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BIM技术在桥梁项目中的应用

2019-1-11 16:16| 查看: 175| 评论: 0|来自: 铁路BIM联盟

  随着《中国制造2025》的强国纲领及“互联网+”的提出,信息化迎来巨大的应用发展空间,以BIM技术为代表的新型信息技术价值凸显,BIM逐渐成为许多工程项目的准入门槛。
  经过多年理论研究与工程实践,BIM快速而深远地影响着桥梁工程建设,成为提高桥梁技术水平与管理效能的重要信息化手段。
  桥梁工程相关领域的BIM应用日渐增多:新白沙沱长江大桥、济南黄河公铁两用桥、港珠澳大桥、沪通长江大桥等都已或正在运用BIM技术,BIM带给桥梁的效益也逐步产生。

港珠澳大桥
  桥梁应用调研
  选取20座桥梁进行BIM应用调研,对象涉及不同结构形式和技术复杂度,从空心板梁、预应力混凝土连续梁到钢桁梁桥、钢桁拱桥、斜拉桥、悬索桥等,包括各种小、中、大跨度,功能涵盖公路桥、市政桥、铁路桥、公铁两用桥、景观桥。

桥梁BIM应用调研对象
  建模软件
  Tekla、Bentley、Revit、CATIA等主流建模软件在桥梁工程中均有应用。

不同建模软件应用分布


  设计阶段
  设计阶段基于BIM软件有很多价值点,调研主要探讨参数化建模、族库(模板)、设计复核(差错漏碰)、工程量统计、正向设计、与有限元结合、二维出图应用情况。

设计阶段BIM应用点分布

  施工阶段
  施工阶段的根本需求促使从基于BIM软件功能级应用到项目级应用转变。本阶段应用点主要包括:可视化交底、4D虚拟施工、进度管理、信息管理、移动端、施工监控、安全质量及成本管理。

施工阶段BIM应用点分布


  考虑BIM共享特征和信息的完整性,应用逐渐扩展到施工的上下游(物料追踪、钢结构制造、施工监控等),9座钢桥中有5座探索了钢桥制造BIM技术应用。

  运维阶段
  由于调研的桥梁多数处于建设期,因此运维阶段BIM技术具体应用点还未涉及,但一些桥梁如沪通长江大桥、瓯江北口大桥等在实施过程中也提出了建养一体化、桥梁BIM全生命周期应用的规划,从理念上涵盖了运维阶段的应用,反映了BIM技术应用的连贯性和可持续性。

济南黄河公铁两用桥
  价值点再分析
  精细化建模:无论设计阶段还是施工阶段,BIM应用必须有项目级的建模标准,否则精细化建模无从谈起。建模精细度应以后期应用为根本导向,否则存在模型无法满足应用需求的风险。
  可视化技术交底:可视化技术交底可根据深度不同,分为2个等级。程度1是通常的三维视图,通过软件(如Autodesk InfraWorks)功能完成漫游展示;程度2类似3D作业指导书,对某个工序或施工工艺进行模拟,起到可视化培训功能。因此,程度2在应用深度上更有价值。
  4D虚拟施工:4D虚拟施工主要根据计划时间节点,按照结构施工顺序的模拟或再现桩基、墩台、梁部及桥梁附属等结构的生成(从隐藏到显现),其发挥的作用有限,很难涉及到施工方案的优化。例如,连续刚构桥施工可通过4D虚拟施工动画模拟,但合龙顺序只能通过专业知识评估。
  施工管理:施工管理关注“人料机法环”,对于专业技术人员,BIM现阶段的价值点属于锦上添花,实际工程特别关注的劳务分包、物资管理、机械租赁、成本核算几乎未涉及。

2017年6月,乐清湾大桥主跨合龙
  分析20座桥梁BIM应用样本可得以下特点:
  *BIM不仅应用在结构复杂的特大型桥梁结构中,在常规桥梁也有所普及。应用阶段以设计建造为主,运维阶段应用相对较少,部分桥梁正在践行BIM全生命周期应用
  *以BIM为代表的信息技术与桥梁工程应用逐步融合,构建了从物质实体世界向数字化架构发展的生态模式
  *少数桥梁采用BIM正向设计,大多是基于施工阶段应用而反推设计BIM的三维翻模,一般没有考虑与其他专业协同设计
  *建模软件以Revit、CATIA、Tekla为主,总体上混凝土桥梁以Revit为主,钢桥以CATIA和Tekla为主。单一BIM软件解决不了所有问题,有向多个软件共同应用发展的趋势
  *BIM技术从单软件的功能级应用,逐渐向多端系统平台、集成管理等方面靠拢
  *随着钢结构的普及,钢桥BIM技术应用逐步辐射到施工的上游即制造阶段,钢桥制造BIM技术应用成为研究热点
  *基于BIM施工管理挖掘了多个功能价值点,但应用范围主要集中在“法”,与施工本身需求还需进一步融合。

  应用探讨
  标准规范
  桥梁BIM应用在国际上没有现成标准,主流软件也鲜有成套功能,只有从底层标准抓起,才能逐步向标准化推进。
  在铁路BIM联盟领导下,研究形成了铁路BIM标准体系框架,编制并发布了《铁路工程数据结构分解》《铁路BIM信息分类和编码标准》《铁路工程信息模型数据存储标准》《铁路工程信息模型交付精度标准》等基础标准,为BIM技术应用提供了可供参考的标准规范。
  由于标准规范是从设计源头出发,应以已有标准规范为基础,结合发展定位或工程应用的实际情况,逐步补充和优化,摸索适合自身的编码体系或实施行为准则。

  BIM成熟度
  BIM成熟度模型分为0、1、2、3级,级别越高,表明BIM应用越成熟。如果将BIM应用成熟度与铁路工程结构设计方法进行对比,两者有相似之处。

BIM成熟度与铁路工程结构设计方法类比
  我国铁路桥梁设计方法以容许应力法(0级)为主,考虑与国内外主流设计方法的接轨,经过多年努力,编制完成《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》,但配套计算软件、设计理念仍是基于容许应力法。通过梳理桥涵极限状态法试设计成果,中国铁路总公司已启动推进《铁路桥涵设计规范》(概率极限状态法)的编制工作,预计不久即将进入容许应力法与概率极限状态法并行期(1级),再经过不断的应用积累和实践检验,最终会全面实施概率极限状态法(2级)。
  与设计方法类似,我国铁路工程结构BIM设计以二维图为基础(0级),少数结构进行了三维BIM设计。目前,全路选定17个BIM试点项目,以BIM设计协同为主线,验证标准,探索BIM成果的验收、审核、转发、归档等管理模式,表明正迈向二维与三维过渡期(1级),发展目标是实现不同专业的协同(2级)。

  BIM价值的即时反馈与量变到质变
  BIM被誉为工程领域的第二次革命,对行业的影响是颠覆性的。铁路建设项目标准化管理中强调工厂化、机械化、专业化、信息化,BIM技术能够很好地将各个环节串联出来,是形成标准化的重要途径和切入点。
  BIM价值的真正落地需要时间和条件,不仅应从上到下加以政策引导,更重要的是从下到上自觉发挥主观能动性,最终实现从量变到质变的转变。

  专业为主,需求为王
  BIM从业人员多以建模人员为主,涉及到专业技术人员的较少,这是BIM技术发展的必经阶段。
  随着BIM与专业的深度融合,BIM技术作为手段和工具的特点凸显,若仍采用原有组织模式,极有可能出现研发方向与实际功能需求脱节、研发成果与真实需要两张皮的现象。因此,在BIM技术应用实施过程中,应以专业为主,以解决专业实际问题为研发导向。

  信息模型与数据模型
  BIM是桥梁工程全生命周期管理的信息载体,每个阶段都由相应的建筑模型、过程模型和决策模型构成,但不同阶段模型精度的深度和广度相差较大。

BIM构成与全生命周期的信息模型
  BIM是面向对象的,应用对象不同,几何精度和信息深度等级不同,导致不同阶段BIM模型也不同,运维阶段信息模型最丰富。因此,基于BIM全生命周期实现的是数据模型的无损传递,数据积累的越多,通过与专业的融合,就越有可能得到有价值的信息,转化为知识直至智慧的依据就越充分,BIM的深度应用即是DIKW(数据、信息、知识、智慧)模型的流程化实现。
  桥梁BIM已取得很多有价值的应用点,BIM和信息化技术是未来发展趋势已在业内形成共识。现阶段,BIM的应用重点在于设计和施工,并逐步向全产业链协同、全生命周期的实施迈进。通过对桥梁BIM应用中的标准规范、BIM成熟度、BIM价值时效性、BIM应用需求导向、信息模型与数据模型的思考,我们确信,BIM价值的充分发挥更离不开专业本身、技术发展、行业发展、管理机制、人员构成等配套条件的成熟。2018,让我们翘首企盼。

参考文献:潘永杰,等.《桥梁BIM技术应用现状分析与思考》

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