BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

1、一、 BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用分析1.1 橋梁施工采用BIM技術(shù)的價(jià)值分析 建筑信息模型(BIM)技術(shù)正在引發(fā)工程建設(shè)領(lǐng)域的一場徹底的技術(shù)變革，基于BIM技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)方可實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等，對(duì)施工方也可帶來極大的價(jià)值，具體主要體現(xiàn)在：（1） 對(duì)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)圖紙的復(fù)核 由于用于施工的BIM模型是各專業(yè)的集成模型，各模型組裝在一起后就可以進(jìn)行不同專業(yè)模型之間的碰撞檢查，這樣就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，同時(shí)，施工方還可通過整體模型了解整個(gè)設(shè)計(jì)意圖，考慮施工的可行性，以便及時(shí)協(xié)調(diào)方案的修改，降低施工難度和成本。（2） 施工方案的可視化 可以方便地將3D設(shè)計(jì)模型與施工計(jì)劃、材料成本等進(jìn)

2、行關(guān)聯(lián)，形成施工信息模型，該模型可以動(dòng)態(tài)地模擬施工過程，施工人員可以方便地從視覺上檢查施工方案的可行性、正確性，或者比較不同的施工計(jì)劃，優(yōu)化和選擇最佳施工方案以控制施工風(fēng)險(xiǎn)、降低施工成本。另外，施工模型還是各參與方交流的重要手段，通過模型演示施工流程，便于各參與方了解各階段的工作。（3） 為業(yè)主提供完整的竣工模型 在施工階段中對(duì)設(shè)計(jì)模型不斷擴(kuò)充施工信息，如施工計(jì)劃、材料信息、供應(yīng)商信息等等，在施工完成后，還可對(duì)將竣工圖紙保存到BIM模型中，這就形成了業(yè)主真正需要的竣工模型，便于后續(xù)的運(yùn)營維護(hù)工作。1.2 BIM技術(shù)在施工階段應(yīng)用的難點(diǎn)分析（1） 建立精確的、完整的三維設(shè)計(jì)模型，并交付給施工階段

3、 由于三維設(shè)計(jì)是一個(gè)集成化設(shè)計(jì)，需要將各專業(yè)或各分包商的設(shè)計(jì)模型組裝在一起以形成完整的設(shè)計(jì)模型，因此，既要考慮選擇適合各專業(yè)設(shè)計(jì)要求的三維設(shè)計(jì)軟件，又必須考慮個(gè)專業(yè)軟件的文件格式，各專業(yè)完成的子模型必須格式一致或數(shù)據(jù)兼容，這樣才便于模型的組裝。（2） 施工資料的管理與使用 施工項(xiàng)目規(guī)模大，涉及到設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、供應(yīng)商、分包商等眾多單位，彼此之間的信息溝通十分復(fù)雜，產(chǎn)生的文件和數(shù)據(jù)數(shù)量驚人，圖紙、說明書、報(bào)表、合同、變更單、施工計(jì)劃表等，包含的信息量大，如何高效地傳遞并保證權(quán)限受控、版本一致、歷史記錄有據(jù)可查，是必須要解決的問題。（3） 參與方的協(xié)同工作管理 參與方眾多，而且可能工作地點(diǎn)不同，

4、既有內(nèi)業(yè)工作，也有現(xiàn)場工作，如何保證在不同辦公地點(diǎn)、不同單位的所有人員能夠協(xié)同高效地工作，并且基于統(tǒng)一的BIM模型，完成整個(gè)施工階段，形成完整地竣工BIM模型，這種工作模式的改變是采用BIM技術(shù)施工必須考慮的問題。（4） 施工控制、監(jiān)測 橋梁施工技術(shù)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)大，既需要考慮利用BIM技術(shù)模擬施工過程和施工現(xiàn)場，以降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本，也應(yīng)對(duì)某些特定結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問題，并利用BIM模型進(jìn)行分析，比較與設(shè)計(jì)模型的誤差，及時(shí)調(diào)整構(gòu)件的制造尺寸、施工位移等。二、 Bentley面向橋梁施工領(lǐng)域的解決方案 Bentley面向橋梁施工的大致實(shí)施流程如下：1. 利用各類建模工具重建橋梁的

5、三維模型；2. 將各專業(yè)建立的三維模型組裝成i-model格式的總體模型；3. 利用ProjectWise管理施工項(xiàng)目的所有相關(guān)文檔和模型；4. 制訂施工計(jì)劃，利用MicroStation等軟件對(duì)三維模型按施工階段進(jìn)行分割；5. 將分割后的模型與相關(guān)的施工信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成虛擬施工模型；6. 基于施工模型進(jìn)行施工模擬、施工分析、施工管理等。以下是Bentley面向橋梁施工領(lǐng)域解決方案的總體構(gòu)架圖：主要相關(guān)產(chǎn)品功能如下：軟件名稱功能簡介MicroStation (二維繪圖及三維信息建模平臺(tái))世界一流的二維/三維圖形環(huán)境。PowerCivil (道路橋隧三維設(shè)計(jì)軟件)支持路線、場地、勘測、給排水、

6、橋梁、隧道等的三維設(shè)計(jì)建模軟件。ProConcrete(鋼筋混凝土二三維詳細(xì)設(shè)計(jì)與出圖軟件)一款專業(yè)的鋼筋混凝土詳細(xì)設(shè)計(jì)和鋼筋表生成的二維/三維軟件，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)提供了一種完全交互式、參數(shù)化的設(shè)計(jì)和數(shù)量統(tǒng)計(jì)工具。Prosteel (鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)建模軟件BridgeMaster (橋梁設(shè)計(jì)出圖軟件)二維常規(guī)橋梁及箱型橋梁設(shè)計(jì)出圖軟件，可輸出橋梁模型到PowerCivil以自動(dòng)生成橋梁的三維模型。ProjectWise（工程項(xiàng)目信息管理及協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)）Bentley Navigator三維協(xié)同設(shè)計(jì)瀏覽、分析、模擬工具，可進(jìn)行三維模型的交互式瀏覽、跨專業(yè)綜合碰撞檢查、進(jìn)

7、度模擬和安全檢查模塊。Bentley ProjectWise Application Server協(xié)同管理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨地域的信息與數(shù)據(jù)的共享保障正確的人在正確的時(shí)間獲得正確版本的信息。Bentley ProjectWise 系列產(chǎn)品的核心模塊. 它和后端的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)處理所有用戶的功能請求。ProjectWise Web ServerProjectWise Web 服務(wù)器將整個(gè)系統(tǒng)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，使用戶通過瀏覽器就可以訪問系統(tǒng)。ProjectWise Publishing ServerProjectWise 發(fā)布服務(wù)器能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)文件（DGN/DWG）轉(zhuǎn)化為特殊的格式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，

8、使用戶可以直接通過瀏覽器進(jìn)行查看，而不需要安裝任何專業(yè)軟件。ProjectWise Caching ServerProjectWise 文件緩存服務(wù)器用于滿足分布式文件存儲(chǔ)的需求。一般情況下，文件可以存儲(chǔ)在ProjectWise 集成服務(wù)器上，當(dāng)需要提高文件訪問的性能或者文件需要存儲(chǔ)在不同的地域的時(shí)候，可以使用 ProjectWise 文件緩存服務(wù)器。ProjectWise PassportProjectWise系統(tǒng)管理員端、Windows客戶端、Web客戶端訪問ProjectWise數(shù)據(jù)時(shí)，首先需要取得ProjectWise客戶端訪問許可權(quán)限，即ProjectWise Passport。三、

9、 本項(xiàng)目BIM應(yīng)用核心問題的解決方法1. 橋梁BIM模型的重建 由于設(shè)計(jì)階段沒有采用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)方不能提供該橋的三維模型。該橋的結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，主跨為鋼箱梁單跨懸索橋，主塔為門式框架結(jié)構(gòu)，引橋?yàn)檫B續(xù)箱梁和連續(xù)剛構(gòu)，因此，本橋?qū)⑹褂枚喾N工具軟件來建立三維模型。1） 使用PowerCivil作為模型的總裝平臺(tái) PowerCivil是Bentley土木行業(yè)的BIM平臺(tái)，利用PowerCivil可建立地面數(shù)字模型、路線三維模型等，在PowerCivil中確定個(gè)墩臺(tái)位置等，其他工具建立的子模型將按路線位置、墩臺(tái)位置組裝在一起，最終形成完整的由樁號(hào)高程信息的橋梁三維模型。2） 使用MicroStat

10、ion建立主跨模型 MicroStation是一個(gè)通用的信息建模工具，利用MicroStation可以創(chuàng)建該橋特定結(jié)構(gòu)的建模，如主跨鋼箱梁、索結(jié)構(gòu)等。以下是安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院利用MicroStation完成的部分箱梁模型和圖紙。3） 使用BridgeMaster建立連續(xù)箱梁及連續(xù)剛構(gòu)引橋模型 利用BridgeMaster可以很快地在二維上完成連續(xù)箱梁和連續(xù)剛構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并可直接將設(shè)計(jì)模型輸出到PowerCivil中自動(dòng)生成橋梁構(gòu)造和鋼束模型，如下圖：4） 使用Proconcrete建立三維普通鋼筋模型 Proconcrete是一個(gè)參數(shù)化的三維配筋軟件，可實(shí)現(xiàn)任意混凝土結(jié)構(gòu)的三維配筋模型的建

11、立，并可做碰撞檢查。 5) 利用Prosteel可進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Prosteel可以完成鋼結(jié)構(gòu)的三維建模、計(jì)算分析和詳圖。 由于Bentley的這些建模工具全部生成的是DGN模型文件，所以模型組裝和數(shù)據(jù)互用不存在問題。2. 施工資料的管理 本項(xiàng)目涉及的文件、圖紙、模型、說明書、合同、變更單、施工進(jìn)度計(jì)劃等繁多，通過ProjectWise可以保證所有資料分類管理、高效傳遞、權(quán)限受控、版本一致、歷史記錄有據(jù)可查。 各類資料還可以方便地發(fā)布到Web端或移動(dòng)設(shè)備端，便于業(yè)主等相關(guān)人員的查看。在施工現(xiàn)場也可方便地通過移動(dòng)設(shè)備查看、查找相關(guān)資料。3. 參與方的協(xié)同工作管理 施工項(xiàng)目涉及到業(yè)主、設(shè)計(jì)方、

12、監(jiān)理、供應(yīng)商、分包商等眾多單位，如何讓項(xiàng)目信息在各方準(zhǔn)確及時(shí)地傳遞，如何讓各方按照規(guī)定的步驟、模式去協(xié)同工作，避免合作上的問題，提高合作效率，這是項(xiàng)目實(shí)施過程中必須考慮的問題。以前的交流合作主要基于圖紙和相關(guān)文件，而且是相互之間多對(duì)多的交流配合方式，采用BIM技術(shù)后，各方可以基于整個(gè)項(xiàng)目的BIM模型來進(jìn)行溝通和合作。ProjectWise為參與方提供了一個(gè)協(xié)同平臺(tái)，其管理的內(nèi)容核心就是項(xiàng)目的BIM模型，所有參與方可通過ProjectWise共享項(xiàng)目的BIM模型，并以此為中心進(jìn)行溝通，從而保證了信息的一致性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)工作的協(xié)同，提升了工作效率。4. 碰撞檢查 利用Navigator可

13、以瀏覽整個(gè)三維模型，并可對(duì)各子模型之間進(jìn)行碰撞檢查，也可對(duì)內(nèi)部的鋼筋、鋼束之間進(jìn)行碰撞檢查。在施工前通過碰撞檢查，可提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的問題。 5. 施工進(jìn)度模擬和分析 將構(gòu)建的三維模型與預(yù)定的施工計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行掛接，在Navigator中就可以進(jìn)行4D施工模擬，借此就可以驗(yàn)證施工進(jìn)度計(jì)劃的可行性、分析施工計(jì)劃進(jìn)度存在哪些問題和矛盾，如果再與材料成本進(jìn)行連接，就可以比較不同施工方案的費(fèi)用，從而降低整個(gè)施工成本。 6. 施工現(xiàn)場管理 利用MicroStation等軟件，可以建立施工現(xiàn)場的模型，模擬工地的現(xiàn)場情況，規(guī)劃施工設(shè)備的出入場地方案。還可對(duì)大型機(jī)械運(yùn)行的空間進(jìn)行分析，以便確定機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行

14、空間，避免施工設(shè)備的相互干擾。7. 工程算量和成本管理 項(xiàng)目成本的控制已成為工程建設(shè)企業(yè)迫切需要解決的問題，傳統(tǒng)的技術(shù)手段主要依靠手工，根據(jù)圖紙及相關(guān)報(bào)表來大致估算，由于圖紙數(shù)量巨大，相互之間沒有詳細(xì)的關(guān)聯(lián)信息，要精確計(jì)算是不可能的?；贐IM技術(shù)建立整個(gè)設(shè)計(jì)模型后，通過模型的組成構(gòu)件及其詳細(xì)的工程屬性，就可以精確地計(jì)算出設(shè)計(jì)模型的工程數(shù)量，結(jié)合定額軟件，也可計(jì)算出施工階段的材料實(shí)際消耗量。通過精確算量，就可以精確采購，限額領(lǐng)料，從而降低采購成本，避免不必要的余量庫存。利用MicroStation和PowerCivil可以精確地計(jì)算出構(gòu)件的材料數(shù)量、土石方量等。8. 施工控制和施工監(jiān)測RM B

15、ridge是世界頂尖的橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件，廣泛為世界各國的橋梁設(shè)計(jì)、咨詢、施工及檢測加固單位所使用，其中使用RM進(jìn)行設(shè)計(jì)施工比較著名的懸索橋有：瑞士的Hoga Kusten橋（主跨1200m）;挪威的Hardanger橋（主跨為1310m）；意大利的默西拿跨海大橋（主跨3300m）中國的四渡河特大橋(主跨為900m)。 結(jié)構(gòu)線形控制、應(yīng)力控制和穩(wěn)定性控制是大型橋梁尤其是懸索橋施工控制和檢測的重點(diǎn)。RM Bridge 具有施工控制模塊、風(fēng)力計(jì)算模塊和高效的幾何線形非線性計(jì)算引擎，能夠充分滿足大型橋梁的施工控制和監(jiān)測任務(wù)。 在RM Bridge 的施工控制模塊，能夠準(zhǔn)確計(jì)算裝配順序、設(shè)計(jì)荷載影響下結(jié)構(gòu)的位移和變形，主要功能特點(diǎn)有：a）當(dāng)前階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移是以上一階段變形后為計(jì)算起點(diǎn)，并能對(duì)實(shí)際變形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大位移幾何非線性迭代分析，從而能夠準(zhǔn)確的連續(xù)監(jiān)控和計(jì)算跟蹤整個(gè)施工裝配過程；b）可以將