黎丁實(shí), 趙愛(ài)軍, 黃太平

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川成都 610041; 2.中鐵城市發(fā)展投資集團(tuán)有限公司, 四川成都 610200)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,國(guó)家及社會(huì)各界對(duì)于公路工程也提出了更高的要求,公路行業(yè)各個(gè)參與方也積極的將各種新材料、新工藝及新技術(shù)應(yīng)用于公路工程的各個(gè)領(lǐng)域。在這些新技術(shù)中,建筑信息模型(BIM)兼具工程數(shù)字化與三維可視化的特點(diǎn),這使其成為公路行業(yè)智能化信息化升級(jí)的核心要素之一。與傳統(tǒng)手段不同,BIM技術(shù)將更先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)與三維精細(xì)模型進(jìn)行融合,在提高設(shè)計(jì)文件表達(dá)力的同時(shí),BIM模型也作為公路工程全生命期的數(shù)字底座,完成數(shù)據(jù)傳遞和信息整合,全面提升公路工程全生命期的信息化與智能化水平。本文對(duì)過(guò)往公路工程項(xiàng)目的BIM應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié),對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)的BIM模型創(chuàng)建、模型應(yīng)用等方面內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性闡述,并探討當(dāng)前BIM技術(shù)的應(yīng)用推廣所存在的問(wèn)題。

1 模型創(chuàng)建基本要求

公路工程設(shè)計(jì)根據(jù)所處階段的不同可分為工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì),不同階段的側(cè)重點(diǎn)和關(guān)注要素有所區(qū)別,對(duì)各個(gè)階段的BIM應(yīng)用也提出了不同的要求。

在工可階段,設(shè)計(jì)的主要目的是路線走廊帶的比較與選擇,對(duì)橋梁BIM的要求為能快速展示不同路線方案的前提下,區(qū)分路基、橋梁、隧道等不同構(gòu)筑物,僅示意重點(diǎn)工段區(qū)位的特殊結(jié)構(gòu)橋梁,建模思路上對(duì)主線、匝道等的常規(guī)結(jié)構(gòu)橋跨及梁墩形式僅做示意性一致性展示;在初步設(shè)計(jì)階段,BIM模型需要反映橋梁主體構(gòu)造的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)尺寸、重要結(jié)構(gòu)連接、橋梁方案對(duì)其他構(gòu)筑物的影響關(guān)系等,復(fù)雜橋梁需要在工可選定的橋型方案上繼續(xù)深化設(shè)計(jì),此階段對(duì)于BIM模型的應(yīng)用除方案三維展示外,也顯著應(yīng)用于比選橋型方案等應(yīng)用;在施工圖設(shè)計(jì)階段,BIM模型需要精確表達(dá)橋梁的位置、孔跨組合以及各個(gè)部件的細(xì)部尺寸與材料參數(shù)等詳細(xì)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工,對(duì)BIM模型的精度有了更高的要求。

2 BIM軟件應(yīng)用現(xiàn)狀分析

BIM軟件是BIM應(yīng)用的載體與工具,在整個(gè)BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中扮演了基礎(chǔ)性作用,并對(duì)應(yīng)用的深度和廣度有著直接的影響。但是由于公路工程的各個(gè)專業(yè)在不同階段的BIM應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不盡相同,尚無(wú)統(tǒng)一的BIM軟件平臺(tái)能滿足所有的應(yīng)用需求,往往需要結(jié)合不同軟件的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)公路交通領(lǐng)域主流的BIM應(yīng)用軟件主要為歐特克、本特利及達(dá)索系統(tǒng)旗下CATIA等,其對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的三維表達(dá)與參數(shù)化建模能力各有千秋。其中歐特克及奔特利軟件具有軟件易用性強(qiáng)、模型體量小等優(yōu)點(diǎn),但在復(fù)雜結(jié)構(gòu)造型及參數(shù)化方面稍顯欠缺;CATIA軟件由于其出眾的參數(shù)化建模能力與對(duì)異形結(jié)構(gòu)的精確表達(dá)能力,被廣泛的應(yīng)用于各種類型橋梁BIM模型創(chuàng)建及應(yīng)用[1]。因此,下文主要以CATIA軟件為基礎(chǔ)介紹橋梁結(jié)構(gòu)的BIM應(yīng)用(圖1、圖2)。

圖1 精細(xì)化模型(索夾)

圖2 常規(guī)橋梁BIM模型

3 模型創(chuàng)建主要流程

由于常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁與特殊橋梁區(qū)別較大,本節(jié)將分別對(duì)其模型創(chuàng)建流程進(jìn)行闡述。

(1)常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁的模型創(chuàng)建以路線設(shè)計(jì)線為基礎(chǔ),并與橋梁分跨線共同組成模型骨架線。針對(duì)柱式墩、T梁及小箱梁等具有較強(qiáng)規(guī)則性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,采用模塊化的建模思路,創(chuàng)建統(tǒng)一的參數(shù)化模板,結(jié)合設(shè)計(jì)文件對(duì)各個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)錄入后,結(jié)合模型骨架線進(jìn)行對(duì)象的實(shí)例化,完成自動(dòng)化批量建模(圖3)。

圖3 常規(guī)橋梁的模型骨架線

(2)常見(jiàn)的特殊結(jié)構(gòu)橋梁主要包括斜拉橋、懸索橋、拱橋以及鋼與組合結(jié)構(gòu)橋。上述橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,方案調(diào)整造成的工作量較大,因此建立高精度的BIM模型對(duì)于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率具有明顯意義。特殊結(jié)構(gòu)橋梁的模型創(chuàng)建流程詳見(jiàn)圖4,首先建立路線中心線及關(guān)鍵平面、關(guān)鍵點(diǎn)等控制性定位元素,并結(jié)合基本參數(shù)創(chuàng)建關(guān)鍵截面的參數(shù)化輪廓,然后通過(guò)截面輪廓拉伸生成模型對(duì)象的封閉三維曲面,最終填充形成構(gòu)件幾何模型實(shí)體(圖5)。整個(gè)過(guò)程可由參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制,并結(jié)合程序化語(yǔ)言完成批量操作。

圖4 特殊結(jié)構(gòu)建模流程

圖5 鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面輪廓

4 模型應(yīng)用

針對(duì)設(shè)計(jì)階段,通過(guò)分析既有項(xiàng)目的施工圖設(shè)計(jì)文件,由于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙相互分離,設(shè)計(jì)的要素零散的分布于不同的設(shè)計(jì)圖紙中,這不僅不利于設(shè)計(jì)文件的校核,也一定程度上影響了設(shè)計(jì)意圖完整準(zhǔn)確的傳遞[2]。利用BIM精細(xì)模型的三維可視,公路橋梁的BIM模型可對(duì)結(jié)構(gòu)碰撞及結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行方便直觀的檢查,針對(duì)部分關(guān)鍵復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可將三維模型作為設(shè)計(jì)交底的手段,增強(qiáng)設(shè)計(jì)文件的表現(xiàn)力,提高工程項(xiàng)目參與各方的溝通效率;利用BIM模型可量化的特點(diǎn),可對(duì)部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)算量,完成結(jié)構(gòu)工程量分類匯總統(tǒng)計(jì)(圖6)。

圖6 關(guān)鍵復(fù)雜節(jié)點(diǎn)BIM模型

針對(duì)施工階段和養(yǎng)護(hù)階段,可利用BIM模型的三維可視化與結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成管理、施工與養(yǎng)護(hù)數(shù)字化管理、進(jìn)度管理、施工模擬等應(yīng)用。

5 存在的問(wèn)題

由于橋梁固有的結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的特點(diǎn),公路橋梁BIM技術(shù)在近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的推廣與應(yīng)用,雖然在輔助設(shè)計(jì)等方面取得了明顯的效果,但也日益暴露出一些問(wèn)題。

首先,由于各大主流BIM軟件平臺(tái)均無(wú)法對(duì)公路工程各專業(yè)不同需求提供完美的解決方案,公路項(xiàng)目(尤其是大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁)中往往需要多款軟件共同創(chuàng)建BIM模型相互融合與校核,但目前市面上BIM軟件種類繁多,且軟件之間數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一,模型流轉(zhuǎn)識(shí)別度低,這對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用方提出了很高的要求。以本文應(yīng)用較多的CATIA為例,其數(shù)據(jù)格式較封閉,與Autodesk、Bentley等平臺(tái)軟件之間的數(shù)據(jù)交互還有待進(jìn)一步提高。

其次,公路橋梁是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全的基礎(chǔ)性行業(yè),其對(duì)數(shù)據(jù)安全性、自主可控性提出了很高的要求。但目前市面上主要的BIM軟件主要為國(guó)外廠商的產(chǎn)品,尤其是在當(dāng)前“國(guó)產(chǎn)替代”的大背景下,如何更好地推動(dòng)橋梁BIM的應(yīng)用,是擺在每個(gè)橋梁BIM從業(yè)者面前的問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了BIM技術(shù)在公路橋梁工程中應(yīng)用狀況,包括建模要求、模型創(chuàng)建方法及模型應(yīng)用等內(nèi)容,并詳細(xì)分析了當(dāng)前橋梁BIM應(yīng)用存在的問(wèn)題。通過(guò)分析可以看出,BIM技術(shù)在公路橋梁的設(shè)計(jì)與建設(shè)、養(yǎng)護(hù)中,具有廣闊的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值。