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瞭解BIM在橋樑鋼結構一體化建設中的應用

近年來,隨著橋樑材料費用與人工費用的倒掛,鋼結構橋樑相對混凝土橋的經濟逆勢逐漸減小,我國逐步開始進入鋼結構橋樑的快速發展時期。但是建築施工行業的生產效率正在持續下滑併成為建築行業面臨的根本性問題,鋼結構橋樑在設計建造過程中由於資訊交換不及時、不準確的問題造成了大量人力物力的浪費。

BIM(建築資訊模型)作為起源於20世紀70年代的美國的一種基於最先進的三維數字設計和工程軟體所構建的視覺化數字建築模型,近年來在國內建築工程多個領域實現了應用研究。北京奧運會、上海世博會等大型建設專案成功地將BIM技術應用於建築工程的荷載分析、圖紙稽核、施工管理、裝置維護等領域,為BIM技術在我國推廣提供了條件。近年來,BIM技術在橋樑鋼結構領域也逐漸推廣開來。

以石濟黃河特大橋為例,該橋是我國首次採用剛性懸索加勁連續鋼桁梁結構形式的鋼結構橋樑,全橋架設杆件數量多、製造要求精度高,在進度、成本、安全及質量綜合管理等方面均存在困難。

在經過多方論證和精確計算下,該橋採用BIM技術輔助工程施工,有效解決了專案設計、製造和施工應用系統之間的“資訊斷層”和“資訊孤島”問題,實現工程資訊共享與整合管理,可以極大地避免重複勞動,提高效率。

一是採用BIM三維實體建模出圖進行深化設計,透過搭建實體模型、工藝性最佳化、模型校核審查、深化設計出圖四個階段對全橋模型進行搭建,實現所見即所得的目標。

二是利用BIM對鋼桁架構件進行數字化加工,透過智慧化切割下料、複雜節點的虛擬製造等環節,實現了從模型到機床切割的數字化,為杆件的製造制定提供了可靠的依據,提高了工藝制定的效率,保證了杆件的製造質量。

三是以全橋三維建模為基礎,透過鋼桁架杆件整體拼裝及試拼裝的自動校核,可以發現碰撞、相離等問題,從根本上保證了複雜鋼橋構件連線關係的正確性,實現了橋位吊裝成橋線形。

四是引入時間維度實現4D管理,可以進行虛擬施工,並隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比,專案各參與方對工程的各種問題和情況瞭如指掌。透過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現場影片監測,有效減少了全橋施工過程中的質量、安全問題。

石濟黃河特大橋BIM系統的應用以製造精細、資訊完整、資料詳實的資訊模型為基礎,覆蓋了深化設計、自動排版套料、數字化加工的製造全過程,以貫穿鋼橋場地規劃、鋼橋架設和安全監控的4D-BIM管理系統為平臺,為鋼橋製造、架設管理提供分析最佳化,為決策提供“大資料”支援,達到了管理升級、降本增效的目的。

隨著大型複雜鋼結構橋樑專案的興起以及BIM應用軟體的不斷完善,越來越多的專案參與方在關注和應用BIM 技術。目前港珠澳大橋、滬通長江大橋、虎門二橋、樂清灣大橋等鋼結構橋樑在專案設計施工管理階段均嘗試採用BIM 技術,成功實現了各專業的協同設計、裝置材料統計和施工模擬、碰撞檢查等功能。

當前,BIM技術應用在橋樑鋼結構建設中主要體現三個方面的優勢:一是深化設計和最佳化設計方案。根據設計圖紙使用 BIM 技術,為三維建模呼叫“構件庫”和“節點庫”,輸入構件和節點的引數,有利於構件節點的深度設計,也有利於鋼結構工程管理資訊的視覺化,最終達到節約成本的目的。

二是實現橋樑的數字化製造應用。BIM技術的引入,使鋼結構加工製造流程變得簡單,BIM模型輸出的各類資訊除了能快速生成加工清單、形成工藝裝置路徑外,在數控切割、複雜構件加工等工序中的作用也尤為顯著,彌補了二維CAD指導加工的不足問題,完成了種類繁多、數量龐大的零部件加工任務,記錄了大量構件資訊、材料資訊。

三是確保動態視覺化的整合施工。BIM技術在施工現場應用主要是施工資訊與BIM模型動態關聯、整合,結合利用4D-CAD技術,支援動態視覺化的模型及施工方案表達,並隨施工過程更新及輔助專案施工管理,實現對工程進度、質量、安全及資源的綜合管控。

目前,國內的BIM技術仍處在應用探索階段,BIM理論需要結合現場實際、瞭解現場的實際需求,並在應用中解決實際問題,才能真正發揮BIM技術的價值。

BIM技術在橋樑鋼結構工程上的成功實踐進一步拓展了BIM的應用範圍,是BIM從單純技術應用向與專案管理整合應用轉化的重大里程碑。這種透過計算機方式建立模型與模擬的方式,對降低鋼結構橋樑的深化設計費用、縮短工期、準確預算工程量等方面有實質性的效果,而且在推動鋼結構橋樑設計製造施工一體化建設方面有著巨大的潛在效益。

瞭解BIM在橋樑鋼結構一體化建設中的應用