bim技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

橋梁施工設(shè)計(jì)主要用于橋梁施工中使用的大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)工程中的鉆孔平臺(tái)、壩、拱、主梁施工的框架和支架、主梁的垂直端部結(jié)構(gòu)或懸掛籃。隨著社會(huì)不斷向前快速發(fā)展,橋梁結(jié)構(gòu)形體越來(lái)越新穎、越來(lái)越復(fù)雜,大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)需要與橋梁結(jié)構(gòu)相匹配,設(shè)計(jì)人員需在較短的時(shí)間內(nèi)完成大規(guī)模復(fù)雜臨時(shí)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量設(shè)計(jì),同時(shí)還面臨著橋梁具體施工時(shí)的條件與設(shè)計(jì)時(shí)的有所不同,臨時(shí)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行多次修改,嚴(yán)重制約著橋梁施工設(shè)計(jì)的發(fā)展。BIM(BuildingInformationModle,三維建筑信息模型)技術(shù)的出現(xiàn),將能夠解決目前施工設(shè)計(jì)中所面臨的一些挑戰(zhàn)及困難,為設(shè)計(jì)人員所接受及認(rèn)可。1設(shè)計(jì)技術(shù)和方法1.1維建模存在的問(wèn)題現(xiàn)行CAD技術(shù)包含二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)技術(shù),其中三維技術(shù)中三維建模不可逆,在設(shè)計(jì)過(guò)程中只是起輔助作用,常用的還是二維設(shè)計(jì)技術(shù),主要通過(guò)三視圖(立面圖、平面圖及側(cè)面圖)、剖面圖描述一個(gè)三維結(jié)構(gòu)體。CAD技術(shù)在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的困難有:(1)圖紙信息表述繁冗。二維設(shè)計(jì)方法是把三維的結(jié)構(gòu)體用離散的線條和文字按設(shè)計(jì)在平面表達(dá)出來(lái),具體表述某個(gè)構(gòu)件時(shí),為了更好的描述其空間位置,需要把與之相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件示意出來(lái),并配文字加以說(shuō)明。(2)設(shè)計(jì)過(guò)程中協(xié)同困難。大型復(fù)雜的臨時(shí)結(jié)構(gòu)往往是由多個(gè)設(shè)計(jì)人員共同去完成,若某個(gè)設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中,如果發(fā)現(xiàn)局部不滿足要求,需要改變結(jié)構(gòu)形式,就需要與其他設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通,其他設(shè)計(jì)人員的圖紙很多需要重新繪制,造成工作量加大。如果溝通不及時(shí)或不透徹,就會(huì)出現(xiàn)反反復(fù)復(fù)的修改,易使設(shè)計(jì)人員之間產(chǎn)生一定的矛盾,進(jìn)而影響設(shè)計(jì)整體進(jìn)度。(3)設(shè)計(jì)質(zhì)量難以控制,影響施工。CAD二維設(shè)計(jì)中,對(duì)同一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件,需要使用多個(gè)視圖才能表達(dá),同一個(gè)構(gòu)件需要繪制多次,效率低下。一旦方案發(fā)生變化,許多地方都需要重新繪制,加上時(shí)間緊迫,容易造成有些地方修改不到,施工現(xiàn)場(chǎng)按圖紙加工制造,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際不符,導(dǎo)致工期延誤,增加施工成本。1.2bim技術(shù)特點(diǎn)目前,BIM在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家正在迅速推廣使用,很多國(guó)家都發(fā)布了相應(yīng)的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)BIM的應(yīng)用主要在建筑領(lǐng)域,并已取得一定成效。BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型,BIM是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源,可解決分布式、異構(gòu)過(guò)程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問(wèn)題。一般具有以下特點(diǎn):(1)模型信息的完備性:對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D幾何信息和邏輯關(guān)系的描述,包括構(gòu)件名稱、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料,構(gòu)件之間的工程邏輯關(guān)系等。(2)模型信息的關(guān)聯(lián)性:信息模型中的對(duì)象是可識(shí)別且相互關(guān)聯(lián)的,系統(tǒng)能夠?qū)δＰ偷男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,并生成相應(yīng)的圖表。如果模型中的某個(gè)構(gòu)件發(fā)生變化,與之相關(guān)聯(lián)的所有構(gòu)件都會(huì)隨之更新,以保證模型的邏輯關(guān)系。(3)模型信息的一致性:建筑結(jié)構(gòu)的同一信息無(wú)需重復(fù)輸入,且信息模型能夠自動(dòng)演化,在3D信息模型中進(jìn)行修改,二維工程圖中也隨之修改,只需對(duì)工程圖中的僅有的標(biāo)示進(jìn)行修改,避免了工程圖前后信息不一致的錯(cuò)誤。1.3維協(xié)同設(shè)計(jì)BIM的出現(xiàn),使橋梁施工設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S設(shè)計(jì)。使用基于BIM的軟件系統(tǒng),先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì),然后通過(guò)生成二維的工程圖,再將工程圖交付施工現(xiàn)場(chǎng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以隨時(shí)直觀地看到結(jié)構(gòu)的三維模型,這個(gè)三維模型不同于CAD中的三維模型,它包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件名稱、生成方法、與其他構(gòu)件的邏輯關(guān)系等信息。BIM使設(shè)計(jì)過(guò)程中協(xié)同更簡(jiǎn)便。BIM將整個(gè)設(shè)計(jì)整合到一個(gè)共享的三維信息模型,各個(gè)設(shè)計(jì)人員通過(guò)這個(gè)共享的三維模型進(jìn)行分項(xiàng)設(shè)計(jì),同時(shí)可以通過(guò)這個(gè)三維模型查看到其他設(shè)計(jì)人員的動(dòng)態(tài),隨時(shí)發(fā)現(xiàn)相沖突的地方,并及時(shí)調(diào)整自己的設(shè)計(jì)。修改后的設(shè)計(jì)可以即時(shí)地反饋到其他設(shè)計(jì)人員,將原來(lái)設(shè)計(jì)人員的口頭溝通轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)識(shí)別,極大地提高了設(shè)計(jì)效率,保證了信息傳遞的完整和準(zhǔn)確性。BIM使得設(shè)計(jì)修改更便捷。如果結(jié)構(gòu)體系沒(méi)有發(fā)生原則性的變化,僅為三維模型的局部設(shè)計(jì)修改,則修改后的結(jié)果會(huì)在各個(gè)工程圖中自動(dòng)協(xié)調(diào)更新,并對(duì)工程圖中的標(biāo)示進(jìn)行局部調(diào)整修改,修改出圖效率大大提高。2比較設(shè)計(jì)和建模的應(yīng)用2.1主塔和下橫板形式新白沙沱長(zhǎng)江特大橋是渝黔鐵路的關(guān)鍵控制性工程,全長(zhǎng)5.32km,主橋布置為(81+162+432+162+81)m,是世界上首座雙層六線雙塔雙索面鋼桁梁鐵路斜拉橋。上層四線客車線,下層兩線貨車線,同時(shí)也是世界上延米載荷最大的橋梁,活載達(dá)33.6t/延米,恒載達(dá)99t/延米。主塔為2#、3#主塔,采用H形橋塔,2#塔高175.45m(含塔座),3#塔高192.45m(含塔座),2#塔與3#塔在下橫梁以上高度外輪廓完全一致,下橫梁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。下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),采用雙室空心矩形結(jié)構(gòu),高7.0m,寬10.0m,頂、底板厚0.8m,腹板厚0.7~1.0m,支座處設(shè)有橫隔板,橫隔板厚2.0m。上橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),采用單室空心矩形結(jié)構(gòu),高7.0m,寬7.5m,頂、底板厚0.7m,腹板厚1.0m。2.23下塔柱、下梁端設(shè)計(jì)方案3#基礎(chǔ)位于水中,墩位處部分河床已侵入承臺(tái)范圍內(nèi),因此在基礎(chǔ)施工前需進(jìn)行河床的水下爆破清理。為快速形成鉆孔能力,保證長(zhǎng)江汛期來(lái)臨以后鉆孔的安全性,同時(shí)考慮到主墩距離川黔線白沙沱橋距離較近,故采用先平臺(tái)后圍堰的方案。下塔柱采用翻模施工,中、上塔柱采取液壓爬模施工。下橫梁采用鋼管柱支架法施工,混凝土分兩次澆注,第一次澆筑總高度為4.0m的底板及腹板,第二次澆筑高度3.0m,下橫梁和同一高度范圍內(nèi)的塔柱同時(shí)澆注。上橫梁待與橫梁相交段塔柱爬模施工通過(guò)后,再搭設(shè)支架施工上橫梁,支架采用在塔柱上設(shè)置預(yù)埋牛腿和預(yù)埋件搭設(shè)現(xiàn)澆支架。2.33主框架下梁的設(shè)計(jì)以下擬對(duì)3#主墩下橫梁支架設(shè)計(jì)分別采用CAD設(shè)計(jì)技術(shù)及BIM設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行比較。2.3.1鋼桁架梁的布置準(zhǔn)備工作:繪制主塔結(jié)構(gòu)主要為下橫梁及下塔柱的三視圖,此結(jié)構(gòu)二維電子圖紙可從橋梁設(shè)計(jì)單位得到。支架系統(tǒng)的布置:下橫梁底模布置,可采用整體鋼模和木模,此時(shí)僅需確定模板高度;模板底部分配梁布置,此時(shí)也僅需預(yù)留一定的高度(常用的工字鋼高度);鋼桁梁的布置,主要是根據(jù)下橫梁斷面布置其間距,桁架的結(jié)構(gòu)形式需通過(guò)計(jì)算確定;鋼管立柱系統(tǒng)的布置,與鋼桁梁之間需預(yù)留一定的高度設(shè)置后期支架卸落的裝置,鋼管之間的間距需要與鋼桁梁共同計(jì)算考慮,保證兩者受力滿足要求,同時(shí)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)便合理。3#主墩下橫梁現(xiàn)澆支架總體布置見(jiàn)圖1。下橫梁支架布置出來(lái)后,即可與施工現(xiàn)場(chǎng)交流溝通,確定結(jié)構(gòu)所用鋼材的形式,就可進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可分幾大塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì),主要包括承臺(tái)上設(shè)置的預(yù)埋件、鋼管立柱系統(tǒng)、卸落結(jié)構(gòu)裝置、鋼桁梁、模板系統(tǒng)、邊支點(diǎn)等。各部分設(shè)計(jì)完成后,在總布置圖上將各結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新組拼,進(jìn)一步檢查確定各部分之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題各部分重新修改設(shè)計(jì),重復(fù)上述過(guò)程直至結(jié)構(gòu)完善,最后打印出圖,設(shè)計(jì)任務(wù)完成。2.3.2分配梁的布置準(zhǔn)備工作:根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)圖紙繪制三維BIM模型,由于目前國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)單位無(wú)可直接用于設(shè)計(jì)的三維BIM模型,此工作量較大。支架系統(tǒng)的布置:底模系統(tǒng)的布置,此時(shí)僅需布置模板的中心線或者定位線,同時(shí)定義模板系統(tǒng)與下橫梁底面的邏輯關(guān)系;模板底部分配梁的布置,僅需布置分配梁的中心線,同時(shí)定義分配梁與模板底面、分配梁之間的邏輯關(guān)系;鋼桁梁的布置,需布置鋼桁梁的骨架線,定義其與上面分配梁的邏輯關(guān)系,由于分配梁數(shù)量較多,定義邏輯關(guān)系時(shí)需要一定的技巧,同時(shí)定義多片鋼桁梁間的邏輯關(guān)系;鋼管立柱系統(tǒng)的布置,從上而下定義出各節(jié)段鋼管的軸線,并定義各鋼管與鋼桁梁及承臺(tái)預(yù)埋件間的邏輯關(guān)系。上述過(guò)程中需要對(duì)每根桿件進(jìn)行命名且名稱不能重復(fù)。具體設(shè)計(jì):結(jié)構(gòu)布置完成后,將模型信息進(jìn)行共享,該工程施工設(shè)計(jì)項(xiàng)目其他成員根據(jù)此數(shù)據(jù)信息進(jìn)行各分部的具體設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)過(guò)程中可適時(shí)的保存數(shù)據(jù)信息,其他成員可立即獲得最新修改信息,再對(duì)自己所負(fù)責(zé)的分部進(jìn)行調(diào)整。三維BIM模型設(shè)計(jì)完成后,再對(duì)各部件及零件出工程圖。設(shè)計(jì)任務(wù)完成之前重復(fù)修改設(shè)計(jì)的過(guò)程比較少或者不會(huì)出現(xiàn)。2.3.3繪制零件圖根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)圖紙繪制三維BIM模型,根據(jù)以往類似結(jié)構(gòu)將支架拆分為多個(gè)零件,并繪制成多個(gè)零件圖,同時(shí)對(duì)零件進(jìn)行命名,再對(duì)繪制好的零件進(jìn)行逐個(gè)裝配,裝配的過(guò)程中逐一定義各零件間的邏輯關(guān)系,同時(shí)調(diào)整各零件的定義參數(shù)的具體數(shù)值,使之滿足總體設(shè)計(jì),BIM三維模型設(shè)計(jì)完成后,再對(duì)各部件及零件出工程圖。2.3.4維結(jié)構(gòu)的修改假設(shè)已分別采用CAD技術(shù)及BIM技術(shù)設(shè)計(jì)將下橫梁支架設(shè)計(jì)完成。以下橫梁支架中的鋼管立柱系統(tǒng)需要進(jìn)行修改設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2),分別采用CAD二維和基于BIM的三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)修改比較。由于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(tǒng)細(xì)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的有:立柱A2結(jié)構(gòu)(含底部連接法蘭)、立柱C2結(jié)構(gòu)(含底部連接法蘭)、連接系A(chǔ)1結(jié)構(gòu)、連接系A(chǔ)2結(jié)構(gòu)等(見(jiàn)圖3)。采用CAD二維設(shè)計(jì)時(shí),先在總布置圖進(jìn)行修改,再到各個(gè)具體結(jié)構(gòu)詳圖中修改,涉及到修改地方較多,往往會(huì)出現(xiàn)有些地方已經(jīng)修改,某些局部由于人為疏忽而未修改,造成圖紙前后不對(duì)應(yīng)的情況,這就要求設(shè)計(jì)人員和圖紙審核人員非常認(rèn)真仔細(xì)的核對(duì)。采用基于BIM的三維軟件設(shè)計(jì)時(shí),先在三維模型中進(jìn)行修改,由于構(gòu)件名稱是一一對(duì)應(yīng)的,需要對(duì)桿件重新命名編號(hào),在對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)連接法蘭處理也較困難,由于結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)工程圖中需要重新生成。在三維模型修改時(shí),特別是在細(xì)部結(jié)構(gòu)處理時(shí)所耗時(shí)間精力較多,在材料統(tǒng)計(jì)方面,模型雖然可以自行生產(chǎn),但與傳統(tǒng)表述還有一定的差異,還需進(jìn)一步修改,同時(shí)還需要對(duì)新增的結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行出工程圖。但是如果設(shè)計(jì)方案修改方向相反,即外側(cè)鋼管由傾斜變成直立,采用基于BIM的三維軟件設(shè)計(jì)將會(huì)非常方便快捷。3bim設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用受限通過(guò)與CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的比較,在現(xiàn)階段BIM設(shè)計(jì)技術(shù)還無(wú)法完全取代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)。BIM是一個(gè)全新的理念,涉及到一系列的改革和創(chuàng)新,國(guó)內(nèi)尚無(wú)與之配套的軟件,國(guó)外主流的軟件與國(guó)內(nèi)實(shí)際工程不是很配套,由此造成的工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及CAD二維設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員使用的熱情不高。BIM的三維模型信息多,初次設(shè)計(jì)建模時(shí)所耗時(shí)間精力較多,且不能快速出成果。對(duì)待一些特別復(fù)雜的施工結(jié)構(gòu),采用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì),需要處理大量的邏輯關(guān)系,對(duì)于設(shè)計(jì)員在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法在設(shè)計(jì)過(guò)程中一次理清,同時(shí)由于當(dāng)今工程建設(shè)的工期非常緊迫,設(shè)計(jì)人員假如使用BIM軟件將無(wú)法按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。建立三維模型需要的電腦硬件配置很