基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究

文/袁远 徐州市市政设计院有限公司 江苏徐州 221002

基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究

文/袁远 徐州市市政设计院有限公司 江苏徐州 221002

将建筑信息模型（BIM）引入到桥梁工程中，可以有效提高设计和施工效率。本文通过对桥梁工程设计和施工进行分析，提出了基于 BIM 的桥梁工程设计和施工优化解决方案，包括设计和施工的各个程序，例如，初步设计优化、施工设计优化、施工工序优化 、施工进度优化以及施工管理优化等。本文对桥梁工程的设计与施工特点进行描述，并分析了BIM在桥梁工程与施工设计优化中的应用。

BIM；桥梁工程设计；桥梁工程施工；优化

近年来，为满足经济发展的需要，大型桥梁的建设工程项目逐渐增多，这就对桥梁的设计和施工工作提出了更高的要求。传统的大型桥梁工程的设计主要依靠二维图纸来完成，施工规划也是以项目管理人员的经验来进行。近年来大型桥梁增多，项目设计复杂性增强，设计构建较多，传统的二维图纸很难实现，这些在设计过程中不能发现就会影响施工。

建筑信息模型（简称BIM）的管理理念，始于19世纪70年代，在发达国家得到广泛推广，今年在我国也得到一定的应用。不仅有效支持项目的设计与施工，还能为各协作和参与方提供交流的平台，提高工程效率，节约时间和成本。

1、桥梁工程设计与施工特点

桥梁项目一般以大型的工程居多，设计和施工都较为复杂。其特点主要表现在三方面：一是，构件多、结构设计复杂。在桥梁工程设计中涉及大量的构件，为保障结构安全，桥梁工程设计会比较复杂，尤其在构件的连接处，因此，结构设计上会出现冲突问题。传统的设计中，仅需要依靠二维图纸进行检测，但是由于工程的复杂性难以仅依靠图纸进行检测，很多问题直到施工中才能发现，这就会造成工期的延误。二是，预制构件多、体积庞大。桥梁工程都涉及大量的预制构件。这些构件或现场预制或工厂中生产，之后再运输到施工现场安装，容易导致尺寸不匹配。预制构件体积和重量较大，且数量多，构件的生产、运输和吊装等也存在潜在的问题。三是，施工环境复杂多变相对于一般的建筑工程项目，桥梁工程的施工环境比较复杂多变，如跨河、跨海、跨山谷、冻土地带等。为了保证施工顺利进行及施工的安全性，必须针对不同的环境制定相应的施工方案。因此， 桥梁工程对施工方法、 施工管理等要求较高。

2、基于 BIM 的桥梁工程设计优化

桥梁工程设计包括三个部分：初步设计、施工图设计、施工组织设计。BIM与桥梁设计优化的结合需要有三维建模作为基础。传统的设计采用二维图纸，因此首先需要应用BIM技术将二维图纸转换为三维模型，在三维模型的基础上进行优化。图1就展示了BIM对项目工程设计的优化过程。

图1 基于 BIM 的桥梁工程设计优化流程

如图所示，BIM技术主要应用在设计方案的建模与检测分析以及问题的反馈与检测上。项目人员在收集图纸资料进行三维建模，模型建立，通过BIM系统检测分析，出现的问题交由技术团队进行解决，修改并重新分析检测，直到图纸没有问题，这种方法能在设计之初将问题消灭，减少工程返工情况。

2.1 BIM 与初步设计

在桥梁工程中，初步设计的主要目的是确定桥式方案和总体构想。比如桥梁平面布置、立面布置及横断面布置，确定桥位。这一过程需要经过约业主的不断磋商与协调。利用BIM技术可以建立三维模型，更直观的展示桥梁的方案和构想。图2就展示了某一桥梁工程的BIM模型，在模型的基础上还可以分离出各个断面的图片，这样更为直观，便于分析优缺点。同时模型的修改与调整也更便捷。

图2 桥梁工程的 BIM 模型

2.2 BIM 与施工图设计、施工组织设计

施工图设计是对初步设计的细化，在确认的总体方案的基础上对局部进行细化。施工设计则是对桥梁结构进行数字分析和计算，画出施工图纸。BIM针对技术、施工设计的复杂性也提供了良好的优化方法，在整体桥梁的BIM模型基础上，建立结构细化模型，对细化模型进行对冲分析，自动生成分析报告，发现设计中存在的问题，及时进行修改和检测，直至问题全部解决。BIM对设计的优化是一个循环过程，不断的分析检测直至图纸无需修改，设计方案也就浮出水面，最终尘埃落定。BIM使得所有可能的设计问题在设计过程中及时被发现，避免代入到施工过程，影响工程进度。

3、基于 BIM 的桥梁工程施工优化

桥梁施工的优化主要目的是建立可行的施工方案。施工过程优化建立在上述BIM的模型基础上，借助可视化的施工过程模拟，分析施工进度、供需、物资采购等过程，并在模拟中不断优化施工方案。基于BIM技术对桥梁工程施工的优化过程见图3。这一优化过程需要施工人员与BIM技术人员共同来进行，以施工管理人员的经验来确认对方案修改的必要性。

图3 基于 BIM 的桥梁工程施工优化流程

3.1施工工序优化

项目工作人员借助BIM技术和可视模拟技术，将桥梁三维模型与施工过程进行集成，进行施工工序的模拟。这个过程生动、直观的展现了施工过程，施工人员可以准确发现工序中存在的问题、预制构件的吊装程序是否可行，一定存在问题，及时对施工方案进行修订，直至获得可行的、高效的施工方案，确保工程顺利完工。

3.2 施工进度优化

与工序优化类似，集成三维模型和进度计划，实现以时间为维度的进度模拟，根据施工现场情况及时调整进度安排，直至获取最佳方案。此外，还可以提前对项目的重难点进行模拟，提前确定安装规划，避免临时抱佛脚。

3.3施工管理优化

施工方案的优化将问题发生的可能前置，变被动局势为主动，管理人员可以及时进行管理，避免问题发生。还可以借助可视化模拟过程指导现场施工，提高工作效率，消除安全隐患。由此，BIM和模拟技术的集成，为桥梁工程管理提供了较好的工具，优化了施工过程，减轻管理负担。

结语：

综上所述，基于BIM的桥梁工程设计与施工优化是卓有成效的。希望本文的研究对大型的桥梁工程建设有所裨益。随之BIM技术的广泛推广和应用，BIM在土木建设中的应用会越来越多，对提高工作效率和管理水平有很大帮助。

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[3]曹旭光,杨伟名.BIM技术在桥梁工程设计与施工中的应用研究[J].四川水泥,2016,04:85.

表2 优化冷水机组运行策略

这样执行可以让系统在很大一段时间内稳定运行，机组不会频繁切换启动。过渡季节由于围护冷负荷、新风负荷降低很多，很多时候1台30XW0352就可以满足系统需要，所以维持原运行策略不便。在控制过程中同时还要注意，为防止负荷细微变化在成机组频繁切换，所有负荷变化幅度超过限定10%十五分钟后，才会进行机组的切换或者加载，由于运行策略是建立在机组负荷70%的前提下，所以在十五分钟的加载准备期，系统的冷量仍然可以保证供给，不会造成冷量不足的现象出现。

结论：

根据本文的计算、分析，若能在建筑BAS系统设置之初就考虑到暖通系统对于此类数据的需求，对于非博物馆建筑，也可以参照本项目的控制流程。本项目作为地下空间占建筑面积70%以上的建筑无疑是有其特殊性，但是作为超深基坑技术日益成熟的今天，地下空间的空调设计的研究存在一定意义。

参考文献：

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[2]简明空调设计手册，中国建筑工业出版社.

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