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摘要:将福建某跨海大桥作为实际工程背景，基于BIM技术进行参数化设计、碰撞检查、工程量统计校核等研究，推广了BIM在桥梁工程施工前期中的管理应用，以期提高工程建设效率的同时减少建筑资源浪费。
关键词:BIM，桥梁工程，施工管理，优化设计，碰撞检测
1概述
BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)是近年来建筑行业的一门新兴技术。它是以协同交互的方式在工程全生命周期内对建筑信息进行建模、存储、交换和共享的过程［1］，致力于改变传统2D条件下设计、施工等各参与方由于协调不足而形成的“信息孤岛”，避免了后期建设效率低下且返工率高等问题，在控制质量的同时也节约了项目时间与成本，是当下行业研究和应用的热点［2］。住建部在“十三五规划”中明确指出:要“加大信息化推广力度，应用BIM技术的新开工项目数量增加。”因此，如何充分利用BIM技术，将其推广应用至实际工程项目中成为亟待研究的问题。桥梁工程跨度大、结构复杂的特点导致其施工工艺复杂，加之实际建设中管理机制和模式存在问题，往往导致效率不高、资源浪费严重、各项目参与方难以协调等问题，进而给建设各方带来严重的损失。从工程经济的视角，施工前期的阶段是成本控制和质量管理的关键阶段。因此，现今建筑企业能否生存与发展取决于其能否“防微杜渐”———在工程施工前期进行科学有效的管理。目前，BIM技术在桥梁设计和施工方面上取得了初步的研究和应用成果。刘智敏等将BIM技术应用于塞拉利昂公路中某段桥梁的设计阶段，运用工作集和链接管理进行碰撞检查，大大降低了施工过程出错的可能性［3］。林友强等建立的TJADBrIM桥梁信息模型系统实现了桥梁快速建模、结构分析和自动出图等功能［4］。陈竞翔［5］通过建立全桥及周边地形的全方位信息模型，借助施工模拟更好地优化了工序与工期安排。刘占省等基于卡塔尔多哈大桥项目，进行桥梁安装施工、穿筋施工等仿真模拟，从而更好的指导桥梁复杂工艺的施工［6］。本文进一步将BIM技术与桥梁工程施工前期的管理控制方法联合使用，有效地控制施工前期不必要的浪费，达到对施工资源和工期的有效管理。
2施工前期管理应用内容
1)策划阶段。使用BIM技术建立一个3D模型，各参与方根据业主要求对三维模型进行工作协调，最终选定一个满意的方案。2)可行性研究阶段。拟定项目建设方向，基于对土地资源和市场的分析，研究和论证项目周围环境对项目开展的影响。3)设计阶段。a．BIM技术的优化设计。在BIM模型中工程量信息和图纸信息跟模型是连锁关系，发生设计变更后，对其进行修改，信息就会自动更新，节省了大量时间。b．BIM技术的碰撞检查。基于BIM可视化三维平台，整合并检测土建、水电和其他设备安装工程的设计，降低后期变更的概率，由此减少返工导致的资源浪费和进度问题。
3基于BIM技术的桥梁工程施工前期管理应用
福建某跨海大桥是漳州沿海大道(纵一线)及连接线工程中关键性的控制节点。该桥全长3564．5m(含桥台长度):主桥采用连续梁，跨径组合为(83+150+83)m;北、南引桥均采用先简支后连续预应力混凝土预制T梁。本文将“A1标段”即北引桥、主桥(含26号过渡墩)作为实际工程背景。
3．1福建某跨海大桥BIM模型创建
桥梁BIM模型作为整个项目的信息载体，构件精细化程度高、模型尺寸准确是项目能够顺利开展的保证。本文采用AU-TODESK旗下的REVIT软件进行福建某跨海大桥BIM模型创建。1)创建桥梁构件族。因为REVIT软件没有预定好的桥梁构件族，所以使用其中的通用族完成桥梁构件模型的创建。以预制T梁族绘制为例，构件族的创建过程如下:a．使用“公制结构框架—梁和支撑族”绘制预制T梁，先绘制放样路径，再绘制放样的轮廓，得到T梁中段部分。b．打立面图＞＞前视图＞＞选择放样融合绘制T梁变化段，在T梁中段的端点向另外一侧绘制放样路径，再在路径的两端绘制融合轮廓，得到T梁变化段。c．用放样方法绘制T梁端头、横隔板，用拉伸方法绘制齿块得到预制T梁的完整模型。使用“公制结构框架—梁和支撑族”绘制预制T梁族的好处优点在于:福建某跨海大桥最大纵坡2．2%，桥面横坡为双向2．5%，同时第一跨至第十跨的梁段位于圆曲线及缓和曲线上，该族类型包含的特性参数能使模型在三维空间定位更加准确并且使模型尺寸更加精确。创建桥梁构件族是项目开展的基础，更多桥梁构件族创建在此不一一赘述。2)模型整合。使用REVIT中的“导入CAD”功能绘制桩基定位轴线，添加桩基、钢护筒等桥梁构件族，调整各个族标高;然后依次放置系梁族等族至相应位置;随后绘制主桥部分;最后进行路面铺装及附属设施的绘制。
3．2设计变更管理
通过现场实地测量发现个别墩位河床标高在0．5m～1．5m之间，高于系梁底标高且岩石裸露，施工时需要强行开挖，为减少系梁对原河床的开挖破坏造成水质污染，决定适当抬高其标高，并将柱底系梁变更为桩顶系梁。出现设计变更后，基于BIM技术参数连锁性的特点，只需要更新BIM模型中的相关参数，相应的工程量信息和图纸信息就能自动修正，从而避免传统设计中因此而造成的图纸大规模修正的麻烦，节约了时间和成本。
3．3工程量统计与校核
作为桥梁施工管理的关键点之一，构件工程量统计与校核对桥梁成本管理具有重要意义。使用BIM软件进行工程量的计算优点在于:计算能力强，相比CAD等传统工具，BIM模型能快速提取任意复杂几何形体的相应数据;计算质量好，能绘制曲面或复杂的几何模型，模型数据精度高，大大提高了后期估算工程造价的准确性;计算效率高，可自动导出所需工程量信息，信息会随着参数的修正而自动更改，使得模型深化、造价估算更为快捷。福建某跨海大桥项目共创建22种桥梁构件族，60种族类型，绘制1667个族实例。使用BIM计算的工程混凝土量合计12901．58m3，而传统设计方法相应的统计量为13040．1m3。其中桩基础的体积差为1755．52m3，对工程预算的影响较大，由此对桩基础部分工程量进行验算。部分差异较大的计算过程如表1所示，根据对比可得出结论，使用BIM技术导出构件体积进行计算的结果是准确的。
3．4碰撞检查
基于工程项目管理视角，BIM技术在整合协调土建和其他安装工程发挥着极其重要的作用:一方面BIM建立的模型信息可以作为设计单位评判设计方案是否合理的一个考查过程，通过NA-VISWORKS软件的碰撞检查找出传统二维设计中难以发现的结构设施交叉问题，达到对工程质量的控制。另一方面，工程设计经过方案优化后实现零碰撞的要求，就能预先排除许多冲突从而减少后期设计变更所导致的成本增加和工期延长，进而实现成本和进度管理的目标。
4结语
本文以福建某跨海大桥为实际工程背景，依托BIM技术从三个方面对桥梁工程施工前期进行管理:首先使用REVIT软件创建桥梁构件族库绘制桥梁BIM模型，参数化建模提高了效率，节约了成本和时间;其次通过导出桥梁构件明细表，对工程量进行准确计算，避免了传统方法估算不准确而造成的建筑资源浪费;最后利用NAVISWORKS软件进行多种碰撞检查，能极大程度减少因各专业设计方协调沟通不足引起的设计变更，间接地有利于工程成本控制。
作者:黄慧敏 陈宝健 范冰辉 刘益宝 单位:福州大学土木工程学院 福建船政交通职业学院管理工程系
