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摘要：为了提高桥梁工程的设计和施工效率，将建筑信息模型（BIM）引入到桥梁工程中来。建筑信息模型( Building Information Modeling) 是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,它具有可视性、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。而 BIM 技术在桥梁工程建设领域的应用目前正处于前期阶段,初步探索在设计、施工、后期运营养护维修的全生命周期中如何利用 BIM 技术来提高设计效率、改善设计质量、加强施工组织及后期运营管理,具体的实现方法以及应用BIM 技术所能带来的效益,希望能对 BIM 技术在桥梁工程方面的应用拓展思路。可以为桥梁工程设计和施工提供有效的支持，进而减少返工、提高效率。
关键词：桥梁工程; BIM; 建筑信息模型;技术应用；
引言
近年来，应经济发展的需要，大型、特大型桥梁工程项目越来越多，如中国杭州湾大桥、港珠澳大桥等，这对桥梁设计与施工提出了更高的要求。桥梁工程项目的建设不仅涉及到复杂的地理环境，而且涉及多项复杂工程，故而将建筑信息模型（BIM）引入到桥梁工程中来。BIM在建筑行业取得了不错的应用成效。因此，国家开始大力推进 BIM 技术在工程领域如铁路、公路、水利水电行业应用研究,而桥梁工程在工程建设领域所占的比重又相当大,尤其是高速铁路、山区铁路、公路等,桥梁占比往往较大,在桥梁工程中应用 BIM 技术对整个工程项目的意义重大,本文将从设计、施工、后期运维项目全生命周期的三个阶段分别研究 BIM 技术的实际应用需求及效果。
1BIM 技术在桥梁工程设计阶段的应用
在桥梁工程设计中涉及大量的构件，为了满足结构安全的要求，桥梁工程设计一般比较复杂，特别是在构件的连接处往往更为复杂，因此在结构设计上容易出现一些冲突问题，如配筋冲突、连接件冲突等。传统上，设计问题主要依靠设计者的经验在基于二维设计图纸进行检测。然而，BIM 设计从根本上改变了传统的设计习惯,多专业、多人员协同设计平台使得在设计过程中,各专业并行设计,沟通及时准确,避免了大量的重复性返工,同时由于二维图纸均基于三维 BIM 模型所建立并与之相关联,模型局部修改后相关联图纸自动更新,极大地提高了设计效率,使设计人员从繁重的修改工作中解脱出来,将更多的精力投入项目设计方案的优化中。
BIM 技术的先进性和可扩展性决定了从传统的 CAD 二维设计向 BIM 设计转变是大势所趋,其意义甚至比当年的“甩图板”即手工绘图向 CAD 计算机辅助设计的转换更为重大,堪称勘察设计行业的又一次技术革命。
2BIM 技术在桥梁工程施工阶段的应用
技术交底期间施工单位可通过 BIM 模型的可视化和附着信息充分理解设计思路,避免了由于图纸理解偏差造成的问题,同时也能及时发现设计方案不合理、难以施工等问题并及时与设计方协调修正,减少后期变更设计等造成的废弃工程和浪费。
2.1BIM 技术和模拟技术
项目人员利用 BIM 技术和模拟技术，将桥梁三维模型与施工方法有效集成在一起，实现时间维度的施工进度模拟。一方面，可以按照天、周、月等时间单位进行项目施工进度模拟，并根据现场情况进行实时调整，分析不同施工方案的优劣，从而得出最佳施工方案；另一方面，可以对项目的重点或难点部分进行细致的可视化模拟，进行诸如施工操作空间共享、施工机械配置规划、材料供应计划、构件安装工序、材料的运输堆放安排等施工方案的优化。同样，施工进度优化也是一个不断重复模拟与改进的过程，以获得有效的施工进度安排，达到资源优化配置的目的。进行桥梁施发现施工问题，及时进行施工方案修改与再模拟，直至在施工之前获得可行的、高效的施工方案，从而确保施工的顺利进行，保证工程质量。通过可视化的过程模拟，分析施工工序、进度计划、资源配置等可行性，进而不断改善施工方案。
2.2BIM 技术的4D、5D 特性
施工组织设计应用 BIM 技术的4D、5D 特性,不仅可以更直观的三维展现施工进度信息,更可以结合工程量信息整合项目成本控制,在施工备料、人力资源安排、资金与进度控制等方面动态精细化管理,节约工程成本,提高项目总体收益和工程施工质量。 图1为桥梁施工过程的动态模拟(Navis works 软件截图),以动画形式模拟桥梁施工步骤,方便施工技术交底及计划进度安排等。
2.3BIM 模型碰撞检查
BIM 模型可以进行施工机具的碰撞检查以及移动路径检查,确定合理的施工方案,更好地与业主与设计单位沟通协商,减少施工方案引起的工程变更,降低工程成本。 施工过程中根据现场自动化采集的桥梁位移数据,利用三维 BIM 模型对应显示相应位置位移值,并与理论计算数据进行比较,对于超出允许范围的位移及时在 BIM 模型中给予警示信息,提醒用户及时采取措施加以修正,并将最终成桥线型与理论数据通过图形+数据方式直观体现。 根据桥梁施工过程中由监控单位量测的应力、应变数据实时反映桥梁的结构安全性以及与理论计算结果的差值,及时纠正施工决策方充分理解设计意图、设计理念,真实地反映项目与周围环境的立体关系。 图 2 为某公路桥梁方案设计阶段采用 BIM 模型生成的模拟真实场景的桥梁三维漫游动画,汇报方案时生动、直观,远比以往呆板的三维渲染图信息量大、效果好,并且普通设计人员即可完成。
2.4BIM 模型后期养护施工过程在 BIM 模型中添加施工信息,对施工过程质量管理以及后期项目运营阶段的养护维修都十分重要,利用 BIM 模型作为施工信息的载体,较以往的施工工程日志等更为直观,更方便查询管理,可根据部件的 ID 信息进行快速检索、分类,及时发现问题并进行相应调整。
3BIM 技术在桥梁运营管理阶段的应用
桥梁工程的结构安全至关重要,后期的养护维修、运营管理、档案管理都可以利用 BIM 技术强大的信息化、可视化功能来实现。
设计、施工模型与信息经由数字化信息模型无损地传递给运管部门,对结构使用过程中发现的风险因素分析成因,分清责任,制定维修整改实施方案并记录在 BIM 模型信息中,所有的数据记录后期都可以很方便地查询,大到桥梁墩台、梁部大体积混凝土,小到预应力钢束的锚具,甚至是桥梁支座的螺栓等都可以根据其 ID 信息和可视化图形界面调阅,避免低效率的查阅大量二维图纸、日志记录等繁琐工作,对一些易出现问题的部位也可以通过添加提醒功能按期检查,避免出现不可挽回的损失。
4结束语
BIM 作为一种新兴的高新技术在工程建设领域，得到到了越来越多的推广应用,许多大型建筑工程项目如上海中心、深圳机场等应用 BIM 技术均取得了不俗的成效。 在铁路基础设施建设领域,由铁路总公司等部门推进的一系列标准、规范也在紧锣密鼓的编制中,新建项目的 BIM 应用试点等研究工作也在加紧进行,随着应用研究的不断深入,BIM 技术必将为工程建设领域带来一次全新的技术革命,在桥梁工程等项目的应用前景也将十分广阔,虽然目前还面临对口软件、执行标准的缺乏,但随着开发研究的不断深入必将逐步解决上述问题,并取代传统的建设方法,只有充分掌握了BIM 技术的企业才能在日趋激烈的市场竞争中站稳脚跟。
参考文献
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论文作者:伍立文
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/17
标签：桥梁论文; 模型论文; 技术论文; 信息论文; 项目论文; 后期论文; 桥梁工程论文; 《基层建设》2016年第34期论文;