董方穎

（重慶市設(shè)計(jì)院 重慶 400015）

1 引言

BIM技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種，具有計(jì)算精確、穩(wěn)定等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到設(shè)計(jì)工作中。在橋梁工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠有效減輕設(shè)計(jì)人員的工作壓力，保證其工作質(zhì)量。因此，對(duì)BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式進(jìn)行詳細(xì)探究迫在眉睫。

2 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是建筑信息模型（Building Information Modeling）、建筑信息化管理（Building Information Management）、建筑信息制造（Building Information Manufacture）的統(tǒng)稱(chēng)?？傮w上將，BIM技術(shù)是以信息數(shù)據(jù)管理技術(shù)為框架的信息管理模型。在建筑工程中其能夠有效收集、利用、整合信息，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑工程的真實(shí)信息，并據(jù)此建構(gòu)三維建筑模型，以實(shí)現(xiàn)工程化管理、工程實(shí)時(shí)監(jiān)理、數(shù)字化加工等功能。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

對(duì)于橋梁工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在橋梁工程設(shè)計(jì)初期，采用BIM技術(shù)，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好的了解橋梁工程過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取合理的解決措施，進(jìn)一步保證橋梁工程工程的施工進(jìn)度，減少施工資源的浪費(fèi)。由于我國(guó)橋梁工程工程較多，采用先進(jìn)的BIM技術(shù)，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好的構(gòu)建橋梁工程模型，優(yōu)化橋梁工程設(shè)計(jì)方案，從而有效保證工程的總體施工質(zhì)量。

BIM技術(shù)具有良好的可視性，在橋梁工程中，實(shí)現(xiàn)可視化具有一定的難度，采用先進(jìn)的BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁工程的可視化，幫助設(shè)計(jì)人員更好的了解橋梁工程內(nèi)部情況，并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制定合理的施工方案，盡可能縮短工程的施工周期，保證橋梁工程工程中的施工成本得到更好的控制。傳統(tǒng)的BIM技術(shù)主要采用3D模擬，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)能夠?qū)こ淌┕こ杀具M(jìn)行有效控制，并結(jié)合橋梁工程的使用時(shí)間，準(zhǔn)確判斷工程中的各項(xiàng)成本，保證工程中的預(yù)算工作能夠順利進(jìn)行。

4 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某橋梁工程主橋?yàn)楦叩退嗡髅婊炷列崩瓨颍鳂蚩傞L(zhǎng)645m，最大跨徑330m。其中，高塔塔柱高178.2m，共29對(duì)斜拉索；低塔塔柱高121.8m，共15對(duì)斜拉索。西引橋長(zhǎng)1019.5m，東引橋長(zhǎng)263.5m。

4.2 方案確定

該橋梁工程整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)主要涉及復(fù)雜的支承與懸臂施工體系。其0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)25m，寬32.5m，區(qū)域內(nèi)無(wú)斜拉索設(shè)計(jì)，除塔身支承部位，其縱橋向形成近13m的大懸臂結(jié)構(gòu)，橫橋向懸臂達(dá)到16m，混凝土方量接近1150m3。0號(hào)節(jié)段雙向大懸臂結(jié)構(gòu)形式成為上部結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)所面臨的第一道難題。0號(hào)節(jié)段BIM三維信息模型主要參數(shù)如圖1所示。

當(dāng)前常規(guī)的0號(hào)節(jié)段施工工藝主要分為落地支架現(xiàn)澆（方案1）或托架現(xiàn)澆（方案2）2種。將2種施工設(shè)計(jì)導(dǎo)入大橋主墩BIM模型進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)方案1整個(gè)落地支架體系利用型鋼置于河床基礎(chǔ)之上，措施量大，成本高，且墩位基礎(chǔ)位于水中，施工難度較大。方案2較方案1經(jīng)濟(jì)，托架設(shè)計(jì)于橋墩預(yù)埋牛腿之上，無(wú)需龐大的落地型鋼支承結(jié)構(gòu)，也不受水下基礎(chǔ)條件影響，但型鋼托架、0號(hào)節(jié)段以及其上所有施工荷載將直接作用于空心橋墩側(cè)面，托架設(shè)計(jì)難度隨0號(hào)節(jié)段體量遞增，施工難度加大。

圖1 0號(hào)節(jié)段BIM三維信息模型

基于經(jīng)濟(jì)上更合理，技術(shù)上簡(jiǎn)單易行的原則，經(jīng)多次研究決定，將0號(hào)節(jié)段縱橋向分2次澆筑（方案3）完成，第1次接近11.2m的長(zhǎng)度采用托架澆筑，以減小整個(gè)托架的工程量，同時(shí)也降低其設(shè)計(jì)難度；第2次則利用掛籃對(duì)稱(chēng)懸臂施工兩端剩余的6.9m長(zhǎng)的節(jié)段。

從BIM項(xiàng)目方案的比選過(guò)程能直觀地得出3種施工工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果，方案3較其他2種常規(guī)工藝既能有效地控制施工成本，托架所承擔(dān)的混凝土方量的減少也使托架設(shè)計(jì)變得更容易，技術(shù)上簡(jiǎn)單易行，而提前使用的掛籃也是后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段所用的，后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)段懸臂施工如圖2所示，成本上基本無(wú)增加，因此最終選擇方案3為推薦施工方案。

圖2 后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)段懸臂施工

4.3 精細(xì)化施工設(shè)計(jì)

單幅掛籃中支點(diǎn)到后錨固點(diǎn)尺寸接近10m，從方案比選階段能夠發(fā)現(xiàn)第1次澆筑所形成11.2m長(zhǎng)的0號(hào)節(jié)段上難以形成完整的2幅大噸位掛籃，需要將2幅掛籃臨時(shí)組拼在一起，待后續(xù)節(jié)段完成后保證足夠的長(zhǎng)度時(shí)才能將左右2幅掛籃解體分離。但高空作業(yè)安全不易保障，為減少后續(xù)高空操作，尤其是焊接工作，盡量一次安裝到位，故采用將左右2幅掛籃在橫橋向進(jìn)行錯(cuò)位布置，間距為0.75m，錯(cuò)開(kāi)主縱梁重疊部位。這樣，除因塔身原因無(wú)法一次形成的主縱梁，其余部位均可一次安裝到位，最大限度地減少高空焊接、2次安拆等工作，保證掛籃順利前移與可靠錨固。

由于其主梁?jiǎn)嗡髅鎸捪淞旱脑O(shè)計(jì)導(dǎo)致掛籃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)異常復(fù)雜與龐大，同時(shí)，為了控制作用于大橋主梁上單個(gè)作用點(diǎn)的支反力，首次采用了前后支點(diǎn)相結(jié)合的掛籃體系。大量的錨固、吊掛、剪力鍵及行走系統(tǒng)均需提前且合理準(zhǔn)確地預(yù)留孔洞，并精準(zhǔn)地避開(kāi)大橋主梁結(jié)構(gòu)上錯(cuò)綜復(fù)雜的預(yù)應(yīng)力布置，這讓整個(gè)掛籃的設(shè)計(jì)更為困難。主梁節(jié)段預(yù)應(yīng)力布置的BIM三維信息模型如圖3所示。

圖3 主梁節(jié)段預(yù)應(yīng)力布置三維信息模型

為使預(yù)留孔洞滿足大橋主梁上所有節(jié)段預(yù)應(yīng)力布置要求，將不同類(lèi)型節(jié)段的預(yù)應(yīng)力布置與主梁節(jié)段所設(shè)預(yù)留孔洞進(jìn)行比較，在BIM軟件里分別建立主梁節(jié)段、掛籃及預(yù)應(yīng)力3個(gè)項(xiàng)目，利用系統(tǒng)所提供的碰撞檢測(cè)功能進(jìn)行碰撞分析，檢測(cè)項(xiàng)目干涉結(jié)果。根據(jù)碰撞檢查報(bào)告對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的有干涉沖突的構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證施工過(guò)程預(yù)留孔洞以及吊桿、錨固部件不會(huì)影響大橋主梁預(yù)應(yīng)力的布置，保證掛籃懸臂施工的順暢，避免重新加工定制或改造掛籃所造成的成本增加與工期滯后。

4.4 響應(yīng)設(shè)計(jì)變更

該橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，施工設(shè)計(jì)體量相當(dāng)大，類(lèi)似托架、掛籃這樣的大型施工設(shè)計(jì)，橋型結(jié)構(gòu)上任何尺寸的改變都可能影響工程進(jìn)度和成本。施工過(guò)程中設(shè)計(jì)變更無(wú)法避免，輕則方案重新設(shè)計(jì)，重則已加工成型的大型鋼結(jié)構(gòu)部件全部作廢，由此造成的直接經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤所產(chǎn)生的間接損失難以估算。

為降低上述潛在風(fēng)險(xiǎn)，在該橋梁工程施工設(shè)計(jì)初期則將所有可能影響施工設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)處于BIM的監(jiān)視狀態(tài)下。當(dāng)設(shè)計(jì)變更生效，加載變更后的BIM模型，則可根據(jù)BIM提供的警告信息針對(duì)性地核查預(yù)警參數(shù)對(duì)施工設(shè)計(jì)造成的影響，并能有效降低因?qū)張D不及時(shí)或人為因素漏查所產(chǎn)生的損失。

4.5 優(yōu)化施工流程進(jìn)度

目前，施工流程及進(jìn)度計(jì)劃主要仍停留在文字與圖表層面，其包含的信息量與完備程度難以滿足對(duì)項(xiàng)目的精細(xì)化施工管理。工程項(xiàng)目的建設(shè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)、立體、交叉的過(guò)程，常規(guī)的施工流程需要優(yōu)化。該橋梁工程主橋擁有有別于常規(guī)的輔助墩設(shè)計(jì)，導(dǎo)致輔助墩墩頂節(jié)段體量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段很大一截。該節(jié)段僅此一節(jié)，若按該節(jié)段進(jìn)行掛籃設(shè)計(jì)將增大掛籃體量，則極不經(jīng)濟(jì)。在BIM設(shè)計(jì)的施工流程中發(fā)現(xiàn)，輔助墩不能先于墩頂節(jié)段完工，否則將阻礙掛籃正常前行。如若留除墩頂部分暫不澆筑，則可保證掛籃順利通過(guò)輔助墩，并利用未完工的輔助墩墩頂做前端支承以分擔(dān)掛籃設(shè)計(jì)荷載，待掛籃通過(guò)后再完成剩余部分，則可保證掛籃設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，又可確保施工進(jìn)度的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式進(jìn)行詳細(xì)探究，根據(jù)本文分析可見(jiàn)，在橋梁工程建設(shè)初期應(yīng)用BIM技術(shù)，可輔助施工設(shè)計(jì)，為施工方案確定提供依據(jù)，同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)、監(jiān)視參數(shù)等功能，還可以為施工設(shè)計(jì)進(jìn)行精細(xì)化處理。另外，利用BIM信息的完備性與可視化等特性更為合理地安排了施工進(jìn)度，較為直觀、高效、精確地指導(dǎo)橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)，進(jìn)而保證施工工期和施工成本。隨著該技術(shù)的逐漸推廣與普及，BIM技術(shù)將在橋梁建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

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[3]段軍.BIM在橋梁工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2016，38（6）：146～148.