吳淑忠，劉三元

（中交二公局上海遠(yuǎn)通路橋工程有限公司，上海 201315）

隨著信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，建筑行業(yè)信息化改革也提上了日程，尤其是建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)信息化發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)，將其優(yōu)勢與建筑行業(yè)工程實(shí)施特征完美結(jié)合，推動了BIM技術(shù)的良好發(fā)展。另外，建筑行業(yè)整體發(fā)展規(guī)模的壯大及科學(xué)技術(shù)的良好應(yīng)用，提高了工程實(shí)施的建設(shè)質(zhì)量及水平，對房屋建筑、道路及橋梁建筑都產(chǎn)生了相對積極的影響，尤其在橋梁結(jié)構(gòu)多樣化、工程復(fù)雜性不斷提高的當(dāng)下，BIM技術(shù)的合理應(yīng)用對于提高橋梁建筑工程的質(zhì)量更是意義重大。

1 斜拉橋梁的特色優(yōu)勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁的結(jié)構(gòu)外觀在不斷更新變革，其中由塔、梁、索等組成的斜拉結(jié)構(gòu)橋梁，不僅造型美觀、跨越性強(qiáng)，自錨式結(jié)構(gòu)比懸索橋剛度更強(qiáng)，還能完美發(fā)揮混凝土的抗壓特性及鋼材的抗拉能力，充分滿足大跨度河流橋梁的建設(shè)需求。由于斜拉橋?qū)Τ蓸蚓€型、拉索位置及索力等也作出了高要求，確保斜拉橋結(jié)構(gòu)是高次超靜定結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固性也有所保障，因此也使得斜拉橋梁逐漸發(fā)展為當(dāng)代最受歡迎的橋型之一[1]。

2 斜拉橋設(shè)計(jì)施工中存在的問題

隨著斜拉橋的優(yōu)勢不斷被彰顯，強(qiáng)跨越能力及材料性能的充分發(fā)揮，都在推動斜拉橋的快速發(fā)展，同時(shí)也在實(shí)際施工建造過程中暴露出了許多問題。首先，在進(jìn)行斜拉橋設(shè)計(jì)時(shí)，既要保障斜拉橋的結(jié)構(gòu)平穩(wěn)牢固，又要滿足其自身與周邊環(huán)境的相對關(guān)系，僅僅依賴傳統(tǒng)的二維圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。其次，在施工過程中，斜拉橋涉及懸臂施工，極易造成斜拉橋的位移，也會影響結(jié)構(gòu)內(nèi)部作用力位置，相對降低橋梁的穩(wěn)固性。最后，斜拉橋的施工難度大，工序復(fù)雜，建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工等多方協(xié)調(diào)配合困難，若無法開展合理高效的施工管理，會給斜拉橋建設(shè)施工埋下安全隱患。合理應(yīng)用BIM技術(shù)就能很好地解決上述問題，有效提高斜拉橋設(shè)計(jì)施工中存在的問題，保障斜拉橋的建設(shè)質(zhì)量安全。

3 BIM技術(shù)及相關(guān)軟件簡介

BIM技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合利用并借助相關(guān)BIM軟件，實(shí)現(xiàn)建筑模型的信息化和數(shù)字化的科學(xué)技術(shù)，其核心內(nèi)容便是三維建模軟件，當(dāng)前較為成熟的BIM技術(shù)軟件有Autodesk公司旗下Revit、Navisworks系列軟件、Bentley公司旗下Power-Civil、Navigator系列軟件和達(dá)索公司旗下的CATIA系列軟件等，能夠有效針對房建、道路橋梁和鋼結(jié)構(gòu)建立三維立體模型。BIM技術(shù)不僅能將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維立體模型，還能為設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營管理等提供有效指導(dǎo)，是全面提升建筑行業(yè)水平的重要技術(shù)手段[2]。

4 BIM技術(shù)在斜拉橋中應(yīng)用的優(yōu)勢

由于斜拉橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨度大，施工環(huán)境苛刻，因此對工程技術(shù)人員來說保障施工安全及施工標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的，對建設(shè)單位進(jìn)行管理也是巨大的挑戰(zhàn)。然而，將BIM技術(shù)應(yīng)用到斜拉橋建設(shè)施工中，能夠?qū)φw項(xiàng)目進(jìn)行三維模型模擬，將施工場地布置情況、施工開展情況以及施工進(jìn)度等進(jìn)行模擬，幫助施工人員更好地了解斜拉橋建設(shè)施工全過程，在保障施工安全和施工標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，加快施工進(jìn)度，切實(shí)提高斜拉橋建設(shè)施工質(zhì)量。近年來，BIM技術(shù)已逐漸應(yīng)用于三維設(shè)計(jì)和圖紙輸出中，這極大提高了設(shè)計(jì)效率，減少了設(shè)計(jì)難度及失誤率，并在一定程度上節(jié)約了人力資源，降低了設(shè)計(jì)成本。

5 大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用方法

BIM技術(shù)在斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅能夠?qū)⑿崩瓨虻男畔⒒Ｐ蛯?dǎo)出變成對應(yīng)的二維施工設(shè)計(jì)圖紙，還可以直接生成三維圖紙，實(shí)現(xiàn)圖紙的自我修復(fù)，將錯誤的地方修正，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，控制施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。另外，BIM技術(shù)在斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還能對以往不合理設(shè)計(jì)方法造成的原材料浪費(fèi)問題進(jìn)行改善，切實(shí)提高原材料的利用率，降低大跨度斜拉橋的施工成本。因此，相關(guān)人員應(yīng)不斷改善和優(yōu)化大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，提高其應(yīng)用效果，保障大跨度斜拉橋的建設(shè)質(zhì)量。

5.1 合理選擇技術(shù)軟件

當(dāng)前市場上較成熟的BIM技術(shù)軟件有很多，其中Autodesk公司旗下的Revit系列軟件以及Bentley公司旗下的PowerCivil、Navigator系列軟件應(yīng)用較為廣泛，兩者各具優(yōu)勢。前者具有獨(dú)立的應(yīng)用平臺，操作便捷性高，但由第三方創(chuàng)建的文件形式無法實(shí)現(xiàn)與其他平臺的交互，不能滿足模型轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)需求，存在一定弊端；后者雖然功能強(qiáng)大且設(shè)計(jì)范圍也廣，但因?yàn)椴僮餍蕴珡?qiáng)，所以對軟件使用不熟練的人員來說不太友好。由此可見，軟件優(yōu)劣各半，設(shè)計(jì)人員對Bentley公司旗下的Power-Civil、Navigator系列軟件掌握不熟練時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用Revit系列軟件，保障設(shè)計(jì)工作的正常開展[3]。

5.2 優(yōu)化全橋模型建立方法

在選用合適的BIM技術(shù)軟件之后，需要進(jìn)行大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)建模。首先，設(shè)計(jì)人員需要將斜拉橋相關(guān)部件構(gòu)件的族庫建立完成，并歸納于結(jié)構(gòu)項(xiàng)目樣板文件中，再不斷進(jìn)行位置調(diào)整，保證模型變化的真實(shí)合理。其次，當(dāng)斜拉橋的二維或三維模型建立完成后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)進(jìn)行科學(xué)分析，對大跨度斜拉橋的地質(zhì)地形條件及周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，再將完成的地層、索塔、基礎(chǔ)、主梁以及斜拉索等族庫也歸納于同一項(xiàng)目文件中，保障項(xiàng)目族庫的完整性[4]。完整的項(xiàng)目族庫可以為設(shè)計(jì)人員后期項(xiàng)目族庫的建立提供便捷，并且設(shè)計(jì)人員可以直接進(jìn)行參數(shù)等內(nèi)容的調(diào)整，建立相同的項(xiàng)目族庫也能幫助進(jìn)行施工建造成本控制。同時(shí)，這種共享族庫資源的行為，不僅能夠提高設(shè)計(jì)施工的便捷性，還能為后期橋梁建設(shè)施工提供指導(dǎo)意見，是提高橋梁建設(shè)發(fā)展水平的重要途徑之一，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷進(jìn)行全橋模型建立方法優(yōu)化，為BIM技術(shù)的良好應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，推動橋梁建設(shè)施工可持續(xù)發(fā)展。

5.3 應(yīng)用實(shí)例

文章以三亞海棠灣河心島景觀斜拉橋工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)的情況為例，簡要闡述設(shè)計(jì)過程中BIM技術(shù)發(fā)揮的重要作用。設(shè)計(jì)人員在建立斜拉橋的各部件結(jié)構(gòu)族庫時(shí)，如支撐墩族庫，首先，借助Revit軟件平臺，優(yōu)先建立一個空心截面，并通過適當(dāng)拉伸將其調(diào)整為實(shí)際構(gòu)件高度；然后，再將尺寸、標(biāo)高、材料等墩臺相關(guān)信息輸入到空白截面中，填充墩柱內(nèi)容；最后，再將倒角的細(xì)部結(jié)構(gòu)處理一下，就可以完成支撐墩的族庫模型。以此類推，對于其他構(gòu)件的族庫建立也要按照這樣的順序開展[5]。

當(dāng)然，鋼索塔族庫還要注重分部建模，由于梭子形鋼塔形狀特殊，內(nèi)部空間狹小，背索極不對稱，導(dǎo)致錨固區(qū)構(gòu)造極其復(fù)雜，運(yùn)用BIM建模軟件可創(chuàng)建參數(shù)化錨固區(qū)構(gòu)造模型，參數(shù)化調(diào)節(jié)三維模型，合理布置索塔前錨固構(gòu)造空間位置。通過BIM技術(shù)來創(chuàng)建索塔BIM模型，避免了前索錨筒橫與橫隔板之間的碰撞；解決了塔端后錨箱與塔側(cè)壁板復(fù)雜的連接問題，實(shí)現(xiàn)一次成型，減少設(shè)計(jì)模型的重復(fù)更改。軟件內(nèi)部提供的結(jié)構(gòu)柱樣板文件會攜帶一些初始參數(shù)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際斜拉橋梁參數(shù)調(diào)整變化。由于斜拉橋梁的索塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅要具備美觀度，還要分擔(dān)橋梁承載荷載，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)建模時(shí)，必須控制好索塔錨固端的截面變化以及錨固端模型，確保斜拉索的拉力能均勻傳遞，不會因超出拉索承受范圍而導(dǎo)致拉索出現(xiàn)故障影響橋梁使用性能。

另外，設(shè)計(jì)人員還需要注重在斜拉橋梁的關(guān)鍵位置設(shè)計(jì)錨固端，由于主梁索同一對索的兩個角度不同，加上前錨箱三面塔壁都為曲面，難以通過常規(guī)方式定位，且兩對索之間距離狹小，前錨筒與橫隔板間距很小，導(dǎo)致錨箱各板不規(guī)則。運(yùn)用BIM技術(shù)參數(shù)化定出拉索起點(diǎn)，定出垂度偏移角度。根據(jù)拉索起點(diǎn)，設(shè)計(jì)出受力背板400mm×400mm，并確定支撐加勁板尺寸和錨箱上下受力夾板尺寸。對于特殊錨箱，將橫隔板作為受力夾板承受內(nèi)力。需要在模型內(nèi)詳細(xì)標(biāo)注，尤其是索塔的拉索結(jié)構(gòu)與塔柱相交處等結(jié)構(gòu)連接處，需調(diào)整好錨筒模型，確保錨筒形狀大小，并在軟件內(nèi)標(biāo)注清晰空心功能，保障后期橋梁維護(hù)保養(yǎng)通道，避免維修人員因無作業(yè)平臺而無法開展維修養(yǎng)護(hù)工作，降低橋梁的使用性能和安全度，縮短橋梁使用壽命。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著時(shí)代不斷發(fā)展，各種信息技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，只有良好地掌握并應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)緊跟時(shí)代的發(fā)展，才能幫助企業(yè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，在大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)正是如此。其不僅能有效降低大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)難度，還能降低造價(jià)成本，提高設(shè)計(jì)工作效率。BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅能有效構(gòu)建三維立體圖紙，還能改善二維圖紙無法展現(xiàn)橋梁各部件實(shí)際面貌的問題，為設(shè)計(jì)人員提供真實(shí)構(gòu)件組成情況，幫助設(shè)計(jì)人員更好地完善設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高大跨度斜拉橋梁的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)為后期施工建設(shè)提供參考依據(jù)，幫助有效控制建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量安全，為更好地推動BIM技術(shù)應(yīng)用及建筑行業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。