行業資訊請關注
道路瞭望
發現不一樣的土木工程
微訊號 | HighwayOutlook
BIM技術的出現，將能夠解決目前施工設計中所面臨的一些挑戰及困難，為設計人員所接受及認可。
橋樑施工設計CAD和BIM差在哪？
橋樑施工設計主要為橋樑施工中所用的大型臨時結構，包括基礎施工的鑽孔平臺及圍堰、墩身施工的模板及支架、主樑施工的現澆支架或掛籃等，目前設計過程中都應用CAD（Computer Aided Design）技術繪製設計圖紙。
隨著社會不斷向前快速發展，橋樑結構形體越來越新穎、越來越複雜，大型臨時結構需要與橋樑結構相匹配，設計人員需在較短的時間內完成大規模複雜臨時結構的高質量設計，同時還面臨著橋樑具體施工時的條件與設計時的有所不同，臨時結構需要進行多次修改，嚴重製約著橋樑施工設計的發展。
BIM（Building Information Modle，三維建築資訊模型）技術的出現，將能夠解決目前施工設計中所面臨的一些挑戰及困難，為設計人員所接受及認可。
01、CAD與BIM的設計技術
CAD設計技術的現狀
現行CAD技術包含二維設計和三維設計技術，其中三維技術中三維建模不可逆，在設計過程中只是起輔助作用，常用的還是二維設計技術，主要透過三檢視（立面圖、平面圖及側面圖）、剖面圖描述一個三維結構體。CAD技術在具體設計過程中所遇到的困難有：
（1）圖紙資訊表述繁冗：
➤ 二維設計方法是把三維的結構體用離散的線條和文字按設計在平面表達出來，具體表述某個構件時，為了更好的描述其空間位置，需要把與之相關聯的構件示意出來，並配文字加以說明。
（2）設計過程中協同困難：
➤ 大型複雜的臨時結構往往是由多個設計人員共同去完成，若某個設計人員在具體設計過程中，如果發現區域性不滿足要求，需要改變結構形式，就需要與其他設計人員進行溝通，其他設計人員的圖紙很多需要重新繪製，造成工作量加大。如果溝通不及時或不透徹，就會出現反反覆覆的修改，易使設計人員之間產生一定的矛盾，進而影響設計整體進度。
（3）設計質量難以控制，影響施工：
➤ CAD二維設計中，對同一個結構構件，需要使用多個檢視才能表達，同一個構件需要繪製多次，效率低下。一旦方案發生變化，許多地方都需要重新繪製，加上時間緊迫，容易造成有些地方修改不到，施工現場按圖紙加工製造，發現設計與實際不符，導致工期延誤，增加施工成本。
BIM技術的特點
目前，BIM在歐美髮達國家正在迅速推廣使用，很多國家都發布了相應的BIM實施標準。國內BIM的應用主要在建築領域，並已取得一定成效。
BIM是以三維數字技術為基礎，集成了建築工程專案各種相關資訊的工程資料模型，BIM是對工程專案設施實體與功能特性的數字化表達。BIM具有單一工程資料來源，可解決分散式、異構過程資料之間的一致性和全域性共享問題。一般具有以下特點：
（1）模型資訊的完備性：
➤ 對工程結構進行3D幾何資訊和邏輯關係的描述，包括構件名稱、結構型別、建築材料，構件之間的工程邏輯關係等。
（2）模型資訊的關聯性：
➤ 資訊模型中的物件是可識別且相互關聯的，系統能夠對模型的資訊進行統計和分析，並生成相應的圖表。如果模型中的某個構件發生變化，與之相關聯的所有構件都會隨之更新，以保證模型的邏輯關係。
（3）模型資訊的一致性：
➤ 建築結構的同一資訊無需重複輸入，且資訊模型能夠自動演化，在3D資訊模型中進行修改，二維工程圖中也隨之修改，只需對工程圖中的僅有的標示進行修改，避免了工程圖前後資訊不一致的錯誤。
BIM應用於橋樑施工設計的價值
BIM的出現，使橋樑施工設計從傳統的二維設計轉變為三維設計。使用基於BIM的軟體系統，先進行結構的三維設計，然後透過生成二維的工程圖，再將工程圖交付施工現場。在設計過程中可以隨時直觀地看到結構的三維模型，這個三維模型不同於CAD中的三維模型，它包含結構構件名稱、生成方法、與其他構件的邏輯關係等資訊。
BIM使設計過程中協同更簡便。BIM將整個設計整合到一個共享的三維資訊模型，各個設計人員透過這個共享的三維模型進行分項設計，同時可以透過這個三維模型檢視到其他設計人員的動態，隨時發現相沖突的地方，並及時調整自己的設計。修改後的設計可以即時地反饋到其他設計人員，將原來設計人員的口頭溝通轉化為軟體系統識別，極大地提高了設計效率，保證了資訊傳遞的完整和準確性。
BIM使得設計修改更便捷。如果結構體系沒有發生原 則性的變化，僅為三維模型的區域性設計修改，則修改後的結果會在各個工程圖中自動協調更新，並對工程圖中的標示進行區域性調整修改，修改出圖效率大大提高。
02、CAD與BIM的工程應用比較
工程概況
新白沙沱長江特大橋是渝黔鐵路的關鍵控制性工程，全長5。32km，主橋佈置為（81+162+432+162+81）m，是世界上首座雙層六線雙塔雙索麵鋼桁梁鐵路斜拉橋。上層四線客車線，下層兩線貨車線，同時也是世界上延米載荷最大的橋樑，活載達33。6 t/延米，恆載達99 t/延米。
主塔為2#、3#主塔，採用H形橋塔，2#塔高175。45m（含塔座）， 3#塔高192。45m（含塔座），2#塔與3#塔在下橫樑以上高度外輪廓完全一致，下橫樑中心線以上橋塔主體高度為147。75m，上塔柱高64。75m，中塔柱高81。20m。2#塔下塔柱高度為23。7m，3#塔下塔柱高度為40。7m。下橫樑為預應力混凝土結構，採用雙室空心矩形結構，高7。0m，寬10。0m，頂、底板厚0。8m，腹板厚0。7～1。0m，支座處設有橫隔板，橫隔板厚2。0m。上橫樑為預應力混凝土結構，採用單室空心矩形結構，高7。0m，寬7。5m，頂、底板厚0。7m，腹板厚1。0m。
3#主墩施工方法
3#基礎位於水中，墩位處部分河床已侵入承臺範圍內，因此在基礎施工前需進行河床的水下爆破清理。為快速形成鑽孔能力，保證長江汛期來臨以後鑽孔的安全性，同時考慮到主墩距離川黔線白沙沱橋距離較近，故採用先平臺後圍堰的方案。下塔柱採用翻模施工，中、上塔柱採取液壓爬模施工。下橫樑採用鋼管柱支架法施工，混凝土分兩次澆注，第一次澆築總高度為4。0m的底板及腹板，第二次澆築高度3。0m，下橫樑和同一高度範圍內的塔柱同時澆注。上橫樑待與橫樑相交段塔柱爬模施工通過後，再搭設支架施工上橫樑，支架採用在塔柱上設定預埋牛腿和預埋件搭設現澆支架。
3#主墩下橫樑施工設計比較
以下擬對3#主墩下橫樑支架設計分別採用CAD設計技術及BIM設計技術進行的設計內容進行比較。
CAD設計方法
準備工作：
➤ 繪製主塔結構主要為下橫樑及下塔柱的三檢視，此結構二維電子圖紙可從橋樑設計單位得到。
支架系統的佈置：
➤ 下橫樑底模佈置，可採用整體鋼模和木模，此時僅需確定模板高度；模板底部分配梁佈置，此時也僅需預留一定的高度（常用的工字鋼高度）；鋼桁梁的佈置，主要是根據下橫樑斷面佈置其間距，桁架的結構形式需透過計算確定；鋼管立柱系統的佈置，與鋼桁梁之間需預留一定的高度設定後期支架卸落的裝置，鋼管之間的間距需要與鋼桁梁共同計算考慮，保證兩者受力滿足要求，同時結構形式簡便合理。
➤ 下橫樑支架佈置出來後，即可與施工現場交流溝通，確定結構所用鋼材的形式，就可進行具體設計。根據計算結果可分幾大塊進行獨立設計，主要包括承臺上設定的預埋件、鋼管立柱系統、卸落結構裝置、鋼桁梁、模板系統、邊支點等。各部分設計完成後，在總佈置圖上將各結構進行重新組拼，進一步檢查確定各部分之間的關係，發現問題各部分重新修改設計，重複上述過程直至結構完善，最後打印出圖，設計任務完成。
BIM設計方法（從上而下設計）
準備工作：
➤ 根據主塔結構圖紙繪製三維BIM模型，由於目前國內橋樑設計單位無可直接用於設計的三維BIM模型，此工作量較大。
支架系統的佈置：
➤ 底模系統的佈置，此時僅需佈置模 板的中心線或者定位線，同時定義模板系統與下橫樑底面的邏輯關係；模板底部分配梁的佈置，僅需佈置分配梁的中心線，同時定義分配梁與模板底面、分配梁之間的邏輯關係；鋼桁梁的佈置，需佈置鋼桁梁的骨架線，定義其與上面分配梁的邏輯關係，由於分配梁數量較多，定義邏輯關係時需要一定的技巧，同時定義多片鋼桁梁間的邏輯關係；鋼管立柱系統的佈置，從上而下定義出各節段鋼管的軸線，並定義各鋼管與鋼桁梁及承臺預埋件間的邏輯關係。上述過程中需要對每根杆件進行命名且名稱不能重複。
具體設計：
結構佈置完成後，將模型資訊進行共享，該工程施工設計專案其他成員根據此資料資訊進行各分部的具體設計，設計過程中可適時的儲存資料資訊，其他成員可立即獲得最新修改資訊，再對自己所負責的分部進行調整。三維BIM模型設計完成後，再對各部件及零件出工程圖。設計任務完成之前重複修改設計的過程比較少或者不會出現。
2。3。3 BIM設計方法（從下而上設計）
根據主塔結構圖紙繪製三維BIM模型，根據以往類似結構將支架拆分為多個零件，並繪製成多個零件圖，同時對零件進行命名，再對繪製好的零件進行逐個裝配，裝配的過程中逐一定義各零件間的邏輯關係，同時調整各零件的定義引數的具體數值，使之滿足總體設計，BIM三維模型設計完成後，再對各部件及零件出工程圖。
CAD與BIM在修改設計工程中的比較
➤ 假設已分別採用CAD技術及BIM技術設計將下橫樑支架設計完成。以下橫樑支架中的鋼管立柱系統需要進行修改設計，分別採用CAD二維和基於BIM的三維軟體進行設計修改比較。
下橫樑支架中鋼管立柱立面（修改前）
由於某種原因鋼管立柱下部立柱間距減小3m，外面一排鋼管由豎直變成傾斜，鋼管立柱系統細部結構發生變化的有：立柱A2結構（含底部連線法蘭）、立柱C2結構（含底部連線法蘭）、連線系A1結構、連線系A2結構等。
採用CAD二維設計時，先在總佈置圖進行修改，再到各個具體結構詳圖中修改，涉及到修改地方較多，往往會出現有些地方已經修改，某些區域性由於人為疏忽而未修改，造成圖紙前後不對應的情況，這就要求設計人員和圖紙稽核人員非常認真仔細的核對。
採用基於BIM的三維軟體設計時，先在三維模型中進行修改，由於構件名稱是一一對應的，需要對杆件重新命名編號，在對細部結構連線法蘭處理也較困難，由於結構變化產生新的結構工程圖中需要重新生成。在三維模型修改時，特別是在細部結構處理時所耗時間精力較多，在材料統計方面，模型雖然可以自行生產，但與傳統表述還有一定的差異，還需進一步修改，同時還需要對新增的結構零件進行出工程圖。
但是如果設計方案修改方向相反，即外側鋼管由傾斜變成直立，採用基於BIM的三維軟體設計將會非常方便快捷。
03、BIM應用於橋樑施工設計的總結及展望
透過與CAD設計技術的比較，在現階段BIM設計技術還無法完全取代CAD設計技術。BIM是一個全新的理念，涉及到一系列的改革和創新，國內尚無與之配套的軟體，國外主流的軟體與國內實際工程不是很配套，由此造成的工作效率遠遠不及CAD二維設計，設計人員使用的熱情不高。BIM的三維模型資訊多，初次設計建模時所耗時間精力較多，且不能快速出成果。對待一些特別複雜的施工結構，採用BIM進行設計，需要處理大量的邏輯關係，對於設計員在短時間內無法在設計過程中一次理清，同時由於當今工程建設的工期非常緊迫，設計人員假如使用BIM軟體將無法按時完成設計任務。
建立三維模型需要的電腦硬體配置很高，目前設計人員所用電腦硬體的更新遠遠跟不上基於BIM三維軟體的更新速率，直接造成繪圖速度降低，同時容易給設計人員造成情緒性的牴觸。
但隨著BIM在其他行業不斷應用，實用價值會不斷地體現出來，同時國內基於BIM的三維軟體也會不斷湧現，BIM終將會被橋樑施工界所接受及認可，加之國內工程建設的速度將逐步放緩，從快速施工轉變成精細化施工，BIM設計技術的應用更是迫不及待。橋樑施工設計人員應該走在工程建設行業的前頭，要敢於接受新東西，敢於應用新技術行，敢於接受新技術的挑戰。
素材來源：廣州君和
@版權宣告：我們尊重原創，也注重分享。有部分內容來自網際網路，版權歸原作者所有，僅供學習參考之用，禁止用於商業用途，如無意中侵犯了哪個媒體、公司、企業或個人等的智慧財產權，請聯絡刪除，本公眾號將不承擔任何責任。
——
與【道路瞭望】一起奉獻土木工程--
