顧越明 上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部設(shè)計(jì)部二室項(xiàng)目總工、中級(jí)工程師

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中融入BIM 技術(shù)，借助三維建模技術(shù)，分析、管理模塊，有助于提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造的質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率。與此同時(shí)，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能最大限度地減少設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展與進(jìn)步。

一、鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的重要性

現(xiàn)階段，我國(guó)BIM 技術(shù)快速發(fā)展，而且在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)我國(guó)建設(shè)行業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用。具體來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)：第一，BIM 技術(shù)使用的基礎(chǔ)是三維建模技術(shù)，打破了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所具有的局限性，有效減輕了工作人員的任務(wù)量，提高了工作效率；第二，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的過(guò)程中，在設(shè)計(jì)梁、板等零部件的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對(duì)零部件組合后的整體性能進(jìn)行全面考慮；第三，BIM 技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中，便于后續(xù)橋梁數(shù)據(jù)管理工作的開(kāi)展，最終實(shí)現(xiàn)橋梁全過(guò)程、全壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)，不僅能促使設(shè)計(jì)工作效率得到有效提升，而且能最大限度地減少設(shè)計(jì)誤差、錯(cuò)誤情況的出現(xiàn)，保障橋梁整體質(zhì)量，為推動(dòng)我國(guó)建設(shè)行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

1、鋼結(jié)構(gòu)橋梁工藝設(shè)計(jì)難度相對(duì)較大

鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)工藝較為復(fù)雜，而且具有較大的設(shè)計(jì)難度。鋼結(jié)構(gòu)橋梁涉及多個(gè)構(gòu)件，各個(gè)構(gòu)件復(fù)雜地連接在橋梁空間內(nèi)，以各種曲線、曲面的形式存在。所以，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的過(guò)程中，需要對(duì)其中結(jié)構(gòu)復(fù)雜位置進(jìn)行全面考慮，對(duì)其進(jìn)行放樣處理，從而便于確定鋼結(jié)構(gòu)的位置，避免各個(gè)構(gòu)件之間出現(xiàn)碰撞情況。而從當(dāng)前的具體設(shè)計(jì)情況來(lái)看，通常采用CAD 軟件對(duì)橋梁進(jìn)行平面放樣處理，不僅不直觀，而且放樣工程量相對(duì)較大。從實(shí)際效果來(lái)看，工作效率相對(duì)較低。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要對(duì)其中存在的大量信息進(jìn)行嚴(yán)格核對(duì)，要求充分運(yùn)用CAD 技術(shù)，但是此種技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)增加設(shè)計(jì)員的工作量，在一定程度上降低了設(shè)計(jì)工作效率[1]。另外，由于橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)件繁多，如果僅僅依靠CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)法真實(shí)體現(xiàn)構(gòu)造的空間布置，那么就會(huì)很大程度上增加設(shè)計(jì)人員的出錯(cuò)概率，降低設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2、信息傳遞效率有待提升

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁較為復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)階段就需要多個(gè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行配合合作。但是，大部分鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)采用的是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，從而導(dǎo)致信息傳遞出現(xiàn)不及時(shí)、不完整的情況。而且，從當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來(lái)看，大部分設(shè)計(jì)人員都較為依賴二維設(shè)計(jì)軟件或者文本信息的使用，從而在設(shè)計(jì)交底的過(guò)程中需要花費(fèi)較多的時(shí)間來(lái)提高施工人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的認(rèn)識(shí)[2]。與此同時(shí)，在橋梁設(shè)計(jì)階段，如果出現(xiàn)了設(shè)計(jì)誤差，那么設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙對(duì)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整變更，而且需要對(duì)后續(xù)構(gòu)件的組成進(jìn)行相應(yīng)分析，在一定程度上加重了設(shè)計(jì)人員的工作量，增加了設(shè)計(jì)人員的工作難度，降低了其工作效率。

3、管理效果相對(duì)較低

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)階段，受到周邊環(huán)境因素及管理者因素的影響，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)管理效率產(chǎn)生不利影響，在一定程度上降低管理效率。而此種問(wèn)題的出現(xiàn)主要是由于部分設(shè)計(jì)條件發(fā)生了變化，使得施工人員需要對(duì)施工圖紙進(jìn)行相應(yīng)的變更調(diào)整，但是由于部分設(shè)計(jì)人員并沒(méi)有對(duì)這部分信息進(jìn)行充分的掌握，所以導(dǎo)致工作進(jìn)程被延誤，并且不能對(duì)工作進(jìn)程進(jìn)行科學(xué)有效的協(xié)調(diào)[3]。與此同時(shí)，在具體施工建設(shè)過(guò)程中，大部分工程都會(huì)采用大量運(yùn)輸橋梁構(gòu)件的模式，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橋梁構(gòu)件進(jìn)行集中管理，而此種模式可能會(huì)一定程度上降低管理效率，并不利于后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)工作的開(kāi)展。

三、BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、三維建模

在具體應(yīng)用BIM 技術(shù)的過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)橋梁情況，對(duì)其中關(guān)鍵部位進(jìn)行提取，然后形成相應(yīng)的構(gòu)件對(duì)象。在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然會(huì)用到大樣圖、細(xì)部圖等內(nèi)容，但是其本身拓展性相對(duì)較弱，所以需要結(jié)合BIM 技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的參數(shù)化模型，為后續(xù)施工提供有利條件，不僅可以對(duì)于施工方案進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整優(yōu)化，而且可以保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量與提高效率。例如，應(yīng)用Solidworks 軟件，可以將橋梁數(shù)據(jù)信息輸入進(jìn)去，然后通過(guò)軟件建立三維模型，并且能為后續(xù)調(diào)整修改奠定基礎(chǔ)。另外，可以使用CATIA 軟件，由于其本身帶有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊，所以可以在鋼板上進(jìn)行開(kāi)孔等作業(yè)。由此可以得出，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的過(guò)程中，可以充分借助三維建模軟件，從而為建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橋梁奠定基礎(chǔ)。

2、對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算與分析

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的過(guò)程中，需要計(jì)算整體的模型。與此同時(shí)，需要對(duì)部分模型的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。在此過(guò)程中充分應(yīng)用BIM 技術(shù)，有效簡(jiǎn)化橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程，可在一定程度上縮減建模時(shí)間，提高建模效率。在普通鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于橋梁構(gòu)件較為復(fù)雜，缺乏相應(yīng)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，所以在具體使用的過(guò)程中易出現(xiàn)交互性差的情況，從而在一定程度上增加計(jì)算模型需要重新計(jì)算的概率，最終對(duì)設(shè)計(jì)效率產(chǎn)生不利影響。而在實(shí)際應(yīng)用BIM 技術(shù)的過(guò)程中，可以充分利用三維軟件，然后將橋梁結(jié)構(gòu)放置在同一個(gè)模型框架下，進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，充分利用模型優(yōu)勢(shì)對(duì)橋梁數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[4]。例如，在此過(guò)程中，使用Revit Structure 軟件，由于其具有一定的計(jì)算模塊，所以在對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算和分析的過(guò)程中，可以有效促使設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率的提高。

3、對(duì)圖紙的輸出

在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員主要是運(yùn)用二維CAD 軟件輸出設(shè)計(jì)圖紙。這種出圖模式，特別在多人協(xié)作的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員在精心繪制設(shè)計(jì)圖紙的同時(shí)往往無(wú)法全面兼顧關(guān)聯(lián)性。設(shè)計(jì)人員一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，特別是對(duì)于邊設(shè)計(jì)邊施工的項(xiàng)目，將會(huì)對(duì)施工質(zhì)量與進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。而在此過(guò)程中應(yīng)用BIM技術(shù)，則可以將模型幾何特征充分反映出來(lái)。如果條件允許，那么就可以將三維模型直接輸出作為施工圖的輔助，為后續(xù)橋梁建設(shè)提供有利條件，然后將其與鋼結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行直接對(duì)接，保障施工質(zhì)量得到有效提升，進(jìn)一步降低產(chǎn)生施工誤差的概率。

4、虛擬拼接

在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)應(yīng)用BIM 技術(shù)，能幫助橋梁實(shí)現(xiàn)預(yù)拼接的目標(biāo)。而實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的關(guān)鍵分為2 個(gè)方面。第一，通過(guò)利用BIM 技術(shù)，可以模擬設(shè)計(jì)過(guò)程中快速完成的模型。第二，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，實(shí)時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及外部條件參數(shù)，即時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使得三維模型能與實(shí)際相符，用于指導(dǎo)實(shí)際拼裝[5]。而隨著數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù)的快速發(fā)展，此技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

5、設(shè)計(jì)后期階段

通常，隨著工程竣工，設(shè)計(jì)工作隨之完成。但是，為了保障鋼結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)更加安全可靠，進(jìn)一步延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用年限，則需要設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)參與橋梁項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)。而在此過(guò)程中通過(guò)BIM 軟件的應(yīng)用，不僅能為橋梁設(shè)計(jì)提供合理的三維模型，還能為橋梁設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。在橋梁的設(shè)計(jì)與施工階段，模型管理人員需要提高重視，考慮可追溯性，對(duì)于模型當(dāng)中的各個(gè)零部件賦予相應(yīng)的信息，如構(gòu)件出廠信息、構(gòu)件涂裝顏色等信息。而在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，模型管理人員需要其中存在的疲勞損傷、銹蝕等情況提前錄入模型中，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而提前發(fā)出預(yù)警，保障橋梁運(yùn)營(yíng)管理效率與質(zhì)量得到有效提高。

6、橋梁可視化技術(shù)交底

在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)交底環(huán)節(jié)占據(jù)重要地位，屬于設(shè)計(jì)人員同施工單位溝通交流的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，利于設(shè)計(jì)人員表達(dá)出橋梁設(shè)計(jì)的主要意圖，闡明橋梁設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。但是，在此過(guò)程中，傳統(tǒng)方法并不能將設(shè)計(jì)意圖與注意事項(xiàng)講述清除，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)理解不到位或者表述不清的情況，從而在一定程度上降低了橋梁施工質(zhì)量，耽誤了橋梁的施工周期。

而通過(guò)應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以對(duì)施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，從而了解其中的設(shè)計(jì)意圖與注意事項(xiàng)，應(yīng)用三維模式將施工重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)注，有效提高溝通效率，保障施工質(zhì)量得到提高。與此同時(shí)，在技術(shù)交底環(huán)節(jié)，可以將施工工法與施工工藝進(jìn)行成套制作，將其作為施工過(guò)程的主要依據(jù)，充分保障橋梁工程的施工質(zhì)量，推動(dòng)建設(shè)行業(yè)發(fā)展與進(jìn)步。

四、結(jié)語(yǔ)

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以使得鋼結(jié)構(gòu)加工模型變得更加可視化，通過(guò)建立相應(yīng)的三維BIM 模型，并且同時(shí)將工程信息存儲(chǔ)到BIM 模型中，有效解決CAD 圖紙中存在的表述不清、無(wú)法及時(shí)反饋施工現(xiàn)場(chǎng)信息等問(wèn)題。與此同時(shí)，在手機(jī)等設(shè)備當(dāng)中安裝相應(yīng)軟件，不僅僅能隨時(shí)隨地查看橋梁工程的3D 模型，還可以實(shí)時(shí)上傳相應(yīng)的施工信息，便于后續(xù)查看工程項(xiàng)目信息，保障項(xiàng)目信息共享能力得到有效提高。另外，還可以對(duì)三維模型數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化管理，為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)下料加工及安裝過(guò)程提供管控指導(dǎo)，為后續(xù)生成設(shè)計(jì)圖紙與設(shè)計(jì)審查報(bào)告奠定基礎(chǔ)，有效控制生產(chǎn)成本、質(zhì)量及進(jìn)度等。