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简述桥梁工程建设中BIM技术的应用推广策略

2020-07-16 387 上传者：管理员

摘要：BIM技术是实现桥梁工程建设信息化的重要科技手段,推广和应用BIM技术是智能化桥梁建造的发展趋势。桥梁BIM规范文本的建立和桥梁BIM技术的工程实践推广对BIM技术应用于信息化桥梁建设有着积极作用。但桥梁BIM应用仍存在标准不规范不完善的缺陷,BIM研究应用发展有明显差异化,软件功能开发片面等问题。针对问题,提出了应持续重视BIM标准的编制与应用,将BIM技术应用于桥梁工程建设全寿命周期,尽快制定桥梁工程行业BIM技术应用推广政策等建议。

关键词：
BIM技术
BIM标准
信息化建设
信息模型
工程技术
桥梁工程
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现阶段,我国已成为桥梁建设强国。据统计,中国建设的各种类型桥梁已经在86万座左右,数量已经位居世界首位,在不久的将来突破100万座将会成为现实。但同时我国已建成的危桥数量接近建设桥梁的10%左右[1]。众所周知,桥梁建设的施工周期长,环境因素影响大,养护维修成本大,施工建设繁琐复杂。而对于桥梁建设的复杂性可解释为如下特性: 1)设计阶段规范技术参数要求高、桥型结构形式多样化、受力变形计算分析繁琐等; 2)施工阶段的选址环境偶然因素多变、施工工艺要求高、人员设备材料杂多、现场精细化管理粗糙等; 3)运营养护期间检查项目多、价差频率高等[2]。基于此,对桥梁建设全周期进行信息智能化管理服务将成为有效的选择方案。而BIM技术为这一方案的实施提供了科学合理的技术措施保障。

通过将BIM的技术应用于桥梁工程中,BIM技术的利用自身的物理特性、功能模块、管理要素等特性,设计出完整的工程建设模型信息流,其中涵括了设计要素、施工管理、运营养护等不同阶段的信息内容。目前,国内外学者对BIM的研究主要集中在软件功能的完善、二次开发,而对BIM技术在桥梁工程中的应用研究还不够深入。因此,本文对BIM技术标准的研究分类制定现状进行了汇总分析,并根据BIM技术在桥梁工程实践建设中的应用进行了对比研究,从而突出了BIM技术的科学合理性,并总结了BIM技术存在的不足,提出了完善建议,以期为进一步推动BIM技术的完善创新,以及在桥梁建设全程服务的实践应用研究提供参考。

1、桥梁BIM标准规范的研究与制定分类

2007年是我国工程建设发展最快的阶段,这一年提出了BIM构想,中国建筑标准设计研究院根据工程实际情况,提出了“建筑对象数字化定义”标准[3]。

2008年,对BIM开始了初始学习研究,并制定了第一部BIM标准,即《GB/T25507-2010工业基础类平台规范》,该标准是由中国建筑科学研究院、中国标准化研究院等机构基于IFC共同联合起草的[4]。

2013年5月,中国国家BIM标准体系与世界先进国家BIM标准成功接轨,制定了《中国铁路BIM标准体系框架》。

2014至2017年,铁路BIM联盟组织编写和发布《铁路工程信息模型分类和编码标准》(铁路IFD)[3]、《铁路工程信息模型数据存储标准》(铁路IFC)[4]、《面向铁路工程信息模型应用的地理信息交付标准》、《基于信息模型的铁路工程施工图设计文件编制办法》等行业团体标准。

在2016年12月2日住房和城乡建设部发布第1380号公告,批准《建筑信息模型应用统一标准》(以下简称《标准》)为国家标准,编号为GB /T51212—2016,自2017年7月1日起实施[5]。

2019年11月15日中国交通建设股份有限公司企业标准《公路工程信息模型统一标准》(Q/CCCC GL501-2019),以及《公路工程设计信息模型应用标准》(Q/CCCC GL502-2019)正式发布,自2020年1月1日起实施。

以上行业、企业标准规范共同组成了中国工程建设的BIM标准体系。

2、桥梁BIM技术的工程应用

近年来桥梁BIM技术应用于桥梁工程实际项目逐渐增多,BIM技术在工程应用的规划将从个别项目向所有项目、从小中型桥梁向大型桥梁推广。桥梁BIM应用项目工作主要有协同设计、构建模型、验证BIM标准、优化工程建设流程。

2.1 宁波中兴大桥BIM施工设计[6]

宁波中兴大桥应用了BIM技术施工协同设计管理模式,其项目BIM实施方案流程见图1。

图1 本项目BIM实施方案

(1) 基于该项目,自主研发了SMEDI-RDBIM系统道路模型

该模型以CATIA为支撑基础,能够快速完成道路技术要素(如横断面等信息)的创建,整体设计为一键式操作,高效完成桥梁结构设计和附属设施设计。

(2) 倾斜摄影、虚拟现实与BIM技术融合

为了节省测绘工作量和保证施工测量精度,根据设计规划文件,考虑项目选址及周边环境情况,采取倾斜摄影及虚拟现实的技术,与BIM技术相融合,构建桥梁工程的三维情景。倾斜摄影可以构建工程的真实三维场景,输出的点云数据格式可与Bentley、欧特克等多种BIM平台兼容,直接应用于三维场景设计。相比传统建模方式,BIM建模工作效率提高了10倍左右,如图2所示。

图2 倾斜摄影与BIM融合

(3) VISSIM交通仿真

以该项目为工程试点,利用VISSIM,自主研发了整套的交通仿真平台功能,并首创了高效的模拟算法。该算法涵括了车辆路径快速生成、交通流量自动叠加等,建模操作快速有效,短时间内就可以实现BIM技术与交通数据的交流。如图3所示。

图3 VISSIM交通仿真确定车道规模

(4) 高效快速出图

自主研发了SMEDI-Para 3D与RADS软件,并设立了与CATIA连接的数据连通技能,通过与Bridge Wise等软件协同工作,保证了桥梁工程各结构节段、附属设施施工图等自动化快速出图。

(5) 构建了特大型桥梁施工监控BIM平台

由于本项目桥梁施工工序繁琐、施工质量要求高,基于BIM信息技术,研发了国内首个特大型桥梁可视化、动态化施工监控平台。

2.2 G15—嘉闵高架桥BIM技术应用设计[7]

嘉闵高架桥开展了方案设计优化,效果见图4。

图4 设计优化方案

(1) 统一设立研发了桥梁专业BIM施工设计平台。将BIM技术与工程结合,根据实际情况设立BIM设计技术参数,构建了高架桥施工模型,效果见图5。

图5 BIMCenter EPC平台

(2) 将BIM技术与虚拟技术、仿真模式等技术结合,建立了高架桥施工结构树,梳理优化出各个施工节段的业务信息及流程,对缩短工期有积极作用,也达到了智能化施工管理的目的。

(3) 以协同设计工作为技术方针,将测绘、地址环境、地质、基础、路基、防护结构等各项施工工序融汇成系统的BIM模型,打破了传统施工模式的局限,节约了施工成本和资源,图6反映了施工现场的部分资源配置安排。

图6 施工场地规划方案

(4) 为完善现行标准和高架桥智能化施工提供了试验田。依托本项目,将实际工程与BIM协同合作,施工过程出现问题,及时记录并更正BIM信息库,边施工边完善。试点项目为BIM技术在桥梁工程中的应用提供了思路和案例参考。

3、应用BIM技术推进桥梁工程建设的思索

3.1 桥梁BIM应用中的问题

桥梁工程建设的特点是耦合因素多、线路较长、地址环境恶劣、施工工序繁琐、施工时间长、投入人力物力等资源多、开展BIM设计对技术人员资质水平要求高等,而目前BIM在桥梁建设中应用主要有如下问题:

(1)BIM技术标准规范尚不健全。虽然部分BIM技术标准与规范已经制定和推广,但是桥梁工程建设方向(施工、设计、养护维修等)的行业技术标准和规范几乎是空白。(2)BIM在桥梁工程方向的应用研究技术仍需提高完善。现阶段主要集中在建筑工程、铁路工程、工程建设管理等方向的技术研究,而对于桥梁与隧道工程的BIM技术研究还十分匮乏。(3)BIM研究环境重视度不够。尽管近年来BIM的关注度较高,但是BIM技术的相关政策法规和配套措施仍需逐渐落实保障。

(4)BIM研究成果的工程实践与应用不充分。目前BIM研究成果比较多,但主要应用于工程量较小、施工难度较易的工程,对于大型土木工程(如桥梁与隧道)应用还不够彻底,只应用于其中工程建设的某一部分(如设计版块、工程建设管理方向等)。(5)BIM技术的认知程度不平衡。现阶段设计单位对BIM技术工具的认可度较高,而且在工程设计中,利用BIM技术作为设计辅助工具越来越常见;而对于施工单位,对BIM技术的了解还不够深入;运营养护单位对BIM技术在桥梁日常维修中的应用认知还处于起步探索阶段。(6)适用于桥梁建设的BIM软件功能不够完善。BIM软件主要应用于建筑工程及机械制造方向,而对于桥梁工程建设的配套功能还需要开发创新。

3.2 桥梁BIM技术应用的建议

加快对BIM软件功能的完善创新、信息技术的研发探索,并进行工程应用,是桥梁工程信息智能化建设的必经之路。

(1) 加强对BIM技术规范的编制与实际应用的重视

首先,要与国际及国内多家BIM标准制定的正规联盟组织进行合作探讨工作,一起协商讨论BIM规范的制定,以期对现有的BIM技术对实际工程应用进行更完善科学的指导。国际上标准化的BIM规范制定组织主要包括Building SMART、国际铁路联盟(UIC)、开放地理信息联盟(OGC)等,通过协商合作,共同主导完成国际桥梁工程BIM、深海桥梁BIM、大跨径桥梁BIM、多环境耦合桥梁BIM等的标准规范编制。

其次,政府、业主建设单位、设计方、施工单位、监理部门、养护维修单位等相关部门继续应加大桥梁工程BIM标准对实际桥梁工程全寿命阶段建设管理应用的重视支持,将工程应用所涉及的专业学科进行扩大化、管理时间阶段延长。同时,不断完善创新桥梁工程领域BIM标准的不利面,根据实际工程所需要及工程建设反馈的建议,从而随时完善改进桥梁工程BIM标准规范,并利用市场经济手段获取BIM软件开发商对桥梁工程领域BIM规范的大力支持。

(2) 将BIM技术应用于桥梁工程建设的周期进行扩大化

工程建设全周期过程中,运营养护阶段是发挥BIM技术科学性最充分的阶段,运营养护阶段能够充分展现桥梁工程在设计与施工期间BIM技术所积累的建设信息;BIM技术在施工阶段对BIM技术管理成果发挥的效能仅次于运营养护阶段。在施工期间,由于设计阶段通过BIM技术对桥梁工程建设信息进行全方位定位而设计出适合施工现场环境和资源的设计方案,从而保证了施工质量和施工周期。特别是辅助施工项目更能体现设计单位利用BIM技术所设计的成果效果,如地基处理、边坡防护结构、支挡结构等。

对于BIM技术在工程中的推广应用,现阶段主要集中在工程设计方面,而对于施工阶段的管理控制、运营养护阶段的管理模式等均为能完全体现出BIM技术的优势特性。而对于未来工程建设和BIM技术的发展,各方需要携手推进BIM技术在施工、养护等方面的创新研发,将BIM的科学管理模式、智能信息化把控操作逐渐渗透到工程建设的全寿命周期,从而有效服务于桥梁工程,将工程建设效果达到最大化。

(3) 尽快落实桥梁领域BIM技术工程应用及推广的各项服务政策

首先与工程建设相关的单位用户部门应尽快协商探讨,然后出台桥梁BIM技术应用的政策意见,净化投标环境,将BIM技术的应用要求设立在招投标文件中。然后设计、施工、养护维修等单位需要对工作人员进行BIM技术培训,设立考核标准,定期对工作人员进行考核评定,从而建立完善的BIM人才培养机制。各单位及政府机构应该对工程评奖评优的管理条例进行完善,对于所有申报评奖的项目,采取加分制原则,对于涉及应用BIM技术的项目给予优先推优考虑。此外,政府相关部门应对产学研机制继续投入加大支持,为工程建设提供保障平台。

(4) 完善BIM技术软件的运行功能并创新研发

目前国内环境中,工程设计软件对桥梁工程的建模功能还不够完善,不能够将工程的全寿命周期的信息完全表达,所以对BIM软件的创新研发势在必得。此外,当前设计阶段软件二次开发都是针对的特定环境下建设的桥梁工程,开发的功能有局限性。通过分析研究BIM技术在桥梁工程建设全周期建模方法和应用,从而解决各种设计软件间信息兼容的问题,通过创新探索,研发出BIM技术与其他技术(如3D打印技术、云理论技术等)结合的综合功能模型。

4、结语

当前,桥梁工程的建设工作需要BIM技术提供理论支撑,从而更好地为桥梁建设提供信息化提供支持保证。政府相关单位应为BIM技术的工程应用提供支持保障、绿色环境背景。BIM标准联合制定机构应与工程建设相关单位密切联系,协同制定BIM技术规范文本。设计单位在设计桥梁工程模型时,应在工作过程中开发桥梁设计的核心功能,保证设计模型与施工现场环境高度吻合。施工单位应充分发挥BIM的工程建设管理功能,根据BIM技术在各个施工节段反馈出的施工问题,及时更正,并通过完善BIM施工管理系统,争取将完善的BIM建设技术应用到整个施工过程。运营养护单位应在及时记录反馈BIM技术在日常运营检查时出现的问题,从而为相关技术标准的建立提供一线数据。

参考文献：

[1]张喜刚,刘高,马军海,等.中国桥梁技术的现状与展望[J].科学通报,2016(Z1) :415-425.

[2]洪磊.BIM技术在桥梁工程中的应用研究[D].成都:西南交通大学,2012.

[3]清华大学软件学院BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[J].土木建筑工程信息技术,2010(2):1-5.

[4]郑国勤,邱奎宁.BIM国内外标准综述[J].土木建筑工程信息技术,2012(1):32-34.

[5]叶凌.国家标准《建筑信息模型应用统一标准》正式发布[J].施工技术,2017(2):132.

[6]袁胜强,顾民杰,刘辉,等.宁波中兴大桥及接线工程BIM设计与应用[J].土木建筑工程信息技术,2018,10(2):17-22.

[7]崔晨,陆小青.BIM技术在S26公路入城段(G15—嘉闵高架路)桥梁工程中的应用[J].上海建设科技,2018 (3):16-19.

林张纪.基于BIM技术的桥梁工程建设的应用与思考[J].西安文理学院学报(自然科学版),2020,23(03):52-56+66.