摘要：随着城市基础设施建设的不断扩大、完善，城市桥梁工程边界条件越来越复杂，针对城市桥梁工程的特点，为了提高项目设计的质量，需要利用BIM技术来解决海量信息带来的各种问题，信息技术的结合可以完成多个单位之间的工作重叠，也可以减少信息传递过程中的误差。本文分析了BIM技术在城市桥梁应用中的存在的问题，提出了相应的对策，为其在城市桥梁工程设计中的应用提供参考。
关键词：BIM技术；城市桥梁；应用
1 概述
随着CAD技术在桥梁设计过程中的应用，建筑模型由原来的二维平面发展为三维模型。在建筑工程设计过程中，可以利用三维模型来反映建筑的形状，模拟建筑施工的真实有效状态。BIM 是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。同时，BIM技术还可以实时共享建筑信息，使不同项目的参与者能够协调建筑施工的管理，有效提高工程建设的质量和效率。
本文以月亮湾立交-桂庙路主线跨线桥工程为例，对BIM技术在城市桥梁工程设计阶段开展全面研究，具有在城市桥梁设计中推广应用的价值。
2 工程概况
月亮湾立交位于前海与南山区交界处，是月亮湾大道和滨海大道两条快速路的转换节点，也是区域、市域范围内重要的枢纽型全互通立交。桂庙路主线跨线桥是月亮湾立交工程的重要组成部分，东西两侧与桂庙路一期U槽接顺。路线由西向东连续上跨现状桂庙渠、怡海大道临时路、规划怡海大道、现状平南铁路、规划环状水廊道、现状月亮湾大道，路线全长0.77km,主线桥长520m/1座，沿线涉及前海区及南山区。采用城市快速路标准，双向八车道，设计车速80km/h。新建3-7.0x5.5m、2-6.5x5m钢筋砼排水箱涵2座，布设雨水、照明工程，对现状工业管线加固保护，对给水、通讯及中压燃气局部迁改，同时为便于主线桥下范围远期隧道及综合管廊的施工，先行实施其支护措施。
图1跨线桥与周边构筑物关系示意图
本项目跨越深圳市前海与南山，周围交通状况复杂，与地下管线、地铁11号线、隧道等多种构筑物存在复杂的相互影响和制约关系。同时，跨线桥部分施工条件复杂，为保证月亮湾大道正常通行，需要设置相应的安全防护措施，安全防护难度大。另外，工程所在地场地狭小，材料、设备等无堆放场地，需要在设计阶段就充分考虑施工可行性与便利性，应用BIM技术对方案的可行及优化进行辅助设计，从而达到项目建设的标准与要求。
3. BIM建模研究
3.1 BIM技术平台选择及模型标准
目前比较常用的BIM 设计类软件主要有4 个平台，即Autodesk-Revit系列软件、Bentley 公司的Bentley Architecture系列软件、Graphisoft/Nemetschek 公司的ArchiCAD系列软件，以及Dassault 公司的CATIA系列软件。综合比较各软件平台优缺点及软件平台的适用性后，本项目采用Bentley 系列软件作为BIM 核心建模平台，且采用《前海市政工程BIM模型技术标准》作为模型标准。
3.2 模型创建
3.2.1 地形地质的建立
通过钻孔数据生成三维地质模型，并且对周围环境模型进行了复原，精确地创建出地形地质模型是整个城市桥梁BIM建模的基础。
3.2.2 城市桥梁三维模型创建
通过自定义创建桥梁上部模版，参数化约束设置，实现自定义建立变宽、变高的桥梁。同时合理利用路线的相关信息，对于连续梁或者简支梁联系可以快速布梁，同时支持钢箱梁以及预制箱梁和预制板等等。将桥梁模型信息添加到模型中，用于数字化移交项目。
图2 地质模型图
基于路线建模完成后，导入到BIM软件后进行钢箱梁建模，在软件本身建立以平纵横为数据基础的钢箱梁模型，再结合CAD图纸的坐标系并参考到BIM软件坐标系当中，最终以多人协作，将跨线桥下部结构的模型进行准确定位以及合模。
图3 桥梁模型
4. BIM 模型分析与应用
在建立BIM模型后，最关键的工作就是进行模型分析。在建模阶段，要根据模型分析的类型设定模型属性参数，这些参数是后期进行模型分析的基础。BIM 常用的分析类型有工程量统计分析、可视化分析、成本控制分析、施工进度分析、碰撞分析等。
4.1.工程量统计
传统的工程量是依据二维CAD 图纸人工计算，或者是使用简单的计算软件。这种方法效率低下，出错率高，不利于编制施工预算和控制成本。在3D技术时代，有了参数化的BIM 模型，利用模型中高度整合的数据信息，对各个专业的相应构件输入需要的工程属性，这些属性在需要的时候能够被计算机自动抽取，分门别类地进行相应统计和报表归类，通过软件直接生成工程所需的各类工程量统计表。
表1 工程量统计示意表
4.2碰撞校核
为了解决各专业工程模型之间不协调的问题，减少不必要的返工。利用BIM 模型，工程师能够在虚拟的三维环境中很容易发现设计中的碰撞冲突，优化工程设计，减少以往在传统设计中须在施工阶段才能发现的设计错误，大大降低因设计变更导致的工程投资增加及工期延长的风险。
图4 桥梁承台与地下管线碰撞图
4.3可视化（三维技术交底）
可视化，设计人员在进行结构设计时可以运用BIM 技术对结构进行可视化，模拟施工人员施工，对所设计的桥梁结构进行优化。能够使设计出来的桥梁结构不仅符合结构要求而且能够便于施工，减少错误发生的概率。
在日常的工作中，现场施工人员需要拿着图纸，技术交底等资料对应现场进行检查指导，现在图纸已经可以做到在移动终端进行三维可视化；同样，技术交底也可视为一段较长的构件信息参数，嵌入到模型中，在移动终端也可轻松查阅到构件的做法、连接方式以及注意事项等技术交底内容。
如果其二维施工图全靠技术员发挥空间想象力，对于经验丰富的工程师，尚且需要花费较多的精力去吃透图纸。对于年轻技术员，由于城市桥梁施工的工程经验不足，比较容易导致读图用时较长甚至会读错图的情况，从而使得技术交底出现偏差，增加不必要的返工现象。运用BIM技术后，将二维图纸转换成3D模型，不但方便了技术员读图，也使技术交底变得简单。提高了技术员读图的效率和准确度，实现了可视化技术交底，减少了返工。
图5 三维技术交底图
图6 自动计算异形承台体积
4.4成本控制
在实际成本核算中由于数据量大、牵涉部门和岗位多、对应分析困难、消耗量和资金支付情况复杂。从创建基于BIM的实际成本数据库、实际成本数据及时进入数据库、快速实行多维度的三个方面。较传统方法具有极大的优势：汇总能力加强，速度以及成本分析不再困难、通过成本数据动态维护，准确性大大提高、在多维度的汇总分析中更多类更多统计分析条件。
针对本工程异形的空心桥墩承台，通过创建BIM模型，通过软件的属性计算功能可以一键计算该空心承台的体积，从而可以方便快捷而且准确统计混凝土方量，对于核计混凝土工程量成本、达到精细化管理有非常大的实用价值。
4.5模拟施工进度
借助模拟技术与BIM技术，把桥梁进度计划与三维模型集成起来，从而真正地实现以时间维度的施工进度模拟。此外，能够依据天、周、月等时间单位进行项目施工进度模拟，直观展现桥梁的建造过程并与实际完成情况对比分析，合理纠偏并调整进度计划，使管理者对变更方案带来的工程量及进度影响一目了然。
在创建BIM模型的过程中，对各个专业的相应构件输入需要的工程属性，这些属性在需要的时候能够被计算机自动抽取，分门别类地进行相应统计和报表归类。软件可将施工计划与构件模型关联进行模拟并为其制作动画，分析进度计划的合理性。
XML表格的数据导入到BIM软件读取施工进度计划在软件中添加模型构件的元素信息，根据实际施工工艺及施工步骤，分解各施工过程，将构件元素连接到施工工序及完成的时间节点，按照施工流程编辑各构件的开始时间、持续时间及完成时间，最后设置时间显示形式，形成施工时间进度横道图。
图7 施工时间进度横道图
5.结语
本文通过将BIM技术在月亮湾立交-桂庙路主线跨线桥工程设计阶段的应用研究，旨在阐述城市桥梁设计过程中使用BIM技术作为辅助工具的总体框架，经全面分析并且研究 BIM 技术，能够进一步提高城市桥梁工程建设效率，从而有效解决工程建设过程中的不足及问题，促进工程顺利的开展。
目前，BIM 专业软件的不完善及行业标准的滞后性，使得工程项目还不能实现完全的BIM 正向设计，但随着相关设计软件的更新发展和从业工程师对BIM 建模与应用的认识深入，相信在积极推广 BIM 技术的背景下，打造精品工程，真正发挥BIM在城市桥梁设计中的价值。
参考文献
[1] 李云贵,邱奎宁,王永义，等. 我国BIM 技术研究与应用[J]. 铁路技术创新. 2014(02):36-42
[2] 王丽芳. 厦门三维地质建模方法研究及其在工程应用[J]. 地质灾害与环境保护. 2016，27(4):84-90.
[3] 秦涛，龚晓晖，于洪武，费昀，等. 基于BIM的道路信息模型参数化构建技术研究[J]. 中外公路，2017，37(1):302-304.
[4] 张吕伟，蒋立俭. 中国市政设计行业BIM 指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[5] 住房与城乡建设部. 2011—2015年建筑业信息化发展纲要[S]，2011.
[6]上海市住房和城乡建设管理委员会.市政道路桥梁信息模型应用标准，2016
[7] 住房与城乡建设部. 关于推进BIM技术在建筑领域内应用的指导意见（征求意见稿）[S]，2013.
[8] 住房与城乡建设部.建筑工程施工信息模型应用标准征求意见稿，2017
[9] 住房与城乡建设部.建筑工程施工信息模型应用统一标准征求意见稿，2015
[10] 前海BIM中心.前海市政工程BIM模型技术标准，2017
[11] 住房与城乡建设部. 勘察设计和施工B IM发展对策研究报告[R]，2012
论文作者:徐伦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：模型论文; 桥梁论文; 技术论文; 城市论文; 软件论文; 工程论文; 月亮论文; 《基层建设》2019年第6期论文;