導(dǎo)語(yǔ)：橋梁工程全生命周期一體化研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：BIM常應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工階段，為促進(jìn)BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期一體化的應(yīng)用，本文提出基于BIM技術(shù)的橋梁工程全生命周期一體化的技術(shù)框架和一般性應(yīng)用流程，并以某實(shí)際工程為例，分階段闡述并研究了具體的實(shí)施步驟和關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)果表明，基于BIM技術(shù)的橋梁全生命周期一體化應(yīng)用，可提高工程效率，有效解決項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)建造和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題。本文豐富了橋梁全生命周期一體化應(yīng)用方案，為同類(lèi)課題的研究人員和相關(guān)工程技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型；橋梁工程；全生命周期；一體化管理

橋梁作為主要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，直接影響到沿線(xiàn)人民的出行，關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無(wú)論在前期設(shè)計(jì)建造還是后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)均應(yīng)給予足夠的重視。由于橋梁工程項(xiàng)目往往較為復(fù)雜，無(wú)論在設(shè)計(jì)規(guī)劃、施工作業(yè)還是后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段常需要多專(zhuān)業(yè)、多部門(mén)的協(xié)同工作，使得各部門(mén)間信息實(shí)時(shí)共享難度大，橋梁各階段的控制與管理均較困難［1］。近年，隨著計(jì)算機(jī)、通信和智能檢測(cè)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，為工程項(xiàng)目實(shí)時(shí)信息收集、共享與傳遞提供了必要條件，BIM技術(shù)也因此得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。BIM技術(shù)具有信息高度集成的特點(diǎn)，可以提供信息實(shí)時(shí)共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)，應(yīng)采用合適的技術(shù)路線(xiàn)與應(yīng)用流程為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各階段提供較為全面的信息數(shù)據(jù)支持和方案可行性驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)工程全生命周期的數(shù)據(jù)共享與傳遞，使各部門(mén)對(duì)工程項(xiàng)目情況的實(shí)時(shí)追蹤成為可能。

1BIM在橋梁工程中應(yīng)用的技術(shù)框架

通過(guò)將地理環(huán)境、材料造價(jià)、設(shè)備清單等信息載入BIM技術(shù)平臺(tái)，利用Revit、Fuzor等軟件綜合處理，將BIM技術(shù)與橋梁生命周期的各個(gè)階段相結(jié)合，建立BIM技術(shù)的橋梁工程全生命周期一體化的技術(shù)路線(xiàn)和基本框架（如圖1所示）。圖1中展示了BIM技術(shù)在橋梁工程項(xiàng)目主要階段的應(yīng)用示例，首先將地理信息載入BIM平臺(tái)，根據(jù)環(huán)境信息，進(jìn)行橋梁選線(xiàn)，再根據(jù)設(shè)計(jì)信息，在Revit中進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，并載入Lumion中進(jìn)行效果展示以便于方案比選。在確定橋梁方案后，再進(jìn)行配筋等施工圖的設(shè)計(jì)；隨后，根據(jù)BIM虛擬施工平臺(tái)進(jìn)行施工模擬，確保施工過(guò)程的安全合理；最后，將橋梁信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維階段的管理。該基本框架通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段與BIM軟件的有機(jī)結(jié)合，有地的提升了工程效率和信息利用率。

2工程案例

2．1工程概況

1）橋梁方案。本橋梁項(xiàng)目，全長(zhǎng)33．58m，橋梁按直線(xiàn)布設(shè)，墩臺(tái)平行布置，且橋臺(tái)處設(shè)有伸縮縫。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×10m變截面預(yù)制混凝土箱梁，如圖2所示；橋梁下部結(jié)構(gòu)中，橋墩采用柱式墩，每個(gè)橋墩下連接2根鉆孔灌注樁；橋臺(tái)為柱式臺(tái)，臺(tái)下設(shè)置2根鉆孔灌注樁。橫坡為單向2％。橋梁模型如圖3所示。2）施工要點(diǎn)。有關(guān)施工工藝的標(biāo)準(zhǔn)，除了按照相關(guān)規(guī)范處理外，還應(yīng)注意的是：施工前應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)核算，在橋梁墩、臺(tái)處定位并對(duì)樁距進(jìn)行校核，確定校核無(wú)誤后方可進(jìn)行施工；施工過(guò)程中，應(yīng)確保施工工藝流程準(zhǔn)確與安全，規(guī)避潛在的風(fēng)險(xiǎn)；墩、臺(tái)、樁基礎(chǔ)施工時(shí)，如發(fā)生地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)采用的鉆孔資料有出入時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行反饋；最后由于橋梁施工環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)注意施工場(chǎng)地的布置，避免出現(xiàn)場(chǎng)地施工隱患。本工程作為BIM技術(shù)在橋梁全生命周期中的應(yīng)用探索，將對(duì)其設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段進(jìn)行研究。

2．2規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用主要集中在設(shè)計(jì)方案的建模與信息反饋上。要想將BIM與橋梁設(shè)計(jì)有效的結(jié)合在一起，Revit建模是前提。建立“族”是Revit建模的核心思想，族庫(kù)的強(qiáng)大在于“參數(shù)化”，在族樣板中預(yù)先建立參數(shù)化模型，模型涵蓋了構(gòu)件尺寸、材質(zhì)、施工周期、廠(chǎng)家等信息。借助BIM技術(shù)平臺(tái)，采用Lumion程序?qū)崿F(xiàn)全橋三維動(dòng)畫(huà)，可實(shí)現(xiàn)造價(jià)、景觀(guān)等更為全面的橋式方案比選，以確定合適的橋梁方案。通過(guò)Revit三維模型與Midas、橋繪通等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，確定材料強(qiáng)度、配筋數(shù)量等參數(shù)，并直接生成二維建筑圖紙與用量明細(xì)［2］，有效保證出圖的質(zhì)量與效率。本文中橋梁項(xiàng)目模型的創(chuàng)建以變截面混凝土箱梁為例，首先應(yīng)在輪廓族中建立箱梁輪廓并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)化設(shè)置，進(jìn)行尺寸約束和材質(zhì)賦予；隨后將輪廓載入公制結(jié)構(gòu)框架族樣板中，進(jìn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)并根據(jù)載入的輪廓進(jìn)行放樣融合；最后進(jìn)行變截面尺寸設(shè)定以建立箱梁模型，如圖3所示。箱梁創(chuàng)建完成后，在Revit族樣板中，依次對(duì)橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)等采用相同步驟進(jìn)行創(chuàng)建并載入至項(xiàng)目中，并對(duì)蓋梁、樁基、附屬設(shè)施等進(jìn)行配筋，如圖4～5所示，最后在項(xiàng)目中根據(jù)實(shí)際地形調(diào)整構(gòu)件位置，得到完整的橋梁模型。在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)完成后，利用BIM技術(shù)平臺(tái)的信息反饋優(yōu)勢(shì)，較為便利地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化和設(shè)計(jì)校核，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

2．3施工階段

在橋梁工程中，對(duì)施工進(jìn)行模擬與優(yōu)化的目的在于針對(duì)施工環(huán)境的復(fù)雜性與預(yù)制構(gòu)件的多樣性，確保其施工的可行性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提升管理水平的目標(biāo)，從而為施工提供參考?；贐IM技術(shù)的施工模擬與優(yōu)化是將項(xiàng)目模型信息與施工信息相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而通過(guò)直觀(guān)的可視化模擬，分析進(jìn)度安排是否合理、施工工序是否可行、資源管理是否協(xié)調(diào)、項(xiàng)目構(gòu)件是否發(fā)生碰撞等，進(jìn)而不斷優(yōu)化施工方案［3］。施工階段的信息化模擬，具體包含以下內(nèi)容。1）施工過(guò)程模擬。橋梁施工過(guò)程的模擬，主要通過(guò)將橋梁、附屬設(shè)施的三維信息模型與施工信息、場(chǎng)地信息相集成。一方面，以三維模型為基本，根據(jù)施工信息，進(jìn)行直觀(guān)的過(guò)程模擬，分析各個(gè)施工階段的合理性；另一方面，可進(jìn)行施工過(guò)程的場(chǎng)地協(xié)調(diào)性驗(yàn)證，有針對(duì)性地進(jìn)行場(chǎng)地空間共享、施工機(jī)械配置、材料運(yùn)輸堆放等施工過(guò)程中場(chǎng)地的優(yōu)化，如圖6所示。一旦發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在不合理情況，可及時(shí)進(jìn)行方案修改并再次進(jìn)行模擬，從而確保施工過(guò)程安全合理。2）進(jìn)度模擬優(yōu)化?；贐IM技術(shù)的施工模擬，可將模型信息與進(jìn)度計(jì)劃相集成，建立基于時(shí)間維度的進(jìn)度模擬。BIM平臺(tái)可以按照詳細(xì)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，本文將其精度精確到“天”，并將模擬對(duì)象精細(xì)到分項(xiàng)工程，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣大大提高了進(jìn)度管理的精細(xì)化程度［4］。此外，通過(guò)對(duì)施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度的追蹤和對(duì)比，能夠得出最佳施工方案，以獲得合理的進(jìn)度安排，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化的目的。3）碰撞檢測(cè)。橋梁碰撞檢測(cè)包括整體橋梁項(xiàng)目檢測(cè)和構(gòu)件間的檢測(cè)。所謂整體檢測(cè)，是根據(jù)施工模擬，檢測(cè)在施工過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件是否發(fā)生碰撞；構(gòu)件間的碰撞檢測(cè)，是驗(yàn)證構(gòu)件內(nèi)部是否發(fā)生碰撞，如圖7所示。在碰撞檢測(cè)完成后，軟件會(huì)高亮顯示有碰撞沖突的對(duì)象，同時(shí)生成碰撞沖突報(bào)告。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)高亮顯示的構(gòu)件與沖突報(bào)告進(jìn)行相應(yīng)修改，以達(dá)到正確的設(shè)計(jì)，避免了施工問(wèn)題的發(fā)生。

2．4運(yùn)維階段

基于BIM的橋梁運(yùn)維管理平臺(tái)是一個(gè)集成多專(zhuān)業(yè)、多維度的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與分析，從而建立完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［5］。在橋梁運(yùn)維階段，通過(guò)定期的檢測(cè)和布設(shè)的傳感器將橋梁各構(gòu)件或測(cè)點(diǎn)的信息實(shí)時(shí)反饋到BIM平臺(tái)中，集成橋梁信息進(jìn)行耐久監(jiān)測(cè)和安全可靠度評(píng)價(jià)，依靠安全性分析結(jié)果，結(jié)合橋梁安全規(guī)范，統(tǒng)籌橋梁的整體與局部構(gòu)造，評(píng)價(jià)橋梁安全性并進(jìn)行安全預(yù)警。一旦發(fā)現(xiàn)橋梁?jiǎn)栴}，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，管理人員可對(duì)突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行快速處理，實(shí)現(xiàn)橋梁安全運(yùn)營(yíng)。與此同時(shí)，在項(xiàng)目初期確定以全生命期成本最優(yōu)化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，可以減少運(yùn)維期間的成本、提高工程質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)低能耗的戰(zhàn)略目標(biāo)。

3結(jié)論

1）本文提出基于BIM技術(shù)的橋梁工程全生命周期一體化的技術(shù)框架和各主要生命階段的BIM應(yīng)用示例。以某實(shí)際工程為例給出了工程各個(gè)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用與需求，包括從設(shè)計(jì)階段建立信息模型，并將其交互于施工階段的施工過(guò)程模擬和分析管理，運(yùn)維階段的耐久性監(jiān)測(cè)和安全性評(píng)估以及成本分析與資源管理。2）Revit軟件建立的項(xiàng)目參數(shù)化信息模型，其中可涵蓋項(xiàng)目相關(guān)信息，并服務(wù)于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等整個(gè)生命周期，為提高工作效率、保證工程質(zhì)量、節(jié)約工程成本、縮短工期等發(fā)揮出巨大優(yōu)勢(shì)。3）將設(shè)計(jì)階段建立的模型進(jìn)行交互與擴(kuò)展，并應(yīng)用于施工階段的3D施工模擬與管理、運(yùn)維階段的耐久性監(jiān)測(cè)和安全性評(píng)估與預(yù)警，建立基于模型層面與數(shù)據(jù)層面的管理結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的追蹤與管理，確保施工與運(yùn)維階段的安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］宋福春，謝利斌，李孟臣，等．基于BIM技術(shù)的復(fù)雜立交橋協(xié)同設(shè)計(jì)［J］．沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（6）：92－96．

［2］劉智敏，王英，孫靜，等．BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究［J］．北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，39（6）：80－84．

［3］王占飛，馮瑾，梁偉，等．BIM虛擬施工技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用研究［J］．北方交通，2020，43（7）：9－13．

［4］龍騰．基于BIM的變截面橋體可視化施工技術(shù)應(yīng)用研究［D］．武漢：武漢科技大學(xué)，2015．

［5］胡振中，彭陽(yáng)，田佩龍．基于BIM的運(yùn)維管理研究與應(yīng)用綜述［J］．圖學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36（5）：80－81．

作者：馮瑾 王繼野 顧威 王占飛 單位：沈陽(yáng)建筑大學(xué)交通工程學(xué)院 中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司 遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校