劉超超

（中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福州 350000）

1 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM模型具備可視性特征

BIM 建筑信息模型能夠?qū)⒐窐蛄旱慕ㄖ畔⑦M(jìn)行整合，并且轉(zhuǎn)化為一種3D 可視化的模型，便于設(shè)計(jì)人員更加清晰地觀察橋梁結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在公路橋梁設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

1.2 BIM設(shè)計(jì)具有協(xié)調(diào)性特征

在一般的橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)能夠直接將橋墩、橋臺(tái)及支座等結(jié)構(gòu)運(yùn)用可視化模型進(jìn)行不同的搭配，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)模型軟件計(jì)算其位置、尺寸、施工面積等是否違反相關(guān)規(guī)范要求，然后將各結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整到合適范圍內(nèi)。例如，在某舊橋改造項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員首先采用BIM 技術(shù)建立舊橋基礎(chǔ)模型，為了設(shè)計(jì)出能夠銜接舊橋的新橋設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員在模型工具中對(duì)不同規(guī)格的橋面鋪裝、橋梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)值進(jìn)行適配，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。在得出最佳新橋改造方案后，施工人員對(duì)BIM 模型中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，保障了后續(xù)新橋施工結(jié)構(gòu)與原舊橋結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。

表1 BIM技術(shù)下的橋梁參數(shù)設(shè)計(jì)

1.3 BIM視圖具有模擬性特征

相較于常規(guī)的平面設(shè)計(jì)工具，BIM 建筑信息視圖工具的使用性能更加強(qiáng)大。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)BIM 視圖工具模擬建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到的壓力、力荷載以及各支撐點(diǎn)受到的壓力和拉力等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可作為橋梁設(shè)計(jì)的重要依據(jù)[2]。例如，某單位已針確定了某小跨徑橋梁的施工參數(shù)，但無(wú)法確定施工后橋梁橋面的實(shí)際抗壓強(qiáng)度。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員通過(guò)采用BIM 視圖工具下的有限元分析算法（FEA），將該橋梁的結(jié)構(gòu)分散為有限數(shù)量的小單元，然后將各個(gè)小單元的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性系數(shù)等進(jìn)行整合，計(jì)算得出該橋梁施工后的軸心抗壓強(qiáng)度為26.8 MPa。在后續(xù)的施工中，計(jì)算得出橋面混凝土軸心抗壓強(qiáng)度為26.796 MPa。由此可知，BIM 技術(shù)在施工模擬方面的準(zhǔn)確度較高，能夠用于現(xiàn)階段的橋梁及公路施工設(shè)計(jì)。

2 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 公路橋梁布局設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)能夠用于公路橋梁的平面、立面等布局設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)人員有效調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)、尺寸、占地比例等設(shè)計(jì)信息，以此保障公路橋梁設(shè)計(jì)的合理性。例如，通過(guò)使用BIM 技術(shù)中的D-vary 插件，施工人員可模擬橋梁的建筑模型，并且由插件計(jì)算橋梁拱、板、梁的自重，再根據(jù)自重確定橋梁樁基的數(shù)量、規(guī)格、打樁位置，這樣不僅能為樁基的布局設(shè)計(jì)提高完善的數(shù)據(jù)依據(jù)，還能確保設(shè)計(jì)的樁基能夠適應(yīng)橋梁的承載需求，提高橋梁工程建設(shè)質(zhì)量。

2.2 碰撞檢測(cè)

在施工設(shè)計(jì)階段，由于設(shè)計(jì)人員無(wú)法預(yù)估設(shè)計(jì)后的工程設(shè)施結(jié)構(gòu)是否存在碰撞問(wèn)題，使得設(shè)計(jì)階段需要花費(fèi)大量的時(shí)間研究公路及橋梁設(shè)施的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。然而，在現(xiàn)代化公路橋梁施工設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以采用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，通過(guò)軟件中的檢查結(jié)果反饋，可以得出施工模型中的各個(gè)結(jié)構(gòu)是否存在設(shè)計(jì)上的沖突。例如，在某高速公路橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員采用Revit 當(dāng)中附帶的碰撞檢測(cè)插件對(duì)設(shè)計(jì)后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 基于BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)碰撞檢測(cè)結(jié)果提示，設(shè)計(jì)人員根據(jù)施工需求重新調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過(guò)反復(fù)的模型碰撞檢測(cè)，將實(shí)際施工中的結(jié)構(gòu)碰撞問(wèn)題發(fā)生率降到最低，從而保證了公路橋梁設(shè)計(jì)方案的合理性。

2.3 結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)算

在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 相關(guān)軟件的算法庫(kù)功能，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，以此分析方案的可行性。例如，某公路橋梁的設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)人員無(wú)法確定選擇的混凝土材料強(qiáng)度是否符合該路段的交通量需求，因此，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)利用BIM 技術(shù)中的Navisworks 軟件測(cè)算不同路段所需的混凝土強(qiáng)度值。其中，采用該模型軟件中的換算插件CRE 換算庫(kù)的多元化換算功能獲取了混凝土高徑比的換算系數(shù)。該插件的換算算法為：

通過(guò)對(duì)各個(gè)路段所需的混凝土強(qiáng)度值進(jìn)行換算，設(shè)計(jì)人員得出混凝土高徑比換算系數(shù)（見(jiàn)表2），這對(duì)于保障后續(xù)施工合理性具有重要作用。

表2 高徑比換算系數(shù)結(jié)果

3 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用的建議

3.1 保障BIM模型與方案設(shè)計(jì)的同步性

BIM 模型的建立以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，BIM 模型數(shù)據(jù)最終也應(yīng)回歸設(shè)計(jì)方案。為了保證BIM 模型中數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員必須時(shí)刻確保模型數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)的一致性，以此規(guī)避設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)誤差。在公路橋梁的施工設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以分別從基礎(chǔ)參數(shù)、布局參數(shù)、材料參數(shù)、力學(xué)檢驗(yàn)參數(shù)等出發(fā)，有目的地調(diào)整方案，并根據(jù)方案內(nèi)容改進(jìn)BIM 建筑信息模型的設(shè)計(jì)參數(shù)（見(jiàn)表3）。

表3 BIM模型下的橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 堅(jiān)持模型設(shè)計(jì)與查驗(yàn)統(tǒng)一的原則

在建立可視化模型的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)模型各結(jié)構(gòu)的組成進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，防止在完成全盤(pán)設(shè)計(jì)后出現(xiàn)突發(fā)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，使模型修改出現(xiàn)牽一發(fā)而動(dòng)全身的現(xiàn)象。在建立模型的過(guò)程中，可以組織一部分設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)施工建模，另一部分設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。例如，在模型設(shè)計(jì)的每一階段中，安排部分設(shè)計(jì)人員利用Revit 對(duì)已設(shè)計(jì)完成的模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，對(duì)模型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)施工布局進(jìn)行光照分析等，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與查驗(yàn)的一體化。

3.3 打造專業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)

為了充分發(fā)揮BIM 技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，施工單位必須打造一批專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以充分應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。BIM 技術(shù)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)中，專業(yè)人員應(yīng)能夠從事設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)、設(shè)計(jì)管理以及設(shè)計(jì)分析三大工作領(lǐng)域（見(jiàn)圖2）。根據(jù)BIM 技術(shù)下的所有核心技術(shù)軟件，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在各個(gè)領(lǐng)域配置相應(yīng)的專業(yè)型人才，保證將BIM 技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。

圖2 BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)人員組成

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)在如今的公路橋梁設(shè)計(jì)及施工中有顯著的應(yīng)用價(jià)值，利用BIM 技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性以及模擬性等優(yōu)勢(shì)，能夠最大限度地保障公路橋梁方案設(shè)計(jì)的合理性。因此，在推進(jìn)公路橋梁工程建設(shè)與發(fā)展方面，需靈活使用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，把控施工設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、完善施工要素，以保證公路橋梁工程設(shè)計(jì)方案的可行性與適配性，為公路橋梁施工提供可靠的技術(shù)保障。