BIM助力橋梁鋼結構設計施工一體化建設

近年來，隨著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，我國逐步開始進入鋼結構橋梁的快速發(fā)展時期。但是建筑施工行業(yè)的生產(chǎn)效率正在持續(xù)下滑并成為建筑行業(yè)面臨的根本性問題，鋼結構橋梁在設計建造過程中由于信息交換不及時、不準確的問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的三維數(shù)字設計和工程軟件所構建的可視化數(shù)字建筑模型，近年來在國內(nèi)建筑工程多個領域實現(xiàn)了應用研究。北京奧運會、上海世博會等大型建設項目成功地將BIM技術應用于建筑工程的荷載分析、圖紙審核、施工管理、設備維護等領域，為BIM技術在我國推廣提供了條件。近年來，BIM技術在橋梁鋼結構領域也逐漸推廣開來。

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(xù)鋼桁梁結構形式的鋼結構橋梁，全橋架設桿件數(shù)量多、制造要求精度高，在進度、成本、安全及質量綜合管理等方面均存在困難。

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

一是采用BIM三維實體建模出圖進行深化設計，通過搭建實體模型、工藝性優(yōu)化、模型校核審查、深化設計出圖四個階段對全橋模型進行搭建，實現(xiàn)所見即所得的目標。

二是利用BIM對鋼桁架構件進行數(shù)字化加工，通過智能化切割下料、復雜節(jié)點的虛擬制造等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了從模型到機床切割的數(shù)字化，為桿件的制造制定提供了可靠的依據(jù)，提高了工藝制定的效率，保證了桿件的制造質量。

三是以全橋三維建模為基礎，通過鋼桁架桿件整體拼裝及試拼裝的自動校核，可以發(fā)現(xiàn)碰撞、相離等問題，從根本上保證了復雜鋼橋構件連接關系的正確性，實現(xiàn)了橋位吊裝成橋線形。

四是引入時間維度實現(xiàn)4D管理，可以進行虛擬施工，并隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，項目各參與方對工程的各種問題和情況了如指掌。通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，有效減少了全橋施工過程中的質量、安全問題。

石濟黃河特大橋BIM系統(tǒng)的應用以制造精細、信息完整、數(shù)據(jù)詳實的信息模型為基礎，覆蓋了深化設計、自動排版套料、數(shù)字化加工的制造全過程，以貫穿鋼橋場地規(guī)劃、鋼橋架設和安全監(jiān)控的4D-BIM管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)”支持，達到了管理升級、降本增效的目的。

隨著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，越來越多的項目參與方在關注和應用BIM 技術。目前港珠澳大橋、滬通長江大橋、虎門二橋、樂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，成功實現(xiàn)了各專業(yè)的協(xié)同設計、設備材料統(tǒng)計和施工模擬、碰撞檢查等功能。

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

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

三是確保動態(tài)可視化的集成施工。BIM技術在施工現(xiàn)場應用主要是施工信息與BIM模型動態(tài)關聯(lián)、集成，結合利用4D-CAD技術，支持動態(tài)可視化的模型及施工方案表達，并隨施工過程更新及輔助項目施工管理，實現(xiàn)對工程進度、質量、安全及資源的綜合管控。

目前，國內(nèi)的BIM技術仍處在應用探索階段，BIM理論需要結合現(xiàn)場實際、了解現(xiàn)場的實際需求，并在應用中解決實際問題，才能真正發(fā)揮BIM技術的價值。

BIM技術在橋梁鋼結構工程上的成功實踐進一步拓展了BIM的應用范圍，是BIM從單純技術應用向與項目管理集成應用轉化的重大里程碑。這種通過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質性的效果，而且在推動鋼結構橋梁設計制造施工一體化建設方面有著巨大的潛在效益。

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