BIM技术在公路桥梁施工中的应用技术

BIM技术在公路桥梁施工中的应用技术

严昊坤

湖北中科公路勘察设计院有限公司,湖北孝感432000

摘要：BIM即建筑信息模型，是通过整合分析建筑工程信息数据组给出准确的数字信息模型。目前，由于我国基础建设工程规模的日益增加和扩大，结构和形式愈加复杂，尤其是超大型的工程项目层出不穷，使得企业和工程项目单位面临着巨大的信息技术投资和使用风险、管理风险和信息技术应用风险。但是，当前的管理模式和信息化的手段都已经无法很好地适应我国现代化工程建设的实际发展需求。如何充分应用BIM信息技术，从根本上有效地解决建筑全生命周期中各专业技术系统间的信息联系出现断层的问题，从传统的设计、施工技术的应用到管理全面提高信息化水平和信息技术应用的效果，已经成为建设单位和企业的迫切发展需求。

关键词：BIM技术；公路桥梁；施工应用技术

引言

BIM技术可充分运用现代计算机的网络功能，构建一个涵盖几何、材料及建造工艺过程的全息建筑物3D模型，同时连接建筑全生命周期内的数据和资源，包括工程可行性研究、设计阶段、施工阶段、运营管理阶段等。

1BIM应用软件分析

BIM的应用过程离不开软件的支撑，软件就是展现BIM的工具和载体。在BIM的整个应用实施过程中，除了必须有核心建模软件以外，还需多种功能软件的综合应用。才能实现BIM应用的效益最大化。根据应用功能与阶段的划分，BIM应用软件可分为建模、计软件和运维软件。由于项目BIM应用需要多种软件交互工作，数据兼容的问题应当首要考虑。第一种方案，把每种软件自己的数据格式导出成一种所有软件都能够支持的中间格式。目前国际上主流的两种通用格式，一种是Gbxml，另外一种是IFC，但都具有一定的不稳定性，增加了后续应用实施风险。因此本项目选用第二种方案，全部用同一个软件厂商提供的BIM工具和平台。Ｒevit作为Autodesk公司的核心建模软件，具有投入成本低、参数化程度高、二次开发完善、与其他软件整合性高等优点。能够充分满足本项目的应用功能需求，为项目的BIM应用实施提供有力支持;鲁班BIM平台作为行业的领航者，能够结合三维模型对项目进行全生命周期的施工管理，通过对施工进度、物料管理、成本预算、安全质量等方面的细致管控，保证项目的有序进行，提高项目质量。

2BIM技术在公路桥梁施工中的应用技术

2.1三维建模

通过对以往施工图纸的观察分析发现，其所涵盖范围大多相互分离，关联性较差，再加上道路桥梁工程自身所固有的复杂施工环境与施工工艺，导致潜藏于施工中的各类问题难以挖掘。桥梁部分上部结构为波形刚腹板连续钢构，结构复杂，在二维的平面图纸上很难得以体现，存在一定的技术隐患。利用Ｒevit对桥梁进行精细化的三维模型创建。三维模型能够将桥梁工程中各个构件之间的关系及作用机制进行全面的详细的呈现，可视化的三维模型对图纸进行了生动及清晰的表达，确保了设计的准确性和可靠性。相比较于传统的人工图纸审核，所需投入人力少、所需时间周期短、达到的效果更加显著。针对本项目中的波形钢腹板、钢筋、钢绞线等结构与工程，如利用Ｒevit进行大规模的三维建模任务，对计算机的配置要求极高，且工作效率低，对施工单位人员来说整体效果不够理想，不建议进行整体建模。

2.2系统结构层次设计

系统在桥梁监测平台的实现上主要分为四个层次：数据采集层、数据传输层、业务逻辑层、界面展示层。数据采集层是整个平台的基础部分，主要包括人工巡检和实时监测数据采集两部分。通过传感器等设备实现桥梁结构信息与环境信息到监测数据的转换，数据采集模块对数据进行预处理和储存。数据传输层是将采集到的数据传输到已创建好的数据库中，并且通过一些去噪算法，把部分非法数据和噪声数据过滤。业务逻辑层主要是响应来自前台展示层的业务请求，并根据编写的框架对数据进行封装处理，以统一的JSON(JavaScript Object Nota⁃ tion，一种轻量级的数据交换格式)数据格式返回给展示层进行展示。界面展示层主要根据用户的操作，把请求提交给后台业务逻辑层，并根据业务层返回的数据以某种特定的形式进行展示。基本信息模块主要对检测的桥梁的基本信息、传感器基本信息及监测项目、布设信息、预警等级信息等进行管理，监测的项目参照《CJJ99-2017城市桥梁养护技术标准》中给出的内容进行设定。模型展示模块利用BIM技术，通过Revit软件将桥梁进行三维建模，主要完成测点在检测平台Web页面中的展示，包括测点的位置、数据以及测点的实际健康状况等，直观准确地反映桥梁的信息。并且，用户能够实现对三维模型的旋转、放大缩小等操作。数据采集模块分为实时监测和人工巡检。实时监测部分利用布设的有线、无线传感器网络和其他实时监测设备对桥梁结构数据信息进行实时监控；人工巡检部分采用专业的仪器设备，以人工检查的方式，对桥梁必要的检测部位进行定期检测或者灾后紧急检测，并将检测数据传入系统，实现对人工检测数据的规范化管理。数据管理模块主要是将采集的数据传入MySQL数据库中，然后利用ECharts图形库对数据在平台中进行可视化展示，通过绿、黄、红三级预警等级的阈值(根据桥梁具体设计、实际状况与相关规定得出)进行判断与预警，并且能够实现数据和数据报表的查看、下载功能。

2.3 “骨架＋模板”的桥梁建模及构件参数化

BIM模型是三维可视化模型和数据的集成体，是BIM技术运用的基础。“骨架＋模板”方法是CATIA软件中常用的一种建模思路，“骨架”控制整体参数，“模板”控制细节参数，两者相辅相成。“骨架＋模板”方法先根据桥梁的桥型布置、地形条件和桥梁内部空间位置约束关系，确定桥梁的整体框架，再进行单个构件的设计，创建参数化模板，最后把模板放置于整体框架的对应位置上，通过参数的调整优化形成最终的模型。“骨架”是一个项目的骨骼框架，控制着整个项目的设计要素。骨架创建的首要原则是提取项目中的控制元素（点、线、面等模型特征），如桥梁结构的路线中心线和支座中心线、建筑结构的轴网等，细部元素通过控制元素派生出来。“模板”指桥梁的一个个构件，如同血肉一般依附于骨架存在，并且可以随着骨架的变化而自适应调整。全桥骨架创建时，首先确定桥梁总体的空间位置，根据桥型布置、地形条件等，通过桥梁起终点、跨径组合等设计条件，绘制全桥框架控制元素，然后以控制元素为基础派生出构件的细节元素。

结语

随着近几年BIM技术的快速发展以及在公路桥梁设计中应用的深入分析不难发现，该项技术已渗透甚至应用在公路桥梁设计的各个阶段。尽管在结合过程中会不可避免地遇到一些实践难题和复杂的环境阻碍，但从目前的发展趋势以及相关成果来看，BIM技术必将在公路桥梁设计中成为一把锋刃有力的工具。其优势体现于可以深入到设计阶段的各部分实践中，起到辅助作用攻克工程中所遇到的复杂问题，并能轻松灵活地将二维设计成果无法详细表达的内容通过自身三维的优势清晰直观地准确展示。经过一系列深入的调查研究和实践探索，BIM技术定会以更加成熟的实施体系应用于公路桥梁建设的各个阶段，成为未来建筑行业实用性最强、有效性最高的一项高端龙头技术。

参考文献

［1］邓春瑶，丛学森．BIM技术在土木工程施工管理中的应用研究［J］．科技经济导刊．2019(35):24．

［2］何关培．BIM和BIM相关软件［J］．土木建筑工程信息技术．2010(04):89．