BIM技術(shù)在橋梁施工中的應用

BIM技術(shù)在施工階段的應用分析橋梁施工采用BIM技術(shù)的價值分析建筑信息模型(BIM)技術(shù)正在引發(fā)工程建設領域的一場徹底的技術(shù)變革，基于BIM技術(shù)，對設計方可實現(xiàn)集成化設計、優(yōu)化設計、創(chuàng)新設計等，對施工方也可帶來極大的價值，具體主要體現(xiàn)在：對設計方案和設計圖紙的復核由于用于施工的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行不同專業(yè)模型之間的碰撞檢查，這樣就可以及時發(fā)現(xiàn)設計問題，同時，施工方還可通過整體模型了解整個設計意圖，考慮施工的可行性，以便及時協(xié)調(diào)方案的修改，降低施工難度和成本。施工方案的可視化可以方便地將3D設計模型與施工計劃、材料成本等進行關(guān)聯(lián)，形成施工信息模型，該模型可以動態(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劃，優(yōu)化和選擇最佳施工方案以控制施工風險、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。為業(yè)主提供完整的竣工模型在施工階段中對設計模型不斷擴充施工信息，如施工計劃、材料信息、供應商信息等等，在施工完成后，還可對將竣工圖紙保存到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)的運營維護工作。BIM技術(shù)在施工階段應用的難點分析建立精確的、完整的三維設計模型，并交付給施工階段由于三維設計是一個集成化設計，需要將各專業(yè)或各分包商的設計模型組裝在一起以形成完整的設計模型，因此，既要考慮選擇適合各專業(yè)設計要求的三維設計軟件，又必須考慮個專業(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。施工資料的管理與使用施工項目規(guī)模大，涉及到設計、監(jiān)理、施工、供應商、分包商等眾多單位，彼此之間的信息溝通十分復雜，產(chǎn)生的文件和數(shù)據(jù)數(shù)量驚人，圖紙、說明書、報表、合同、變更單、施工計劃表等，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。參與方的協(xié)同工作管理參與方眾多，而且可能工作地點不同，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、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。施工控制、監(jiān)測橋梁施工技術(shù)復雜，風險大，既需要考慮利用BIM技術(shù)模擬施工過程和施工現(xiàn)場，以降低施工風險和成本，也應對某些特定結(jié)構(gòu)的施工進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)施工中的問題，并利用BIM模型進行分析，比較與設計模型的誤差，及時調(diào)整構(gòu)件的制造尺寸、施工位移等。Bentley面向橋梁施工領域的解決方案Bentley面向橋梁施工的大致實施流程如下：利用各類建模工具重建橋梁的三維模型；將各專業(yè)建立的三維模型組裝成i-model格式的總體模型；利用ProjectWise管理施工項目的所有相關(guān)文檔和模型；制訂施工計劃，利用MicroStation等軟件對三維模型按施工階段進行分割；將分割后的模型與相關(guān)的施工信息進行關(guān)聯(lián)，形成虛擬施工模型；基于施工模型進行施工模擬、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MicroStaation(二維繪圖圖及三維信息息建模平臺))世界一流的二維//三維圖形環(huán)環(huán)境。PowerCivvil(道道路橋隧三維維設計軟件))支持路線、場地、勘勘測、給排水水、橋梁、隧隧道等的三維維設計建模軟軟件。ProConcrrete(鋼鋼筋混凝土二二三維詳細設設計與出圖軟軟件)一款專業(yè)的鋼筋混混凝土詳細設設計和鋼筋表表生成的二維維/三維軟件，為為鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)配筋設設計提供了一一種完全交互互式、參數(shù)化化的設計和數(shù)數(shù)量統(tǒng)計工具具。Prosteell(鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設計軟件))鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計建建模軟件BridgeMaaster(橋梁設計計出圖軟件))二維常規(guī)橋梁及箱箱型橋梁設計計出圖軟件，可可輸出橋梁模模型到PowwerCivvil以自動動生成橋梁的的三維模型。ProjectWWise（工工程項目信息息管理及協(xié)同同設計平臺）BentleyNaviggator三維協(xié)同設計瀏覽覽、分析、模模擬工具，可可進行三維模模型的交互式式瀏覽、跨專專業(yè)綜合碰撞撞檢查、進度度模擬和安全全檢查模塊。BentleyProjeectWisseAppplicattionSServerr協(xié)同管理環(huán)境，實實現(xiàn)跨專業(yè)、跨跨地域的信息息與數(shù)據(jù)的共共享保障正確確的人在正確確的時間獲得得正確版本的的信息。BeentleyyProjjectWiise系列列產(chǎn)品的核心心模塊.它它和后端的數(shù)數(shù)據(jù)庫進行連連接，負責處處理所有用戶戶的功能請求求。ProjectWWiseWWebSeerverProjectWWiseWWeb服務務器將整個系系統(tǒng)發(fā)布到網(wǎng)網(wǎng)絡上，使用用戶通過瀏覽覽器就可以訪訪問系統(tǒng)。ProjectWWisePPublisshingServeerProjectWWise發(fā)發(fā)布服務器能能夠?qū)⒃O計文文件（DGNN/DWG）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為特殊的的格式發(fā)布在在網(wǎng)絡上，使使用戶可以直直接通過瀏覽覽器進行查看看，而不需要要安裝任何專專業(yè)軟件。ProjectWWiseCCachinngSerrverProjectWWise文文件緩存服務務器用于滿足足分布式文件件存儲的需求求。一般情況況下，文件可可以存儲在PProjecctWisee集成服務務器上，當需需要提高文件件訪問的性能能或者文件需需要存儲在不不同的地域的的時候，可以以使用PrrojecttWise文件緩存服服務器。ProjectWWisePPasspoortProjectWWise系統(tǒng)統(tǒng)管理員端、WWindowws客戶端、WWeb客戶端端訪問ProojectWWise數(shù)據(jù)據(jù)時，首先需需要取得PrrojecttWise客客戶端訪問許許可權(quán)限，即即ProjeectWissePasssportt。本項目BIM應用核心問題的解決方法橋梁BIM模型的重建由于設計階段沒有采用BIM技術(shù)，設計方不能提供該橋的三維模型。該橋的結(jié)構(gòu)形式較為復雜，主跨為鋼箱梁單跨懸索橋，主塔為門式框架結(jié)構(gòu)，引橋為連續(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。使用PowerCivil作為模型的總裝平臺PowerCivil是Bentley土木行業(yè)的BIM平臺，利用PowerCivil可建立地面數(shù)字模型、路線三維模型等，在PowerCivil中確定個墩臺位置等，其他工具建立的子模型將按路線位置、墩臺位置組裝在一起，最終形成完整的由樁號高程信息的橋梁三維模型。使用MicroStation建立主跨模型MicroStation是一個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)劃設計院利用MicroStation完成的部分箱梁模型和圖紙。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)的詳細設計，并可直接將設計模型輸出到PowerCivil中自動生成橋梁構(gòu)造和鋼束模型，如下圖：使用Proconcrete建立三維普通鋼筋模型Proconcrete是一個參數(shù)化的三維配筋軟件，可實現(xiàn)任意混凝土結(jié)構(gòu)的三維配筋模型的建立，并可做碰撞檢查。5)利用Prosteel可進行鋼結(jié)構(gòu)的設計 Prosteel可以完成鋼結(jié)構(gòu)的三維建模、計算分析和詳圖。 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。施工資料的管理本項目涉及的文件、圖紙、模型、說明書、合同、變更單、施工進度計劃等繁多，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端或移動設備端，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設備查看、查找相關(guān)資料。參與方的協(xié)同工作管理施工項目涉及到業(yè)主、設計方、監(jiān)理、供應商、分包商等眾多單位，如何讓項目信息在各方準確及時地傳遞，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，這是項目實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多的交流配合方式，采用BIM技術(shù)后，各方可以基于整個項目的BIM模型來進行溝通和合作。ProjectWise為參與方提供了一個協(xié)同平臺，其管理的內(nèi)容核心就是項目的BIM模型，所有參與方可通過ProjectWise共享項目的BIM模型，并以此為中心進行溝通，從而保證了信息的一致性、及時性、準確性，實現(xiàn)工作的協(xié)同，提升了工作效率。碰撞檢查利用Navigator可以瀏覽整個三維模型，并可對各子模型之間進行碰撞檢查，也可對內(nèi)部的鋼筋、鋼束之間進行碰撞檢查。在施工前通過碰撞檢查，可提前發(fā)現(xiàn)設計存在的問題。施工進度模擬和分析將構(gòu)建的三維模型與預定的施工計劃進度進行掛接，在Navigator中就可以進行4D施工模擬，借此就可以驗證施工進度計劃的可行性、分析施工計劃進度存在哪些問題和矛盾，如果再與材料成本進行連接，就可以比較不同施工方案的費用，從而降低整個施工成本。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)劃施工設備的出入場地方案。還可對大型機械運行的空間進行分析，以便確定機械設備的安全運行空間，避免施工設備的相互干擾。工程算量和成本管理項目成本的控制已成為工程建設企業(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)報表來大致估算，由于圖紙數(shù)量巨大，相互之間沒有詳細的關(guān)聯(lián)信息，要精確計算是不可能的?；贐IM技術(shù)建立整個設計模型后，通過模型的組成構(gòu)件及其詳細的工程屬性，就可以精確地計算出設計模型的工程數(shù)量，結(jié)合定額軟件，也可計算出施工階段的材料實際消耗量。通過精確算量，就可以精確采購，限額領料，從而降低采購成本，避免不必要的余量庫存。利用MicroStation和PowerCivil可以精確地計算出構(gòu)件的材料數(shù)量、土石方量等。施工控制和施工監(jiān)測RMBridge是世界頂尖的橋梁結(jié)構(gòu)計算分析軟件，廣泛為世界各國的橋梁設計、咨詢、施工及檢測加固單位所使用，其中使用RM進行設計施工比較著名的懸索橋有：瑞士的HogaKusten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。RMBridge具有施工控制模塊、風力計算模塊和高效的幾何線形非線性計算引擎，能夠充分滿足大型橋梁的施工控制和監(jiān)測任務。在RMBridge的施工控制模塊，能夠準確計算裝配順序、設計荷載影響下結(jié)構(gòu)的位移和變形，主要功能特點有：a）當前階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移是以上一階段變形后為計算起點，并能對實際變形的結(jié)構(gòu)進行大位移幾何非線性迭代分析，從而能夠準確的連續(xù)監(jiān)控和計算跟蹤整個