用BIM“智”造橋梁工程
2016-12-06
目前，B I M技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用較為成熟，在橋梁建設(shè)工程中尚處于發(fā)展階段。如何使B I M技術(shù)在橋梁建設(shè)工程中的價(jià)值得到最大化，是目前交通運(yùn)輸行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)之一。
B I M的價(jià)值體現(xiàn)在工程建設(shè)全生命期實(shí)現(xiàn)各方信息交流，根據(jù)需求，利用B I M技術(shù)提高設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維管理效率與質(zhì)量。
設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用
在設(shè)計(jì)階段，B I M的設(shè)計(jì)方案在預(yù)可行性研究報(bào)告、工程可行性研究報(bào)告以及投標(biāo)階段，利用衛(wèi)星或無人機(jī)對場地進(jìn)行快速建模，對橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇、優(yōu)化與調(diào)整。通過VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）眼鏡進(jìn)行身臨其境的瀏覽。通過協(xié)同設(shè)計(jì)、參數(shù)化建模、碰撞檢測，與計(jì)算機(jī)分析軟件相結(jié)合，以及相應(yīng)的輔助軟件，可以更好地體現(xiàn)出BIM在設(shè)計(jì)階段的價(jià)值。
BIM協(xié)同設(shè)計(jì) 通過BIM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)人員按專業(yè)分工，統(tǒng)一納入系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)信息流轉(zhuǎn)效率。協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理著整個(gè)設(shè)計(jì)流程，并可與企業(yè)其他信息管理系統(tǒng)集成，形成設(shè)計(jì)企業(yè)信息化的構(gòu)架，因此，要重視協(xié)同設(shè)計(jì)。
參數(shù)化建模 參數(shù)化建?？蓪?shí)現(xiàn)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化橋梁、沉管隧道以及主橋主要構(gòu)件的參數(shù)化。參數(shù)化建模還可建立三維上、下部構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化庫，如箱梁、墩身、基礎(chǔ)等，根據(jù)原始基礎(chǔ)資料及線路設(shè)計(jì)資料，自動(dòng)化、批量化完成全線引橋橋梁的設(shè)計(jì)建模。
碰撞檢測 BIM技術(shù)還可模擬碰撞檢查，包括設(shè)計(jì)過程中鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋的碰撞檢測，橋上橋內(nèi)設(shè)施、隧道內(nèi)機(jī)電管線的碰撞檢測，以及設(shè)計(jì)階段其他構(gòu)件的干涉檢測。
B I M與計(jì)算分析軟件結(jié)合 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，圖紙模型與計(jì)算模型是相互割裂的。通過B I M與計(jì)算分析軟件結(jié)合，研發(fā)參數(shù)化建模軟件，通過參數(shù)化建模的方式生成三維模型；同時(shí)模型能導(dǎo)入分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高效的全橋設(shè)計(jì)和分析計(jì)算過程；將B I M三維模型局部導(dǎo)入有限元計(jì)算軟件計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果修訂三維模型，從而實(shí)現(xiàn)建模和分析計(jì)算的高效統(tǒng)一。
輔助設(shè)計(jì)工具 通過輔助設(shè)計(jì)工具，如B I M地質(zhì)模型，可實(shí)現(xiàn)橋梁、沉管隧道與線路、地形、地質(zhì)的關(guān)聯(lián)化；借助地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)地基承載力的自動(dòng)計(jì)算，隨著結(jié)構(gòu)的移動(dòng)，可以自動(dòng)計(jì)算樁長。通過輔助軟件，可保證設(shè)計(jì)更快速地完成，如二維出圖、交通流量分析、工程量統(tǒng)計(jì)等功能。
此外，還要建立B I M數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管理勘察、設(shè)計(jì)、建模、分析中的工程數(shù)據(jù)，為施工以及運(yùn)維階段數(shù)據(jù)庫建立奠定基礎(chǔ)，以促進(jìn)設(shè)計(jì)階段的BIM技術(shù)使用價(jià)值最大化。
施工階段的應(yīng)用
在橋梁建設(shè)的施工階段， 鋼構(gòu)件的制造、預(yù)拼裝， 工程的施工策劃， 施工質(zhì)量驗(yàn)收管理， 結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與動(dòng)態(tài)更新， 資源管理以及數(shù)字化校驗(yàn)與移交，都可以通過BIM技術(shù)提高效率。
制造與預(yù)拼裝 鋼構(gòu)件制造一體化有三種方式，其一是在三維模型軟件中，導(dǎo)出二維圖紙來供實(shí)際加工使用；其二，應(yīng)用部分自動(dòng)化的功能對三維模型進(jìn)行輔助加工制造，如TeklaStructures所具有的自動(dòng)套料排版功能生成制造輸出數(shù)據(jù)；其三，將三維模型以中間數(shù)據(jù)格式的方式同數(shù)控設(shè)備進(jìn)行直接對接，以自動(dòng)化方式完成對零部件的精確制造。如T e k l a S t r u ctu r e s的.d s t v格式就能夠同F(xiàn) i c e p以及H G G 公司所生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備直接對接。預(yù)拼裝時(shí)，在結(jié)構(gòu)零部件生產(chǎn)完畢、實(shí)際拼裝的過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生拼裝失敗的情況，可運(yùn)用B I M技術(shù)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行拼裝測試，提前發(fā)現(xiàn)問題，減少返工和整改而造成的經(jīng)濟(jì)損失，優(yōu)化裝飾方案，提高放樣精確度，加快施工效率，動(dòng)態(tài)進(jìn)行施工成果展示等。
4D施工策劃 通過B I M技術(shù)進(jìn)行施工過程模擬，可在施工之前，就能看到并了解整個(gè)項(xiàng)目施工的詳細(xì)過程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來的人力物力消耗，為實(shí)際工程項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)和最優(yōu)的可行方案。通過B I M技術(shù)進(jìn)行施工工藝模擬，可為關(guān)鍵施工步驟模擬提供可視化解決方法，解決施工中存在的錯(cuò)漏碰缺。通過B I M技術(shù)結(jié)合施工作業(yè)指導(dǎo)書、施工仿真動(dòng)畫，快速地表達(dá)施工步驟，可大大減少誤讀，避免質(zhì)量問題、安全問題，減少返工和整改。
施工質(zhì)量驗(yàn)收管理 利用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)手機(jī)端和網(wǎng)頁端的質(zhì)量檢驗(yàn)和審批流程：施工方可利用APP錄入提交質(zhì)量檢驗(yàn)相關(guān)信息，通過系統(tǒng)推送至監(jiān)理方，再經(jīng)審核后推送至業(yè)主驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)施工過程管理無紙化，提高管理效率。
結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與動(dòng)態(tài)更新 通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)， 利用已建B I M模型進(jìn)行仿真分析，并利用橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別機(jī)理和云端數(shù)據(jù)庫，及時(shí)更新結(jié)構(gòu)自身狀態(tài)和力學(xué)性能信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全評估和智能預(yù)警，并最終為運(yùn)維階段提供真實(shí)可靠的BIM模型信息。
5D資源管理 通過5D工程算量，自動(dòng)計(jì)算整個(gè)工程、任意WB S節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)間范圍的工程量以及累計(jì)工程量；自動(dòng)計(jì)算指定時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)的人力、材料的計(jì)劃用量和實(shí)際消耗量；
預(yù)測指定日期的資源消耗量，并以此為依據(jù)指導(dǎo)采購。計(jì)量支付方面，基于施工B I M模型進(jìn)行計(jì)量，保證項(xiàng)目、數(shù)量、進(jìn)度、細(xì)目等的準(zhǔn)確性；
自動(dòng)生成驗(yàn)收申請報(bào)告，并附帶相關(guān)信息；自動(dòng)生成計(jì)量支付申請報(bào)告；
動(dòng)態(tài)顯示項(xiàng)目的計(jì)量支付狀態(tài)。
數(shù)字化校驗(yàn)與移交 利用三維掃描儀，對構(gòu)筑物進(jìn)行三維掃描獲得目標(biāo)物三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過三維模型與點(diǎn)云模型進(jìn)行對比和可進(jìn)行外觀質(zhì)量復(fù)核。利用探傷儀獲得目標(biāo)物內(nèi)部缺陷， 進(jìn)行構(gòu)件質(zhì)量復(fù)核。施工結(jié)束后，將形成一個(gè)真實(shí)反映建筑物的竣工模型和包含質(zhì)量、設(shè)備、文檔等信息的數(shù)據(jù)庫，這些將作為施工成果移交到運(yùn)維階段。
運(yùn)維階段的應(yīng)用
在橋梁運(yùn)營和維護(hù)階段， 利用B I M 云平臺和B I M 的各個(gè)管養(yǎng)子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的管理，體現(xiàn)出BIM技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。
橋梁B I M建養(yǎng)一體化云平臺 應(yīng)用4 D 建模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成及移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，建立橋梁建養(yǎng)一體化平臺，可實(shí)現(xiàn)建養(yǎng)全過程的信息共享和動(dòng)態(tài)模擬， 進(jìn)行橋梁運(yùn)維的準(zhǔn)確評估、快速預(yù)警和高效決策。該平臺可解決全壽命周期的可視化信息共享問題，實(shí)現(xiàn)橋梁精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化管理，并可及時(shí)“感知橋梁”，在結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)萌芽階段發(fā)出預(yù)警。
其中，該平臺的橋梁感知系統(tǒng)，是通過檢測系統(tǒng)，獲得橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及環(huán)境等數(shù)據(jù)信息的；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過高效數(shù)據(jù)訪問通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)于廣域網(wǎng)中的安全傳輸；中央大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)橋梁群現(xiàn)場感知信息的中央云存儲(chǔ)；虛擬鏡像還原系統(tǒng)，將各座橋梁現(xiàn)場服務(wù)器環(huán)境虛擬化還原到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)在國家工程中心近端集中管理分析遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的需求。
橋梁BIM管養(yǎng)系統(tǒng) 該系統(tǒng)中的多災(zāi)變誘因遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)感知傳輸子系統(tǒng)，針對車輛、強(qiáng)風(fēng)、地震、波浪、水流、船撞、火災(zāi)等多災(zāi)害作用下，集群工程發(fā)生的災(zāi)害行為及后果，采用并發(fā)采集技術(shù)和遠(yuǎn)程高效傳輸系統(tǒng)，建立多災(zāi)變誘因下的集群工程實(shí)時(shí)感知分析系統(tǒng)，建立高效的橋梁監(jiān)測實(shí)時(shí)并發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，感知結(jié)構(gòu)響應(yīng)、預(yù)測災(zāi)變行為。
數(shù)字化巡檢子系統(tǒng)，充分發(fā)揮了G I S技術(shù)、智能識別技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在現(xiàn)代工程中的巨大作用，將智能信息化產(chǎn)品和技術(shù)手段融入橋梁運(yùn)維系統(tǒng)工程中，實(shí)現(xiàn)橋梁運(yùn)營和管理的智能信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。
評估與預(yù)警決策子系統(tǒng)，建立橋梁災(zāi)害作用預(yù)警級別與預(yù)警閾值，利用大數(shù)據(jù)方法進(jìn)行評估預(yù)警數(shù)據(jù)分析挖掘，以及基于監(jiān)測與檢測數(shù)據(jù)的橋梁性能綜合評估，研發(fā)基于多目標(biāo)決策方法的遠(yuǎn)程決策與管理系統(tǒng)及應(yīng)急處置技術(shù)。
