式市政橋梁在設計上的特殊性，在傳統(tǒng)設計管理中存在一些問題亟待解決。

2.1 各專業(yè)間溝通協調的問題

傳統(tǒng)設計單位多存在重技術、輕管理的問題，對設計管理力度不足。裝配式市政橋梁的設計涉及道路、交通、橋梁、給排水、電氣、綠化等眾多專業(yè)，而各專業(yè)之間協同化較低，造成設計工作效率低下。項目設計小組一般設置一名項目負責人，多名分項負責人。各分項負責人一般只負責本專業(yè)范圍內的設計內容，而項目負責人很難做到各專業(yè)融通，且各專業(yè)設計人員對非本專業(yè)的內容理解欠缺。因此，在設計過程中由于各專業(yè)之間溝通及理解不足導致的設計反復、設計失誤極易出現。

2.2 設計理念傳達的問題

裝配式市政橋梁的設計，由于專業(yè)眾多，導致設計圖紙信息分散，而且傳統(tǒng)的圖紙一般采用二維圖紙，識圖要求較高。因此，在方案階段向業(yè)主方傳達設計理念需要設計方進行大量溝通解釋工作并配合大量三維效果圖紙。同時，施工單位在施工過程中，需要把二維設計圖紙重組為三維立體的施工實體，在這一過程中容易出現誤讀，設計理念較難傳達。且設計效果的評價需要在施工過程中或施工完成后才能體現，一旦出現與設計不符之處，后果難以彌補，因此，對施工單位要求較高。市政橋梁的施工一般在成型的市政道路上進行，施工期間對現狀交通影響大，交通保通困難;而且施工保通方案是隨著施工的進程而不斷改變的過程，僅通過設計圖紙及文字說明較難表達（如圖1所示）。

2.3 設計時程較長的問題

傳統(tǒng)的設計流程一般如圖2所示，需經過三校三審過程。

一般三校三審在設計初步完成之后通過圖紙之間的流轉進行，耗時較長。

2.4 裝配式市政橋梁的設計特殊性問題

裝配式市政橋梁通過全預制拼裝的主梁、墩柱等實現工廠化預制施工，不僅在質量控制、縮短工期等方面優(yōu)勢明顯，而且現場施工勞動用工大大減少，僅為傳統(tǒng)現澆工藝的10%。同時，改善了施工現場噪音、揚塵等污染;且現場施工無需封閉交通，大幅降低了對現有交通、居民的影響。但針對于裝配式市政橋梁預制構件的特性，在設計過程中存在標準化、統(tǒng)一化的問題，特別是構件連接處的處理，對設計管理提出了更高的要求。

3 BIM技術應用于設計管理的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)項目實施過程中，工程設計各項信息的獲取最為有效的途徑是通過工程設計圖紙。盡管設計圖紙中的信息內容十分齊全，但信息相對比較分散，導致施工人員需要進行重組，不僅工作量繁重，還容易造成“信息孤島”。而BIM包含了豐富的信息資源，能夠連接建設工程項目生命周期不同階段的數據、信息、資源和過程，是對工程項目的完整描述，能夠被項目參建各方廣泛使用，提高決策的高效性及正確性。因此BIM能將建設項目全壽命周期內各個階段所有信息進行電子化集成應用與管理，能夠有效避免“信息孤島”和“信息斷層”現象[4]。

4 基于BIM技術的設計管理優(yōu)化流程設計

為了解決裝配式市政橋梁設計管理中存在的問題，本文以南寧市快環(huán)綜合整治項目（北湖立交）改造工程為工程實例，利用BIM技術建立模型平臺，并在模型平臺上進行設計管理優(yōu)化，嘗試解決裝配式市政橋梁在方案設計階段的設計管理中存在的一些問題。

4.1 工程概況及設計難點

南寧市快環(huán)綜合整治項目（北湖立交）改造工程位于南寧市安吉片區(qū)，為北湖北路與秀廂大道相交形成的服務型立交（如圖3所示）。本立交在現狀分離式立交的基礎上，增設北湖北路上跨秀廂大道高架橋及3座匝道橋：B、C及D匝道;同時結合秀廂大道現狀情況，在秀廂大道東西側合適路堤位置設置下穿通道實現掉頭功能。

本工程設計難點：

（1）本工程設計涉及道路、交通、橋梁、給排水、電氣、綠化等眾多專業(yè)，各專業(yè)間協同工作量巨大;（2）本工程為改造工程，現狀地下管線錯綜復雜，立交區(qū)域內人行道和非機動車道下布設有大量通訊線路、天然氣管線、給水管、雨污水管等;（3）本工程位于交通量密集區(qū)域，施工期間保通方案實施困難;（4）本項目投資較大，工程難度系數高，工程量大，計算復雜;（5）本工程工期緊張，設計周期短;（6）本工程橋梁面積20 864 m2，均采用裝配式橋梁，橋梁上部結構異形構件多，設計難度大。

4.2 BIM模型建立及平臺搭建

結合工程實例的BIM模型建立應用了Bentley平臺的7款設計軟件及1套管理系統(tǒng)，完成路線、道路、給排水、橋梁設計及項目管理應用：（1）工程內容管理及協同設計平臺采用Project Wise軟件;（2）二維繪圖及三維信息建模平臺、簡支梁建模、模型組裝、動畫制作采用Micro Station軟件;（3）道路工程模型建立采用Power Civil軟件;（4）排水工程雨污水管線模型建立采用Power Civil SUE軟件;（5）裝配式橋梁上部構造結構詳細設計與出圖采用Pro Structure軟件;（6）裝配式橋梁下部結構參數化及批量布置、上部結構拼裝采用Civil Station Desinger軟件;（7）場景布置、整體漫游、模型檢查采用Lumen RT軟件;（8）BIM項目管理系統(tǒng)建立采用Civil Station Construction管理系統(tǒng)。如圖4所示。

4.3 BIM實施流程設計

根據裝配式市政橋梁設計管理中存在的主要問題，基于本工程提出BIM技術的實施流程，有針對性地選擇BIM的部分功能，對裝配式市政橋梁設計管理進行優(yōu)化：

（1）成立BIM項目組，利用設計方提供的方案設計圖紙等資料，協同各專業(yè)開展建模工作;（2）由BIM項目組內不同專業(yè)負責人進行相關設計成果的碰撞分析，優(yōu)化碰撞問題并將成果交給BIM項目組總負責人，進行模型整合、碰撞分析和模型修改;（3）結合上個階段的設計成果進行施工階段保通方案模擬;（4）進一步細化模型，增加信息屬性，利用模型平臺開展設計-校審同步進行的嘗試，最終形成竣工模型。

5 BIM技術的具體實施及效果

5.1 基于BIM技術的設計階段溝通協調優(yōu)化

裝配式市政橋梁設計是一項復雜性、專業(yè)性和系統(tǒng)性的特殊生產過程，需要各個設計工種進行相互協調和配合，在設計方內部之間、設計方與業(yè)主方之間以及設計方與施工單位之間進行良好的協調，運用BIM技術打破二維CAD施工圖紙的專業(yè)壁壘，提高溝通協調效果：

（1）通過BIM 3D建模，實現工程全景可視化，實現“可見即可得”，加強了設計理念的傳達，對業(yè)主方的專業(yè)技術要求降低，解決了設計方與業(yè)主方溝通協調工作困難的問題。Bentley的施工模擬與管理模塊可實現施工圖審核、施工設備建模、施工組織設計以及一系列技術、進度、成本、投資、質量、安全管理流程，可使業(yè)主單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位基于管理平臺充分溝通（如圖5所示）。

（2）運用BIM碰撞檢測，可以及時發(fā)現設計中的碰撞問題，尤其是在裝配式市政橋梁的設計過程中，可以發(fā)現橋梁樁基礎與現狀管線之間的碰撞情況，指導設計人員優(yōu)化設計。如圖6所示為雨污水管道碰撞檢測，通過碰撞檢測發(fā)現：（1）雨水管與污水管間碰撞7處;（2）管線與樁基間碰撞24處。

（3）4D施工模擬就是在建設工程結構物的三維模型上附加時間因素，并將該結構物的三維模型隨時間變化的形成過程以動態(tài)形式表現出來[5]，這一特性運用在施工階段保通方案的確定上效果顯著。如圖7所示。

5.2 基于BIM技術的設計階段質量控制

設計質量控制是設計管理中的核心工作，影響到建設項目施工的可實施性及實用性。在裝配式市政橋梁的設計質量控制中，主要表現為設計成果是否符合規(guī)范要求、是否滿足業(yè)主方使用功能要求、是否符合市政部門要求、是否達到規(guī)定的設計深度以及具備施工和安裝的可建造性等方面。裝配式市政橋梁的設計質量控制的難點在于如何把握各預制構件連接處的處理（見圖8），而通過BIM 3D建模以及4D施工模擬，可以有效解決質量控制問題。

5.3 基于BIM技術的設計階段進度控制

針對傳統(tǒng)設計階段的進度控制，本文基于BIM建立模型平臺，進行了設計-校審同步進行的嘗試，具體流程設計如圖9所示。

BIM平臺可以實現信息共享，利用BIM技術的實體模擬以及可視化的功能，實現設計時程管理的全信息化控制，設計、復核、審核可以在同一個平臺上進行。這一方面可以實現部分設計成果完成后及時進行“三校三審核”;另一方面節(jié)省了二維圖紙流轉的時間，縮短設計時間，進而加快項目設計進度。通過bentley的工程協同平臺，將規(guī)劃文件、設計資料、各專業(yè)二維設計圖紙、模型文件統(tǒng)一管理，并通過權限設置，可將多專業(yè)協同設計效率提高1倍以上。如通過Bentley的參數化工具生成上部現澆箱梁標準段截面，實現現澆箱梁批量建模，使建模效率提高5倍以上，并可實現橋梁配筋設計與一鍵出圖（如圖10所示）。

5.4 基于BIM技術的設計階段投資控制

項目投資控制是工程建設項目管理的核心指標之一，在設計管理中主要依靠工程造價管理實現，而工程造價管理又主要依托工程數量統(tǒng)計以及成本預算。在目前普遍使用Auto CAD作為主要繪圖手段的基礎上，工程量統(tǒng)計一方面消耗預算人員大量時間（據統(tǒng)計約占預算人員50%～80%的時間及精力）;另一方面，由于裝配式市政橋梁的設計涉及專業(yè)眾多，在統(tǒng)計過程中容易出現疏漏，造成預算不準確。

BIM的5D工程管理技術是在4D的基礎上附加了成本因素，一方面在模型建立完成后工程數量可以自動統(tǒng)計;另一方面BIM為參與項目的所有設計人員提供了公共信息數據庫，便于檢查，提高了投資控制的準確性。如圖11所示。

6 結語

在裝配式市政橋梁設計管理中運用BIM技術的信息化流程，可以改善項目設計進度緩慢的現狀;同時在改善設計階段溝通協調、提高設計質量以及設計階段投資控制方面也有很好的效果。為了能夠更好地提高設計管理效率，可以利用BIM技術處理設計理論和實際應用中的各種問題，建立起5D（3D實體模型、時間因素、成本因素）關系數據庫，從而能夠建立起跟相關數據相結合的時間和空間關系，對于每一個工作的工序和處理維度的關系也能很好地應用，BIM項目模擬的實際過程因此達到了極為精確地效果;同時在信息共享平臺上實現數據共享，為實現設計-校審同步進行提供了可行性，進而改變傳統(tǒng)的設計管理模式。現代化的土木工程設計領域正在經歷著一場深刻的技術變革，基于BIM數字模型技術的科學技術創(chuàng)新，涉及到了電子科技和聲像、媒體的發(fā)展，信息化技術正在改善著人們的生活，各國的土木工程設計和施工企業(yè)正在通過BIM模擬技術，悄然改變整個土木工程行業(yè)的設計習慣和建設流程，潛移默化地改變著人們的日常生活，為土木工程施工行業(yè)的快速發(fā)展作出應有的貢獻而不斷努力。

總之，應用BIM技術在裝配式市政橋梁設計管理中，優(yōu)化設計階段溝通協調、設計階段質量控制以及設計階段投資控制，其優(yōu)化效果往往是非常顯著、顯而易見的。但是，鑒于裝配式市政橋梁尚處在推廣階段，同時BIM技術在裝配式市政橋梁中的應用實例較少，而本文主要針對本工程設計管理展開探索性應用，尚未進行如動態(tài)安全檢測、運營階段模擬、5D資源管理等深層次的研究。如果進行全周期、全方位的BIM應用研究，還需對更為復雜的裝配式建筑工程進一步應用，才可以體現其更大的價值。

參考文獻：

[1]鄧雪原.CAD、BIM與協同研究[J].土木建筑工程信息技術，2013，5（5）：20-25.

[2]賴華輝，鄧雪原，劉西拉.基于IFC標準的BIM數據共享與交換[J].土木工程學報，2018（4）：121-128.

[3]王智佳，苑東亮，薛苗苗.淺析我國在施工階段BIM應用中的存在問題及對策[J].價值工程，2014（32）：150-152.

[4]伍 軍.基于4D模型的橋梁施工進度動態(tài)仿真[J].鐵道科學與工程學報，2010，7（1）：64-68.

[5]胡振中，路新灜，張建平.基于建筑信息模型的橋梁工程全壽命期管理應用框架[J].公路交通科技，2010（S1）：20-24.