BIM助力橋梁鋼結構設計施工一體化建設

來(lái)源：中國建設報

近年來(lái)，隨著(zhù)橋梁材料費用與人工費用的倒掛，鋼結構橋梁相對混凝土橋的經(jīng)濟逆勢逐漸減小，我國逐步開(kāi)始進(jìn)入鋼結構橋梁的快速發(fā)展時(shí)期。但是建筑施工行業(yè)的生產(chǎn)效率正在持續下滑并成為建筑行業(yè)面臨的根本性問(wèn)題，鋼結構橋梁在設計建造過(guò)程中由于信息交換不及時(shí)、不準確的問(wèn)題造成了大量人力物力的浪費。

BIM（建筑信息模型）作為起源于20世紀70年代的美國的一種基于最先進(jìn)的三維數字設計和工程軟件所構建的可視化數字建筑模型，近年來(lái)在國內建筑工程多個(gè)領(lǐng)域實(shí)現了應用研究。北京奧運會(huì )、上海世博會(huì )等大型建設項目成功地將BIM技術(shù)應用于建筑工程的荷載分析、圖紙審核、施工管理、設備維護等領(lǐng)域，為BIM技術(shù)在我國推廣提供了條件。近年來(lái)，BIM技術(shù)在橋梁鋼結構領(lǐng)域也逐漸推廣開(kāi)來(lái)。

以石濟黃河特大橋為例，該橋是我國首次采用剛性懸索加勁連續鋼桁梁結構形式的鋼結構橋梁，全橋架設桿件數量多、制造要求精度高，在進(jìn)度、成本、安全及質(zhì)量綜合管理等方面均存在困難。

在經(jīng)過(guò)多方論證和精確計算下，該橋采用BIM技術(shù)輔助工程施工，有效解決了項目設計、制造和施工應用系統之間的“信息斷層”和“信息孤島”問(wèn)題，實(shí)現工程信息共享與集成管理，可以極大地避免重復勞動(dòng)，提高效率。

一是采用BIM三維實(shí)體建模出圖進(jìn)行深化設計，通過(guò)搭建實(shí)體模型、工藝性?xún)?yōu)化、模型校核審查、深化設計出圖四個(gè)階段對全橋模型進(jìn)行搭建，實(shí)現所見(jiàn)即所得的目標。

二是利用BIM對鋼桁架構件進(jìn)行數字化加工，通過(guò)智能化切割下料、復雜節點(diǎn)的虛擬制造等環(huán)節，實(shí)現了從模型到機床切割的數字化，為桿件的制造制定提供了可靠的依據，提高了工藝制定的效率，保證了桿件的制造質(zhì)量。

三是以全橋三維建模為基礎，通過(guò)鋼桁架桿件整體拼裝及試拼裝的自動(dòng)校核，可以發(fā)現碰撞、相離等問(wèn)題，從根本上保證了復雜鋼橋構件連接關(guān)系的正確性，實(shí)現了橋位吊裝成橋線(xiàn)形。

四是引入時(shí)間維度實(shí)現4D管理，可以進(jìn)行虛擬施工，并隨時(shí)隨地直觀(guān)快速地將施工計劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對比，項目各參與方對工程的各種問(wèn)題和情況了如指掌。通過(guò)BIM技術(shù)結合施工方案、施工模擬和現場(chǎng)視頻監測，有效減少了全橋施工過(guò)程中的質(zhì)量、安全問(wèn)題。

石濟黃河特大橋BIM系統的應用以制造精細、信息完整、數據詳實(shí)的信息模型為基礎，覆蓋了深化設計、自動(dòng)排版套料、數字化加工的制造全過(guò)程，以貫穿鋼橋場(chǎng)地規劃、鋼橋架設和安全監控的4D-BIM管理系統為平臺，為鋼橋制造、架設管理提供分析優(yōu)化，為決策提供“大數據”支持，達到了管理升級、降本增效的目的。

隨著(zhù)大型復雜鋼結構橋梁項目的興起以及BIM應用軟件的不斷完善，越來(lái)越多的項目參與方在關(guān)注和應用BIM 技術(shù)。目前港珠澳大橋、滬通長(cháng)江大橋、虎門(mén)二橋、樂(lè )清灣大橋等鋼結構橋梁在項目設計施工管理階段均嘗試采用BIM 技術(shù)，成功實(shí)現了各專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設計、設備材料統計和施工模擬、碰撞檢查等功能。

當前，BIM技術(shù)應用在橋梁鋼結構建設中主要體現三個(gè)方面的優(yōu)勢：一是深化設計和優(yōu)化設計方案。根據設計圖紙使用 BIM 技術(shù)，為三維建模調用“構件庫”和“節點(diǎn)庫”，輸入構件和節點(diǎn)的參數，有利于構件節點(diǎn)的深度設計，也有利于鋼結構工程管理信息的可視化，最終達到節約成本的目的。

二是實(shí)現橋梁的數字化制造應用。BIM技術(shù)的引入，使鋼結構加工制造流程變得簡(jiǎn)單，BIM模型輸出的各類(lèi)信息除了能快速生成加工清單、形成工藝設備路徑外，在數控切割、復雜構件加工等工序中的作用也尤為顯著(zhù)，彌補了二維CAD指導加工的不足問(wèn)題，完成了種類(lèi)繁多、數量龐大的零部件加工任務(wù)，記錄了大量構件信息、材料信息。

三是確保動(dòng)態(tài)可視化的集成施工。BIM技術(shù)在施工現場(chǎng)應用主要是施工信息與BIM模型動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)、集成，結合利用4D-CAD技術(shù)，支持動(dòng)態(tài)可視化的模型及施工方案表達，并隨施工過(guò)程更新及輔助項目施工管理，實(shí)現對工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全及資源的綜合管控。

目前，國內的BIM技術(shù)仍處在應用探索階段，BIM理論需要結合現場(chǎng)實(shí)際、了解現場(chǎng)的實(shí)際需求，并在應用中解決實(shí)際問(wèn)題，才能真正發(fā)揮BIM技術(shù)的價(jià)值。

BIM技術(shù)在橋梁鋼結構工程上的成功實(shí)踐進(jìn)一步拓展了BIM的應用范圍，是BIM從單純技術(shù)應用向與項目管理集成應用轉化的重大里程碑。這種通過(guò)計算機方式建立模型與仿真的方式，對降低鋼結構橋梁的深化設計費用、縮短工期、準確預算工程量等方面有實(shí)質(zhì)性的效果，而且在推動(dòng)鋼結構橋梁設計制造施工一體化建設方面有著(zhù)巨大的潛在效益。