BIM技術(shù)在公路橋梁施工中應(yīng)用

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【摘要】在施工機(jī)械的不斷優(yōu)化升級(jí)和CAD、Project等工程輔助軟件的協(xié)助下，工程質(zhì)量得以提升。然而工程施工管理中的大量問題依靠傳統(tǒng)的技術(shù)和工具仍無法解決。文章介紹在墨臨高速公路地約科1號(hào)大橋工程施工過程中，通過結(jié)合bim技術(shù)，完成了項(xiàng)目的三維建模、碰撞檢查和制作施工模擬動(dòng)畫等工作，為橋梁施工全過程的管理決策提供了有力依據(jù)，并促進(jìn)了施工管理水平的提升。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);公路橋梁工程;三維建模;工程施工管理

目前，由于我國基礎(chǔ)建設(shè)工程規(guī)模的日益增加和擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)和形式愈加復(fù)雜，尤其是超大型的工程項(xiàng)目層出不窮，使得企業(yè)和工程項(xiàng)目單位面臨著巨大的信息技術(shù)投資和使用風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)和信息技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)［1］。但是，當(dāng)前的管理模式和信息化的手段都已經(jīng)無法很好地適應(yīng)我國現(xiàn)代化工程建設(shè)的實(shí)際發(fā)展需求。如何充分應(yīng)用BIM信息技術(shù)，從根本上有效地解決建筑全生命周期中各專業(yè)技術(shù)系統(tǒng)間的信息聯(lián)系出現(xiàn)斷層的問題，從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的應(yīng)用到管理全面提高信息化水平和信息技術(shù)應(yīng)用的效果，已經(jīng)成為建設(shè)單位和企業(yè)的迫切發(fā)展需求。本文以地約科1號(hào)大橋的實(shí)例應(yīng)用為基礎(chǔ)和依托，為BIM技術(shù)在建筑工程施工質(zhì)量管理實(shí)踐過程中的發(fā)展和應(yīng)用研究提供了理論思路、體系和實(shí)踐過程，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了其應(yīng)用的障礙，提出了其發(fā)展方向和建議，具有一定的前瞻性理論技術(shù)研究價(jià)值和重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)槠髽I(yè)如何運(yùn)用質(zhì)量管理實(shí)踐和開展后續(xù)的研究工作提供參考。

1工程概況

墨臨高速公路地約科1號(hào)大橋位于墨江縣地約科村，工程項(xiàng)目具有墩高且跨徑大、橋梁上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工場地小等難點(diǎn)。高墩施工集中在3#、4#、5#、6#墩處，主要施工方法為爬模法施工與滑膜法施工。本橋位于整體式路基段，最大橋墩高93．4m。橋梁起訖點(diǎn)樁號(hào)為K5+643～K6+098，橋梁總長455m，跨徑布置為(3×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁)+(72m+125m+72m波形剛腹板連續(xù)鋼構(gòu))+(3×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁)。單幅橋標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度為12．5m，墩臺(tái)徑向布置。地約科1號(hào)大橋形象見圖1。以此可見，本橋的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，存在一定的項(xiàng)目施工管理風(fēng)險(xiǎn)和難度，結(jié)合運(yùn)用BIM技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目施工管理進(jìn)行多個(gè)方面、多重角度的分析優(yōu)化。提供科學(xué)有力的數(shù)據(jù)支撐，將會(huì)為項(xiàng)目的有序進(jìn)行保駕護(hù)航。

2BIM應(yīng)用軟件分析

BIM的應(yīng)用過程離不開軟件的支撐，軟件就是展現(xiàn)BIM的工具和載體。在BIM的整個(gè)應(yīng)用實(shí)施過程中，除了必須有核心建模軟件以外，還需多種功能軟件的綜合應(yīng)用。才能實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)用的效益最大化。根據(jù)應(yīng)用功能與階段的劃分，BIM應(yīng)用軟件可分為建模、計(jì)軟件和運(yùn)維軟件［2］。由于項(xiàng)目BIM應(yīng)用需要多種軟件交互工作，數(shù)據(jù)兼容的問題應(yīng)當(dāng)首要考慮。第一種方案，把每種軟件自己的數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出成一種所有軟件都能夠支持的中間格式。目前國際上主流的兩種通用格式，一種是Gbxml，另外一種是IFC，但都具有一定的不穩(wěn)定性，增加了后續(xù)應(yīng)用實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。因此本項(xiàng)目選用第二種方案，全部用同一個(gè)軟件廠商提供的BIM工具和平臺(tái)。Revit作為Autodesk公司的核心建模軟件，具有投入成本低、參數(shù)化程度高、二次開發(fā)完善、與其他軟件整合性高等優(yōu)點(diǎn)。能夠充分滿足本項(xiàng)目的應(yīng)用功能需求，為項(xiàng)目的BIM應(yīng)用實(shí)施提供有力支持;魯班BIM平臺(tái)作為行業(yè)的領(lǐng)航者，能夠結(jié)合三維模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期的施工管理，通過對(duì)施工進(jìn)度、物料管理、成本預(yù)算、安全質(zhì)量等方面的細(xì)致管控，保證項(xiàng)目的有序進(jìn)行，提高項(xiàng)目質(zhì)量。

3BIM技術(shù)應(yīng)用

3．1三維建模

通過對(duì)以往施工圖紙的觀察分析發(fā)現(xiàn)，其所涵蓋范圍大多相互分離，關(guān)聯(lián)性較差，再加上道路橋梁工程自身所固有的復(fù)雜施工環(huán)境與施工工藝，導(dǎo)致潛藏于施工中的各類問題難以挖掘。本項(xiàng)目橋梁部分上部結(jié)構(gòu)為波形剛腹板連續(xù)鋼構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在二維的平面圖紙上很難得以體現(xiàn)，存在一定的技術(shù)隱患［3］。利用Revit對(duì)橋梁進(jìn)行精細(xì)化的三維模型創(chuàng)建。三維模型能夠?qū)蛄汗こ讨懈鱾€(gè)構(gòu)件之間的關(guān)系及作用機(jī)制進(jìn)行全面的詳細(xì)的呈現(xiàn)，可視化的三維模型對(duì)圖紙進(jìn)行了生動(dòng)及清晰的表達(dá)，確保了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。相比較于傳統(tǒng)的人工圖紙審核，所需投入人力少、所需時(shí)間周期短、達(dá)到的效果更加顯著。針對(duì)本項(xiàng)目中的波形鋼腹板、鋼筋、鋼絞線等結(jié)構(gòu)與工程，如利用Revit進(jìn)行大規(guī)模的三維建模任務(wù)，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求極高，且工作效率低，對(duì)施工單位人員來說整體效果不夠理想，不建議進(jìn)行整體建模。本項(xiàng)目進(jìn)行了單獨(dú)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)建模，輸出3份碰撞檢測報(bào)告，共計(jì)發(fā)現(xiàn)碰撞100余處，復(fù)雜鋼筋節(jié)點(diǎn)優(yōu)化59處。復(fù)雜節(jié)點(diǎn)示意見圖2。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)及一些異性結(jié)構(gòu)，手工計(jì)算工程數(shù)量的效率不高且不夠準(zhǔn)確，本項(xiàng)目借助于Revit三維建模來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)算量。發(fā)現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤、鋼絞線長度及混凝土量統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤、構(gòu)件尺寸前后不統(tǒng)一等問題38處。避免了施工返工現(xiàn)象及材料資源浪費(fèi)，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率。它的需求來源于每個(gè)基礎(chǔ)崗位，回歸于項(xiàng)目施工各個(gè)環(huán)節(jié)本質(zhì)。

3．2工程施工方案優(yōu)化

在工程施工方案優(yōu)化中BIM技術(shù)應(yīng)用主要在3個(gè)方面:施工方案優(yōu)化、施工場地布設(shè)和施工工藝流程優(yōu)化。在Revit精細(xì)建模后，結(jié)合Autodesk系列軟件Navisworks強(qiáng)大的可視化、審查、漫游功能。分解三維模型并加入時(shí)間概念創(chuàng)建四維施工模擬動(dòng)畫，輸出更為生動(dòng)形象的四維施工進(jìn)度表，通過可視化呈現(xiàn)項(xiàng)目工程施工計(jì)劃。對(duì)施工工藝流程和施工技術(shù)方案的設(shè)計(jì)決策提供科學(xué)理論和技術(shù)支持。提高工作效率，保證工程質(zhì)量。在本項(xiàng)目中依據(jù)四維施工模擬動(dòng)畫，比較方案選用5次，解決施工重難點(diǎn)2次，提升施工效率并保證項(xiàng)目工程的有序進(jìn)行。在本項(xiàng)目中可用場地較少，前期規(guī)劃困難，項(xiàng)目借助Re-vit與Civil3D軟件相互結(jié)合應(yīng)用，創(chuàng)建三維地形模型，可以協(xié)助項(xiàng)目進(jìn)行施工項(xiàng)目場地的布置方案選用和設(shè)計(jì)決策。Civil3D利用軟件管理系統(tǒng)中的施工項(xiàng)目勘測和設(shè)計(jì)任務(wù)管理工具可以自動(dòng)地完成許多需要耗費(fèi)大量時(shí)間的勘測和任務(wù)，有助于大限度地簡化了項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作的流程。Civil3D協(xié)助項(xiàng)目所設(shè)計(jì)生成的地形模型中包含豐富的智能、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，便于在施工項(xiàng)目的任何一個(gè)設(shè)計(jì)階段快速準(zhǔn)確進(jìn)行勘測和設(shè)計(jì)變更;而且協(xié)助項(xiàng)目能根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)估設(shè)計(jì)性能的結(jié)果自動(dòng)做出更明智的設(shè)計(jì)決策，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目利用Civil3D實(shí)現(xiàn)場地布置方案優(yōu)化，規(guī)劃用地3000m2，同時(shí)也為臨建設(shè)施選地提供了科學(xué)依據(jù)，取得了節(jié)約項(xiàng)目成本造價(jià)，科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目用地的優(yōu)質(zhì)效果。

3．3項(xiàng)目施工運(yùn)維管理

項(xiàng)目基于BIM模型，搭建了魯班BIM平臺(tái)，作為一個(gè)全生命周期的平臺(tái)，能將整個(gè)項(xiàng)目施工過程中的勞動(dòng)力、材料、安全質(zhì)量、文化建設(shè)等各類信息集成。平臺(tái)界面展示見圖3。從橋梁工程的施工進(jìn)度管理中來說，應(yīng)為其施工的復(fù)雜性比較高，相應(yīng)的進(jìn)度管理難度也比較大。借助魯班BIM平臺(tái)，關(guān)聯(lián)三維模型進(jìn)行每天的進(jìn)度填報(bào)工作，對(duì)整個(gè)橋梁工程項(xiàng)目的施工管理過程的細(xì)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)察和把關(guān)，實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)際施工進(jìn)度、智能預(yù)警，使各個(gè)施工流程都能夠滿足于施工進(jìn)度的預(yù)期，避免出現(xiàn)較大的施工拖延問題。除了在施工進(jìn)度管理中，魯班BIM平臺(tái)基于三維模型還具有巡檢調(diào)查、資料集成、成本預(yù)算、物資填報(bào)等多個(gè)功能，各個(gè)功能板塊交互協(xié)作，建立了一套完善的項(xiàng)目施工運(yùn)維管理流程，為項(xiàng)目施工管理提供了強(qiáng)有力的支持，但與項(xiàng)目施工工作人員的日常工作交際不是很理想，還有一定的改善和進(jìn)步空間。目前項(xiàng)目在魯班BIM平臺(tái)的協(xié)作管理下，井然有序的進(jìn)行中，共歸集資料約600份、完善工程施工質(zhì)量問題24處，為項(xiàng)目運(yùn)維提供扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用是極具價(jià)值的。BIM技術(shù)不僅在前期策劃、施工圖紙優(yōu)化等方面發(fā)揮很好的作用，且在具體的項(xiàng)目施工管理過程中，能有效地結(jié)合信息化技術(shù)提高項(xiàng)目的整體管理水平。本文通過結(jié)合實(shí)際工程施工項(xiàng)目，從不同方面、多個(gè)角度，簡要概述和分析了BIM技術(shù)在公路橋梁工程中所發(fā)揮的實(shí)際作用和體現(xiàn)。希望以此能夠促進(jìn)BIM技術(shù)在公路橋梁工程施工中的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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作者:江昊 單位:中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司