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［摘要］就BIM技術(shù)而言，其主要包含了建筑工程設(shè)計(jì)、施工、安裝、運(yùn)營，及整個(gè)生命周期中和服務(wù)項(xiàng)目有關(guān)的大量信息。通過構(gòu)建BIM模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)，不僅對提升生產(chǎn)能力起到很大作用，且還具有很多優(yōu)點(diǎn)，如能有效確保生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)省成本、減短工期等。以橋梁工程為背景，介紹了BIM和橋梁工程，分析了橋梁BIM模型的構(gòu)建方法，進(jìn)而討論了橋梁工程施工階段模型的三維基本思想，分析了建模過程中的關(guān)鍵和難點(diǎn)問題，并對此提出了有效解決方案。通過BIM三維建模，使項(xiàng)目人員更清晰地掌握施工中的具體情況，同時(shí)BIM模型的建立還將直接滿足施工管理的需要。

［關(guān)鍵詞］建筑信息模型；橋梁工程；建模

建筑信息模型（BIM）作為一種創(chuàng)新的工具和生產(chǎn)方法，不僅被定位為包括建設(shè)項(xiàng)目和三維數(shù)據(jù)模型在內(nèi)的相關(guān)信息，而且是對建筑結(jié)構(gòu)全生命周期的綜合管理與協(xié)同工作，同時(shí)也是一種構(gòu)造的物理特征和功能特征及數(shù)字軸承與視覺表達(dá)。隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目的發(fā)展不斷加速，人們對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、安全、施工效率和橋梁質(zhì)量、預(yù)期壽命和景觀效果的要求逐漸提高。而只依賴于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法與施工方法，已無法充分滿足當(dāng)前橋梁高標(biāo)準(zhǔn)的要求和期望，因此對于信息技術(shù)的應(yīng)用已變得越來越迫切和必要。

1BIM與橋梁工程

橋梁作為交通系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)工程，不但是決定著民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也將對區(qū)域的發(fā)展建設(shè)和國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極大影響，同時(shí)，時(shí)代的快速發(fā)展也對橋梁的跨度、強(qiáng)度和質(zhì)量提出了更高的要求。如何應(yīng)對復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)、各種異形構(gòu)件、多變的施工環(huán)境和較高的施工要求，已成為現(xiàn)代橋梁工程所面對的重大挑戰(zhàn)。因此，BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用具有很高的經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)實(shí)意義。1.1橋梁工程設(shè)計(jì)與施工的特點(diǎn)。橋梁是建筑工程領(lǐng)域的一種特殊建筑，其包含不同的類型和結(jié)構(gòu)形式，及復(fù)雜多變的施工環(huán)境。這些因素對橋梁的設(shè)計(jì)和施工造成了很大的困難，需要較高的技術(shù)水平以保證橋梁的安全和耐久性。這主要反映在以下幾點(diǎn)。（1）規(guī)劃階段，橋梁建設(shè)應(yīng)從促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的角度出發(fā)，緊密結(jié)合路網(wǎng)規(guī)劃，充分考慮工程建設(shè)的可行性和施工環(huán)境等因素。（2）設(shè)計(jì)階段，橋梁結(jié)構(gòu)在形式上不但比普通建筑結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，還須考慮不同荷載的影響，并保持一定的跨度能力。此外，因?yàn)楫愋螛?gòu)件在橋梁工程中的運(yùn)用過多，只有反復(fù)驗(yàn)算確定，構(gòu)件的尺寸和配筋才能有效避免任何疏忽造成的橋梁事故的發(fā)生。（3）施工階段，橋梁施工過程中會遇到很多問題，如部分橋梁預(yù)制構(gòu)件使用數(shù)量較大，需提前規(guī)劃選擇預(yù)制場地，滿足施工需要；一般情況下橋梁體積較大，需根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇合適的施工工藝；橋梁施工過程涉及設(shè)備種類繁多，施工周期長，對技術(shù)、質(zhì)量、安全等要求較高。1.2BIM在橋梁工程中各階段的應(yīng)用優(yōu)勢。（1）設(shè)計(jì)階段，構(gòu)建橋梁工程BIM模型，能使相關(guān)專業(yè)基于同一設(shè)計(jì)平臺進(jìn)行橋梁工程協(xié)同設(shè)計(jì)，當(dāng)模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一發(fā)生變化時(shí)，可與其他專業(yè)進(jìn)行動態(tài)通信，大幅提高了設(shè)計(jì)效率，降低了信息傳遞過程中的錯(cuò)誤率，降低了設(shè)計(jì)成本。（2）施工階段，賦予BIM模型時(shí)間屬性，可將模型維度從3D增加到4D，能夠在BIM模型中對橋梁工程進(jìn)行直觀的模擬施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工中可能存在的各種問題，并通過在同一平臺和設(shè)計(jì)師進(jìn)行互動交流，既有利于增強(qiáng)施工效率，同時(shí)也有利于縮短工期。（3）運(yùn)營維護(hù)階段，如發(fā)現(xiàn)橋梁某一部位存在問題，可在竣工交付BIM模型中查看相關(guān)部位的具體信息，既有助于快速診斷和及時(shí)維修，也將有效保證橋梁安全持久的應(yīng)用。1.3BIM建模的關(guān)鍵技術(shù)。1.3.1確保BIM模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)。為使BIM模型準(zhǔn)確，需確定三維幾何模型建模的準(zhǔn)確性和非幾何信息的證據(jù)。為此，在建模過程中需要解決3個(gè)關(guān)鍵問題。（1）保證建模基礎(chǔ)的可靠性。在構(gòu)建BIM模型時(shí)，應(yīng)按以下資料進(jìn)行：設(shè)計(jì)院提供的審核通過并蓋章的設(shè)計(jì)圖紙，大多數(shù)模型信息均是源自于設(shè)計(jì)圖紙；國家標(biāo)準(zhǔn)收集的設(shè)計(jì)圖紙，包括設(shè)計(jì)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)圖集等；建設(shè)過程中設(shè)計(jì)院正式發(fā)出的設(shè)計(jì)變更和施工現(xiàn)場的正式整改文件資料。施工工藝設(shè)計(jì)院出具的設(shè)計(jì)變更和施工現(xiàn)場的正式整改文件。（2）按實(shí)際需求確定模型精細(xì)程度。1）根據(jù)各階段BIM技術(shù)的應(yīng)用要求，確定BIM模型的細(xì)度。在不同實(shí)施階段，BIM模型的精細(xì)程度也不同，例如，在設(shè)計(jì)階段，要求BIM模型須具有三維幾何信息，這是由于設(shè)計(jì)階段的作用是調(diào)節(jié)各專業(yè)圖紙和空間管理及協(xié)同優(yōu)化。在施工階段，須基于三維幾何信息輸入大量非幾何信息，如材料信息、進(jìn)度信息、成本造價(jià)信息等。2）BIM模型的精細(xì)程度由現(xiàn)階段可提供的信息深度所決定。例如，在施工圖設(shè)計(jì)階段，風(fēng)機(jī)盤管的安裝位置和照明燈的安裝位置無法準(zhǔn)確地確定。這是因?yàn)檫@些工作是在精裝階段由裝修專業(yè)分包確定吊頂布置方案才能確定。因此，在施工圖設(shè)計(jì)階段，在吊頂內(nèi)布置風(fēng)機(jī)盤管及照明燈具只能作為參考，而此時(shí)選擇應(yīng)用BIM模型確定天花板的布置是不切實(shí)際的。3）確保BIM模型非幾何信息的準(zhǔn)確性。BIM模型具有廣泛的非幾何信息來源，其中包含有設(shè)計(jì)圖紙。在設(shè)計(jì)圖紙中的施工說明中定義了水管的材料信息、管件的形式等，供應(yīng)商主要提供設(shè)備設(shè)施的材質(zhì)說明、材質(zhì)信息、運(yùn)行參數(shù)等信息，而所需的進(jìn)度、運(yùn)輸、現(xiàn)場驗(yàn)收等信息均發(fā)生在項(xiàng)目運(yùn)行中，故而項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行時(shí)要做好實(shí)時(shí)記錄。由此可見，對非幾何信息的管理及整理須及時(shí)收集，并準(zhǔn)確錄入BIM模型中，實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。1.3.2橋梁BIM模型的構(gòu)建方法。CATIA軟件是DassaultSystèmes的先驅(qū)，也是世界產(chǎn)品設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者。CATIA軟件本身具有很好的優(yōu)勢，如統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理和兼容性、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用接口及創(chuàng)新的解決方案等。而因?yàn)槠渥陨硭鶕碛械呢S富智能知識、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、有限元分析、數(shù)控編程、數(shù)字虛擬樣機(jī)和可廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域的強(qiáng)大功能模塊，所以普遍受到航空、汽車等多個(gè)領(lǐng)域用戶的喜愛。當(dāng)前，對于大部分CAD/CAM軟件來說，自身都有著參數(shù)化建模功能，但也有很多要依靠軟件接口編程才能實(shí)現(xiàn)，所以這就要求研發(fā)人員須具備較高的編程水平；此外，當(dāng)中還有很多是無法通過可視化進(jìn)行操作的，這就要求用戶須熟練掌握軟件及操作過程。而CATIA軟件可讓用戶通過樹的視覺特征，利用各種視覺工具有效地進(jìn)行三維參數(shù)化建模。因此，本文在橋梁工程施工階段的建模實(shí)踐基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了適合橋梁工程的CATIA軟件三維建模方法。

2橋梁工程項(xiàng)目的建模方案

合理的橋梁工程三維模型既是橋梁工程的基礎(chǔ)，也是橋梁工程的前提，若想將其合理應(yīng)用于BIM技術(shù)指導(dǎo)、數(shù)字信息化建設(shè)、建設(shè)計(jì)劃、施工方法與進(jìn)度的優(yōu)化及橋梁施工過程中資源的動態(tài)管理，建立合理橋梁工程三維模型需以下步驟。2.1地形地質(zhì)建模。地形地質(zhì)模型是以地形點(diǎn)云為基礎(chǔ)，通過對地形點(diǎn)云的處理和優(yōu)化，生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后再處理三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其形成地形實(shí)體模型。在獲得地形實(shí)體模型后，不同角度之間的切換可清楚地顯示地面波動，而這時(shí)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)AutoCAD信息數(shù)據(jù)和CATIA數(shù)據(jù)的交換。為有效解決這一問題，本項(xiàng)目開發(fā)了CATIA軟件數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件，實(shí)現(xiàn)AutoCAD和CATIA數(shù)據(jù)交換。三維地形地質(zhì)模型除了能適用于BIM應(yīng)用的后期，也能有效滿足獲取地質(zhì)開挖面、切割地質(zhì)開挖體、計(jì)算開挖和開挖邊數(shù)據(jù)的需求，同時(shí)也能滿足切割地質(zhì)剖面縱橫部分需求。2.2橋梁模型的總體設(shè)計(jì)。CATIA不但具備系統(tǒng)定義的參數(shù)，同時(shí)還擁有用戶定義的參數(shù)。設(shè)計(jì)者可經(jīng)過不同方式很容易地自定義各種參數(shù)和公式，如負(fù)載、約束等，或者用戶定義的參數(shù)和公式。其中，就用戶定義公式而言，其是在聯(lián)系系統(tǒng)參數(shù)與CATIA中用戶參數(shù)之間建立的。在定義用戶參數(shù)后，設(shè)計(jì)人員可對相應(yīng)的特征參數(shù)設(shè)置相應(yīng)公式的三維模型，這樣有助于通過用戶參數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而控制圖的實(shí)際大小。通過該方案，利用CAD軟件很容易解決橋梁設(shè)計(jì)中難以搭建斜交30°T梁的問題。為確定模型建模的正確基礎(chǔ)，須通過真實(shí)的橋梁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確對接坐標(biāo)，以保證模型信息和施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，也可利用CAD軟件的三維曲面建模功能，實(shí)現(xiàn)曲線外緣的邊緣梁寬度隨邊緣線的變化而變化?？梢姲瓷鲜鲈O(shè)計(jì)原則而進(jìn)行的模型搭建，不僅能提升模型的精準(zhǔn)度，也能使用戶通過直接查詢模型坐標(biāo)來指導(dǎo)施工。2.3組件設(shè)計(jì)。橋梁工程中的主要構(gòu)件一般包括主梁、連接構(gòu)件、支撐、基礎(chǔ)、連接節(jié)點(diǎn)、橋面板及輔助設(shè)備等。在BIM建模之前，橋梁的主要結(jié)構(gòu)需要與橋梁施工方法相結(jié)合，橋梁的主要組成部分都要根據(jù)設(shè)計(jì)組件的圖紙進(jìn)行建模。雖然CATIA軟件具有裝配功能，但用現(xiàn)有的裝配功能定位橋梁構(gòu)件之間的相對位置關(guān)系是非常不方便的。為定位橋梁構(gòu)件之間的相對位置關(guān)系，首先需確定橋梁線路和空間控制點(diǎn)的控制信息，其次利用參考信息進(jìn)行建模，最后直接將整個(gè)結(jié)構(gòu)組合起來。在深入熟悉設(shè)計(jì)圖紙后，強(qiáng)調(diào)了簡單支撐T梁結(jié)構(gòu)的建模。在橋梁工程中超級復(fù)制品的高效快速建模過程中，大多數(shù)構(gòu)件是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。因此，在特定橋梁工程中，通常存在較大的差異，也有一定的子元素變化?？梢娫诮ｍ?xiàng)目中，通過對組件相似結(jié)構(gòu)特征的分析，將部件預(yù)先嵌入這些組件中，然后通過提取相關(guān)的裝配信息，在裝配過程中使用相同類型的組件時(shí)，就能利用創(chuàng)建模板進(jìn)行超級復(fù)制，并選擇instantiation命令創(chuàng)建相同類型的其他組件，以實(shí)現(xiàn)裝配關(guān)系的雙重定義，從而既保證了建模精準(zhǔn)度，也進(jìn)一步提高了建模效率。

3結(jié)束語

本文通過基于CATIA軟件構(gòu)建三維模型的總體思路的重點(diǎn)研究，探索了CATIA軟件中知識工程模塊中可應(yīng)用的可視化工具和方法。其中，劃分和建立BIM的構(gòu)件方法不僅決定了其便利性，同時(shí)也決定了項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這就要求所建模型除了要與后續(xù)施工階段進(jìn)度保持一致外，還需對質(zhì)量和安全問題給予準(zhǔn)確跟蹤。而只有根據(jù)施工過程建立合理的模型，才能更合理地跟蹤和準(zhǔn)確地監(jiān)測施工階段的后續(xù)進(jìn)度及質(zhì)量和安全問題，因此，通過正確建模方法，結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行建模，這對于BIM的實(shí)際應(yīng)用和拓展研發(fā)都具有重要意義。

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作者:李增江 單位:濰坊市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司