BIM技術(shù)的概念和特征相關理論基礎概述目錄TOC\o"1-3"\h\u16648BIM技術(shù)的概念和特征相關理論基礎概述 1132591.1BIM概述 138721.1.1BIM的基本概念 130601.1.2BIM的特征 2112441.1.3BIM的發(fā)展模式 4327291.2BIM軟件的介紹 5171601.1.1BIM軟件分類 5279811.1.2BIM核心建模軟件 7166281.1.3BIM軟件選擇 912251.3BIM技術(shù)在橋梁工程中應用框架 1067521.3.1BIM技術(shù)在橋梁工程規(guī)劃與決策階段的應用 1176891.3.2BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的應用 13201501.3.3BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應用 16120081.3.4BIM技術(shù)在橋梁工程運維階段的應用 201.1BIM概述建筑信息模型（BuildingInformationModeling,簡稱BIM）是基于數(shù)字模型來對工程項目建設進行設計、施工以及運營的過程。該數(shù)字模型是綜合了項目工程中所運用到的幾何、物理、功能以及性能信息完成搭建。BIM在運用上可以實現(xiàn)在項目的每個階段不同項目的參與方通過模型進行信息的交流，從而達到協(xié)同工作的目的。BIM在技術(shù)的優(yōu)勢上是可以進行專業(yè)的分析與計算，通過模擬實現(xiàn)對項目中不必要問題的避免，達到項目的高質(zhì)量完成。BIM技術(shù)及其應用是國際上一個突出的新的學術(shù)領域，近年來，隨著IT行業(yè)軟硬件水平的快速提高，BIM技術(shù)逐漸吸引了人們的眼球。BIM在建筑項目管理中的海外應用比在我國更為普遍和成熟。1.1.1BIM的基本概念BIM在定義上有多種不同角度的解讀，在學者們對BIM的定義上主要把握了三個方面：其一就是BIM屬于一種應用軟件；其二就是BIM是工程項目中進行信息構(gòu)建、實現(xiàn)數(shù)字模型的過程；其三就是BIM是基于建筑項目參與方進行系統(tǒng)地交流與管理的模式，從而發(fā)揮各自的積極作用。McGraw-Hill在2009年對BIM進行了自己的定義，以“TheBusinessValueofBIM”(BIM的商業(yè)價值)中進行了市場的調(diào)查得出：“BIM是在建筑項目中通過數(shù)學模型完成對項目的工程設計、施工以及運營”。相較于這種定義，美國國家在BIM的定義上有更具系統(tǒng)權(quán)威的定義：“BIM在表達形式上是對工程建筑項目進行物理和功能的闡釋；BIM可以實現(xiàn)建筑工程資源得到共享，并通過共享為了解工程施工項目的生命周期，從概念到拆除的全過程提供決策、可靠性依據(jù)。建筑工程項目的利益相關者可以在不同的項目階段通過BIM中提取、修改以及完善信息，通過這種方式更好地協(xié)同完成職責作業(yè)。鑒于BIM的運用需要依托3D（三維）模型軟件，因此在BIM的性質(zhì)分類上被很多用戶鑒定為應用軟件。對于建筑師來說BIM軟件的運用為建筑項目中復雜建筑形式的表達提供了便捷、可靠的表達方式。通過建模過程，BIM軟件還可以記錄諸如大小，材料和建筑物數(shù)量之類的信息。BIM在項目生命周期的一個階段中的應用并且不能完全反映BIM的價值，BIM的價值體現(xiàn)在整個項目生命周期中BIM的應用以及合作中與使用傳統(tǒng)方法相比，所有參與者（所有者，設計師，建筑單位和供應商）之間的準確性和效率更高，因此它不僅僅是軟件，也不是單獨應用在項目的給定階段，而且應用在項目的整個生命周期的實踐中。綜合上述國內(nèi)外學者和專家對BIM的定義，本文在研究上認為BIM技術(shù)的實質(zhì)是使用計算機開發(fā)建筑項目的三維模型，并通過數(shù)字信息技術(shù)為該模型增加了詳細而真實的技術(shù)信息，即建筑工程信息數(shù)據(jù)庫的最終形成。該信息不僅包括描述主要要素的幾何，物理，專業(yè)屬性和條件信息等等這些建筑項目的信息，而且還包括非成分對象的信息，例如空間，時間，運動行為等。與成分或非成分有關的信息也作為一部分保持空間和邏輯關系建筑物的組成部分，并形成完整的分層信息系統(tǒng)。不僅可以用于設計階段，還可以用于施工階段和運營管理階段，包括工程計劃，工作量統(tǒng)計，成本計算和工程模擬。通過管理與建筑生命周期有關的所有信息，在整個建筑行業(yè)中發(fā)揮作用。1.1.2BIM的特征BIM主要適用于建設項目，其特征還反映了建設項目管理的基本理念和方法，包括完整的生命周期管理和總體項目管理。建設項目的整個生命周期涉及項目的控制和管理，包括規(guī)劃和設計階段，招標階段和運營維護階段。它是建設項目管理的中心思想，可以幫助管理人員實現(xiàn)整體項目目標和實現(xiàn)價值，綜合項目管理方法是一種用于協(xié)調(diào)參與者之間的關系和利益的管理，以優(yōu)化項目目標實現(xiàn)的綜合機制。BIM也是一個演進過程。BIM技術(shù)在建筑工程中的應用不是立竿見影的成功，但卻是一個復雜且不斷發(fā)展的過程。本節(jié)根據(jù)項目的生命周期，參與者和應用深度來分析BIM的特征。1）BIM在項目生命周期中的應用BIM的應用跨越了項目的整個生命周期。一般建設周期比較長，項目的內(nèi)容和優(yōu)先級因時期而異。不同的建設項目根據(jù)其特點而有所不同，但是，項目生命周期通常分為計劃和規(guī)劃，設計和建設，運營和維護，拆除等階段。在計劃和規(guī)劃階段，所有者在決定是開始還是重建項目時必須考慮到相關因素，例如現(xiàn)有設施和地理位置。所有者不是單一的，可能有多個所有者。下一個設計階段是前一階段需求的表達，現(xiàn)階段的信息非常豐富。這些信息的交流決定了項目的最終效率和質(zhì)量。施工階段包括將前一階段的信息轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的目標。設計階段的設計錯誤很容易導致時間超支，預算超支等；項目生命周期的最長階段應該是項目的執(zhí)行和維護階段，包括租賃，維護和設備現(xiàn)代化完善等。在上述中所闡述的項目階段，雖然不同階段的任務和內(nèi)容存在著不同，但在表達的主體形式上都是基于文本并結(jié)合圖紙進行融合。但是，在建筑中需要注意的點比較多，僅僅依靠文本和圖紙無法直觀地進行建筑的多維度呈現(xiàn)。BIM技術(shù)的運用極大地整合了建筑中的信息，并能全程地運用到建筑的從施工到完工階段，并通過構(gòu)建三維展示模型提供直觀的了解，提高工程效率。2）BIM由項目雇用的所有代理商組成BIM的運用可以為不同階段的參與方帶來直接或間接的利益。A）業(yè)主可以使用BIM獲取完整的資產(chǎn)信息，以確保項目按時完成并確保足夠的保證；B）直接從模型中獲得良好的視覺體驗，建筑工程師和承包商可以使用BIM存儲信息，例如分類，數(shù)量，材料，施工要求并易于管理；C）成本預算可以使用BIM的智能工作清單來有效控制成本；D）預制可以使用模型執(zhí)行數(shù)字操作并簡化制造過程。不管項目參與者當前使用BIM以及它可能給項目參與者帶來什么好處，BIM的信息存儲和動員功能都可以為項目參與者服務，并讓他們協(xié)同工作。3）BIM的應用是分層的美國國家NBIMS已實施了可以量化的BIM評估系統(tǒng)。確定BIM在項目生命周期中交換和使用信息的能力，并選擇了11個要素作為評估能力成熟度的指標：數(shù)據(jù)豐富，生命周期，變更管理，角色或?qū)I(yè)，業(yè)務流程，提交方法，及時性響應，圖形信息，空間功能，信息的準確性和對IFC互操作性的支持。每個評分指標的應用程序級別不同來表示成熟度不等，共有10個級別，例如，生命周期應用程序成熟度級別1到10為：無計劃以及項目階段的全面設計-施工/供應連接（包括工程供應和預制件）-增加有限數(shù)量的操作和維護（包括操作和維護）-完整的財務安裝生命周期集成-支持外部系統(tǒng)。因此，BIM技術(shù)的應用是一環(huán)扣一環(huán)，不斷漸進的過程，由于建設項目本身是一個很大的整體，因此市場上獨有的BIM軟件不足以覆蓋項目的所有主要階段。BIM技術(shù)的應用不僅是BIM軟件的應用，而且是BIM工具與項目操作方法的集成，從而可以有效地執(zhí)行項目。因此，這是一個允許放棄舊的工作方法而采用新的工作方法的過程，目前，BIM技術(shù)主要應用于建設項目的各個階段。在設計階段使用BIM軟件可以更全面，更具體，而在建設階段使用BIM軟件將可以管理項目的成本和進度。BIM軟件和標準數(shù)據(jù)接口，BIM技術(shù)的應用可以涵蓋建筑工程設計和施工的各個階段，例如上海鐵塔項目應用BIM技術(shù)在設計和施工階段，應用BIM技術(shù)的最終目標是實現(xiàn)項目的整個生命周期得到應用。1.1.3BIM的發(fā)展模式在BIM的發(fā)展歷程上，主要包含設計驅(qū)動模式、承包商驅(qū)動模式和建設單位驅(qū)動模式這三種模式。三維技術(shù)在建筑工程項目設計中有著不可或缺的作用，可以通過三維展示表達出設計方案，讓設計方案得到完美地呈現(xiàn)，因此BIM的運用是大勢所趨。這是設計驅(qū)動下帶動了BIM的發(fā)展，但在設計方案的表達和呈現(xiàn)功能展示后，建設單位對方案許可后，三維模型的運用一般不會應用到后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析和施工中，因此設計單位在BIM運用上只進行了方案上的需求，也帶動了BIM的發(fā)展，但在BIM的運用上無法運用到工程項目的完整生命周期中，也沒有最大化BIM的價值。承包商主要使用BIM技術(shù)來幫助進行工作管理，鑒于BIM軟件在工作管理中存在許多缺陷，而且大多數(shù)承包商都不熟悉技術(shù)應用程序，因此BIM主要用于模擬施工程序和促進招標。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，承包商還試圖將技術(shù)集成到工作管理和成本管理中，但是目前還沒有沒有對建筑單位的強制性要求，承包商沒有足夠的動力去來使用BIM。建設施工單位的工作跨越了整個項目生命周期，施工單位模型促進了BIM的發(fā)展。施工單位從施工階段就開始使用BIM技術(shù)。可以將BIM擴展到招標，施工，資產(chǎn)管理等領域，但是，沒有任何實例可以成功地使用BIM來管理整個施工周期。除上述發(fā)展模式外，政府在BIM發(fā)展中的作用不容忽視，應認真對待政府主導的模式。作為管理者，地方政府部門需要管理建設項目的開發(fā)，安全，檔案等方面，政府部門也需要在法律方面提供某些指導，例如知識產(chǎn)權(quán)。BIM在發(fā)達國家和地區(qū)迅速發(fā)展，其應用標準和準則層出不窮。其中，我國香港和韓國的BIM應用指南由政府部門發(fā)布。香港房屋署不遺余力地推廣BIM的應用。自2006年以來，BIM已被試用用于公共房屋建設。招標文件中明確要求BIM提交文件，并截止到現(xiàn)階段BIM技術(shù)已經(jīng)在香港實施所有公共住房建設中得到應用。從這個角度來看，政府部門可以為促進BIM做出一定的貢獻，與此同時，他們也可以使用BIM達到對建筑工程項目的管理，達到強化監(jiān)督的作用。1.2BIM軟件的介紹1.1.1BIM軟件分類基于上述的分析，我們可以知道BIM的概念和特征，在實際的運用中BIM屬于軟硬結(jié)合形成的技術(shù)。其中BIM技術(shù)的運用是需要多方面軟件結(jié)合運用形成，因為建筑工程項目涉及的內(nèi)容方方面面，因此在軟件功能上需要融合各方面的功能。傳統(tǒng)中運用主要多的是CAD軟件，但CAD軟件現(xiàn)階段運用的方面有一定的局限性。因此BIM軟件的普及，其重要的特色在于運用的技術(shù)是多樣性的。結(jié)合現(xiàn)階段BIM軟件開發(fā)商的開發(fā)軟件分類來看，BIM軟件的數(shù)量運用在不斷增長，主要的軟件分類有如下表1.1所述的，圖1.1展示了BIM的運用分類。表1.1主要的BIM軟件分類Table1.1MajorBIMsoftwareclassification類別軟件BIM核心建模軟件Revit系列軟件、Bentley系列軟件、SolidWorks,CATIA等可視化軟件Lumion,Fuzor,3DMAX、Lightscape等碰撞檢查軟件Navisworks,Projectwise,Navigator等造價管理軟件魯班軟件、廣聯(lián)達軟件、Innovaya等結(jié)構(gòu)分析軟件PKPM,YJK,Robot,STAAD,ETABS等發(fā)布審核軟件DesignReview,Adobe,3DPDF等運營管理軟件ArchiBUS等方案設計軟件Onuma,PlanningSystem,Affinity等幾何造型軟件Sketchup,Rhino,FormZ等機電分析軟件鴻業(yè)、博超、Environment,Designmaster等能耗分析軟件EcotectAnalysia,CFDSimulation,IES、Airpak等深化設計軟件Xsteel等二維繪圖軟件AutoCAD,Microstation等圖1.1主要BIM軟件分類Figure1.1ClassificationofmainBIMsoftware當然，BIM軟件的類型大大超過了圖1.1中所示的類型。通過交互使用各種BIM軟件，每個項目參與者都可以滿足項目的功能需求并推廣應用程序。BIM的概念和實際工程實踐離不開工程軟件的支持，但是目前基本建模軟件和功能軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換非常困難，并且兩者之間的接口非常困難。在項目建設周期的每個階段，都需要將大量復雜的信息匯總在一起，才能得出包含以下內(nèi)容的模型：廣泛的信息庫，但是，當需要特定功能時，將數(shù)據(jù)庫中的單個信息導入到本地即可。并將所有模型信息導入功能軟件是一種資源密集且不切實際的做法，因此應開發(fā)一個BIM信息子模型，以便在功能（機械分析，成本管理，碰撞檢測）的各個階段（計劃，設計，構(gòu)造，操作，維護）集成信息，并在子模型上創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，如圖所示1.2。圖1.2通用模型與子模型Figure1.2Generalmodelandsub-model1.1.2BIM核心建模軟件BIM的價值只能通過BIM模型來實現(xiàn)，因此在所有BIM軟件中，核心BIM建模軟件都是BIM應用程序的核心。目前，世界上主要的BIM軟件開發(fā)商都在開發(fā)自己的BIM軟件并逐漸成為BIM應用程序的完整集合。而我國在對BIM建模軟件上的使用主要從國外進口，如圖1.3所示，是我國主要的BIM建模軟件。圖1.3我國BIM核心建模軟件Figure1.3mycountry'sBIMcoremodelingsoftware基本的BIM建模軟件（圖1.3中常用），介紹如下所示：1）由Autodesk公司開發(fā)的Revit軟件對其AutoCAD進行了補充。與工程師具有很好的兼容性的Revit軟件由工程師實施后逐漸成為國內(nèi)應用最多的軟件。Revit系列基本建模軟件具有最主要的三個要素：建筑、結(jié)構(gòu)、設備，對應于RevitArchitecture,RevitStructure,RevitMEP三款軟件，涵蓋了最廣泛的基礎BIM建模軟件，占據(jù)了大部分市場。這三種建模軟件可滿足不同建筑專業(yè)人士的建模需求。Autodeskrevit2013將所有三種軟件組合在一個軟件中，可以在一個軟件中設計由三個專業(yè)設計師來完成，以使用戶能夠有一個更好的設計協(xié)作平臺。但是revit軟件也存在一些缺點，難以對復雜的曲面進行建模。因此Autodesk開發(fā)出了dyname。彌補了revit在多維復雜空間設計中的不足。2）Bentley公司開發(fā)的三維模型設計軟件有BentleyArchitecture,BentleyStructure,BentleyProjectwise，它是全球第二大地理信息軟件解決方案提供商，主要專注于基礎架構(gòu)領域的應用程序。BentleySoftware具有良好的溝通和協(xié)作平臺，邏輯性強，是非常專業(yè)的設計；此外，Bentley軟件界面操作的復雜性，建模效率低下。該項目的目標嚴重阻礙了在我國的發(fā)展。3）在2007年收購了Graphisoft之后，Nemetschek為Archicad，al1plan和vectorworks開發(fā)了形成一個自有的系統(tǒng)，ArchiCAD作為運用最為久遠的BIM建模軟件，作為最初的BIM軟件在使用上易操作，有著很多直接的對象庫可以運用，因此在運用上可以很快地熟練。但缺點在于該軟件在硬件上要求不高，運用局限于建筑設計，在其他方面上運用工具性不足，在建模上沒有Revit上功能全面，并且在我國運用比較少，因此，對其了解程度不夠。4）Dassault公司所擁有的主要建模軟件有SolidWorks,CATIA，其所擁有的軟件在許多機械設計行業(yè)有著廣泛的運用。CATIA軟件在進行比較復雜的模型構(gòu)建和三維模型空間設計都有著多方面的運用。DigitalProject是在CATIA軟件基礎上形成的二代進階開發(fā)軟件，其功能是在CATIA軟件基礎上進行了增設和優(yōu)化，因此功能比較強大，但操作難度大，需要花費大量時間才可以完成運用，這在實際的建筑行業(yè)運用中無法達到普及的效果。5）Tekla公司針對建筑工程項目中三維結(jié)構(gòu)需要開發(fā)了Xsteel,TeklaBIMsight，Xsteel可以完成對鋼結(jié)構(gòu)設計中的詳細展示，可以實現(xiàn)模型的構(gòu)建，因此有著很好的通用性。TeklaBIMsight在運用上有個獨特之處就是可以將不同專業(yè)模型進行整合統(tǒng)一，從而對建筑設計中人員的協(xié)同作業(yè)提供了可行的平臺。但從整體上看，問題是在運用上成本支出大，操作難度大，專業(yè)的要求性強，在我國的使用中很有局限性?；谏鲜龅木C合分析，每個BIM軟件的運用都有著各自的優(yōu)勢特點和使用局限性，因為在對BIM的建模設計上采用的視角不一樣，因此專業(yè)需求也存在差異。綜合這些因素以及操作的可行性上來看，Autodesk下Revit建模在運用下有著很大的優(yōu)勢，實用性比較高。1.1.3BIM軟件選擇上面介紹了主要的BIM建模軟件，由Autodesk開發(fā)的Revit軟件是當前工作狀態(tài)最合適的建模平臺，因此Revit軟件已被廣泛應用于所有最大的市場份額。使用revit系列核心建模軟件進行橋梁建模具有以下優(yōu)點：1）經(jīng)過國內(nèi)研究人員和BIM員工多年的研究和實際應用，Revit系列在建筑行業(yè)的應用取得了良好的效果，Revit軟件應用中BIM技術(shù)在橋梁中的應用以及revit基本建模軟件的選擇可以基于建筑領域的成功經(jīng)驗和實踐經(jīng)驗。2）Revit軟件符合Autodesk軟件的一致設計：友好的用戶界面，簡單的操作，可訪問性，多軟件界面和高兼容性。AutodeskBIM軟件（例如Navisworks）的運行方式與軟件更新，無需適應新的軟件操作，數(shù)據(jù)傳輸順暢，具有直接轉(zhuǎn)換為.nwc文件格式的功能，無需其他軟件接口。轉(zhuǎn)換沒有錯誤，Revit軟件還可以轉(zhuǎn)換和導出幾種文件數(shù)據(jù)格式（IFC，dwg，gbxml等），從而實現(xiàn)高度數(shù)據(jù)兼容性。3）在Revit下創(chuàng)建一個新項目等效于為該項目創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，例如，創(chuàng)建一個新的橋梁項目等同于創(chuàng)建一個新的橋梁的數(shù)據(jù)庫。橋梁的結(jié)構(gòu)，藍圖和施工計劃等信息存儲在數(shù)據(jù)庫空間中，這些信息仍然是相關的。Revit軟件隨附用于新項目的模板，并可以幫助用戶自己構(gòu)建項目模板。項目模型使新項目變得更加容易，在項目模型中定義了基本項目信息，選擇合適的模型在項目的建模和管理中起著至關重要的作用。4）Revit開放性強，盡管Revit軟件主要專注于建筑工程的開發(fā)，但沒有用于橋接元素的特定模型和庫，必須使用模型來構(gòu)建系統(tǒng)提供的組，這增加了建模工作量，但Revit擁有擴展元素的廣泛在線數(shù)據(jù)庫。Revit橋庫將繼續(xù)增長，并且建模橋它將變得越來越簡單，它還為Revit軟件保留了大量的API應用程序編程接口。用戶可以在二次開發(fā)期間使用API擴展和定義必要的功能或模塊。綜上所述，Revit具有操作簡單，軟件界面多樣，開放性，數(shù)據(jù)輸出格式多樣，組庫在線擴展等優(yōu)點。本文檔選擇使用基本的Revit建模軟件進行橋梁的參數(shù)化建模，以及使用API進行Revit的第二次開發(fā)，以實現(xiàn)橋梁施工仿真。1.3BIM技術(shù)在橋梁工程中應用框架BIM是建筑信息模型，如果BIM技術(shù)在橋梁工程中應用，則BIM可以簡稱為BridgeInformationModeling.BIM的任何縮寫，基本上都是BIM技術(shù).BIM技術(shù)中心是一個信息模型，所以BIM中心是一個橋梁信息模型，隨后BIM技術(shù)的應用決定了前一時期要建造的橋梁的類型。因此，有必要分析橋梁的應用以研究橋梁的建模。當然，不可能將上一時期的所有應用需求整合到初始模型中，本節(jié)主要探究BIM技術(shù)在橋梁工程生命周期不同階段的應用框架和優(yōu)勢，因此，有必要開發(fā)合適的子模型來滿足后續(xù)應用的需求。結(jié)合橋梁工程的特點，將BIM技術(shù)應用于橋梁項目的總體框架是項目的主要生命周期，如圖1.4所示?？偨Y(jié)了BIM技術(shù)在橋梁項目生命周期各個階段中的主要應用要素，從而說明了BIM技術(shù)對于橋梁項目的重要性。如圖1.5所示。圖1.4BIM技術(shù)應用模式Figure1.4BIMtechnologyapplicationmode圖1.5橋梁工程全生命周期工作內(nèi)容Figure1.5Workcontentofthewholelifecycleofbridgeengineering1.3.1BIM技術(shù)在橋梁工程規(guī)劃與決策階段的應用項目建議書和可行性研究的制定一直是橋梁工程規(guī)劃階段的主要任務之一。建立橋梁項目，涉及規(guī)劃研究道路網(wǎng)，項目可行性研究，一般概念研究等是一個綜合了技術(shù)和非技術(shù)要素的復雜過程，該過程如圖1.6所示。在這個階段，考慮因素和領域廣泛，橋梁的建造條件，工程規(guī)模，技術(shù)標準，橋梁的類型，工期，經(jīng)濟指標等?？梢酝ㄟ^比較反復確定，并且當其中一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)生更改時，其他扇區(qū)也應相應更改?？梢韵胂螅鄙俅髷?shù)據(jù)載體溝通的形式導致很多工作重復和效率低下?，F(xiàn)階段BIM技術(shù)可以為行業(yè)提供大數(shù)據(jù)介質(zhì)，溝通平臺和BIM模型，因此沒有沒有數(shù)據(jù)通信和實時更新的障礙，可以有效地整合部門，與傳統(tǒng)的信息表達相比，大型BIM數(shù)據(jù)庫可以為決策者提供更全面，直觀和數(shù)據(jù)豐富的支持使他們能夠做出科學決策。在橋梁項目的規(guī)劃和決策階段應用BIM的框架如圖1.7所示。前期準備項目建議書預期可行性研究報告工程立項可行性研究報告主管部門審批下一階段N前期準備項目建議書預期可行性研究報告工程立項可行性研究報告主管部門審批下一階段NY設計任務書主管部門審批YN圖1.6橋梁工程規(guī)劃與決策階段工作流程Figure1.6Workprocessofbridgeengineeringplanninganddecision-makingstage圖1.7橋梁工程規(guī)劃與決策階段BIM應用框架Figure1.7BIMapplicationframeworkintheplanninganddecision-makingphaseofbridgeengineering1.3.2BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的應用設計階段在橋梁項目的前期構(gòu)想與后期的施工運維都有著不可獲取作用，并且貫穿整個項目的生命周期，并且是將工程概念轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒嶓w的關鍵要素。在橋梁的整個設計階段都應考慮各種因素，決策和設計要基于以往的經(jīng)驗和技能，以及每座橋梁應遵循的標準手冊。項目設計的基礎是下一階段的計劃和基礎，設計階段應反映計劃階段的決策和設計者的意圖，在此階段，橋梁的位置，橋梁結(jié)構(gòu)的形狀，施工進度等在整個項目中都要在一級一級詳細確定。橋梁設計者不僅必須設計橋梁結(jié)構(gòu)，還設計“建筑”橋的形狀，橋梁的設計通常分為三個階段：初始設計階段，技術(shù)設計階段和施工圖設計階段。初始任務包括定義設計程序，其主要任務是解決主要技術(shù)難題，而施工計劃的設計階段則包括詳細定義項目的設計計劃并生成施工計劃。CAD的構(gòu)建：在設計階段，重點是通過反復的比較選擇來確定最合理的公式。設計的核心和結(jié)果是CAD設計文件。傳統(tǒng)設計存在以下缺陷：1）二維CAD平面圖難以充分表達設計者的意圖；2）二維設計軟件限制了設計師的創(chuàng)造力；3>二維設計可能會導致設計錯誤；4）協(xié)同設計的困難；對設計圖的更改是重復的，所有更改都必須重新輸入到CAD中，這樣效率低下；傳統(tǒng)的設計方法和設計工具越來越不適合于現(xiàn)代橋梁設計要求，我們期望傳統(tǒng)設計方法有所創(chuàng)新。在橋梁設計階段，以橋梁信息模型為重點的BIM技術(shù)應用框架是建立如圖1.8所示。圖1.8基于橋梁信息模型BIM技術(shù)應用框架Figure1.8ApplicationframeworkofBIMtechnologybasedonbridgeinformationmodelBIM技術(shù)的應用為設計橋梁工程師帶來了重要的創(chuàng)新設計工具，從設計模型，設計結(jié)果，設計思想，工作模型帶來了變化。本節(jié)主要討論橋梁設計階段的BIM技術(shù)與傳統(tǒng)的二維設計之間的區(qū)別。如圖2-9說明了基于BIM技術(shù)的橋梁設計過程。設計準備設計準備可行性研究報告參數(shù)化設計建立三維模型設計方案生成各子模型設計完成協(xié)同設計生成設計文檔方案可行性模型管理NY方案比選、分析三維設計工具設計任務書生成CAD圖紙工程量統(tǒng)計圖1.9BIM橋梁設計流程Figure1.9BIMbridgedesignprocess與傳統(tǒng)的設計模型相比，BIM技術(shù)在橋梁工程中的應用具有以下創(chuàng)新之處：a）三維設計工具設計工具上的創(chuàng)新是BIM技術(shù)的一項重大創(chuàng)新，基于3D軟件的BIM橋的設計構(gòu)建三維信息模型有著很大的實用性，傳統(tǒng)的二維設計基于CAD-2D軟件，得到的結(jié)果圖是2D-CAD。BIM技術(shù)三維設計工具已經(jīng)從二維變?yōu)槿S，極大地激發(fā)了設計師的創(chuàng)造力設計人員可以使用三維設計軟件來表達它，而不必受限于二維設計的表達，使用三維軟件生成的三維模型可以快速發(fā)現(xiàn)設計錯誤并進行修改。在設計過程中，有效提高了設計效率和設計質(zhì)量。b）參數(shù)化設計參數(shù)化設計是3D設計軟件的一項重要功能，該面向?qū)ο蟮慕Ｏ到y(tǒng)可以大大提高設計效率并為參數(shù)化設計提供有效的支持。通過構(gòu)建對象的屬性和行為，并為其分配一個初始值，通過更改相關參數(shù)，可以重置項目所需的對象，該對象是一組類別，即項目的基本單位。它大大提高了組件的可重用性，彈性和靈活性。Revit軟件中的組是一個對象，通過創(chuàng)建組并定義其材料，幾何尺寸和時間參數(shù)，可以相應地修改組，封裝與保存組形成了一個具有很高的可重復性，多樣性和靈活性的族。兼容性管理將大大提高設計效率和設計質(zhì)量。c）協(xié)同設計協(xié)同設計是BIM概念的關鍵要素，在一個完整的橋梁項目中，必須設計道路，橋梁，隧道，設備，下水道，運輸和其他專業(yè)。橋接需要許多專業(yè)協(xié)作。在傳統(tǒng)的設計模式中，專業(yè)人員和部門之間很難溝通，更不用說協(xié)同設計了。BIM技術(shù)提供了跨行業(yè)交流的平臺和部門間通過BIM信息模型的集合來實現(xiàn)協(xié)同設計。d）快速創(chuàng)建和修改設計文件BIM技術(shù)基于三維模型，但它不會否定傳統(tǒng)設計文檔的價值，但可以改進，優(yōu)化和改進傳統(tǒng)設計模型、信息模型可以生成相應的設計文件，例如計算報告，工作量清單，CAD工程圖等，并且這些文件之間的信息與專業(yè)人員或部門修改模型有關信息，所有報告和統(tǒng)計信息都將立即更新，從而大大提高了設計效率和設計質(zhì)量。1.3.3BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應用根據(jù)橋梁設計階段生成的BIM模型，將BIM模型反饋到施工信息中，并生成橋梁施工BIM模型，因此可以將與設計階段有關的所有信息通過BIM模型傳輸?shù)绞┕るA段，并與施工階段有關的信息有效地結(jié)合在一起，以確保信息流并避免信息隔離。橋梁施工階段的任務是按計劃進行工程，必須對工程進行管理，管理的目標是在成本，進度和質(zhì)量上達到目標。施工是周期性的，獨立的，計劃的，整合的且不可逆的，傳統(tǒng)施工管理的主要缺點是信息匱乏，效率低下，缺乏溝通，橋梁建設復雜，技術(shù)施工要求高，施工周期長，施工階段使用BIM技術(shù)，BIM施工模型可以確保對橋梁施工進行綜合管理，共享數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)水平和工程質(zhì)量。BIM施工模型也可以稱為模型4D，4D技術(shù)使得可以在三維模型的基礎上添加時間參數(shù)并獲得對三維模型的動態(tài)管理。4D技術(shù)已在建筑領域得到廣泛認可和應用。圖1.10在橋梁的BIM施工模型的基礎上，將BIM技術(shù)應用于橋梁施工階段的框架。圖1.10基于橋梁施工模型BIM應用框架Figure1.10BIMapplicationframeworkbasedonthebridgeconstructionmodel在橋梁施工階段應用BIM技術(shù)的價值主要轉(zhuǎn)化為有效管理和控制管理成本，進度和工作質(zhì)量，以確保工作是合理的。按照既定目標以高質(zhì)量，低功耗的方式進行,高速安全。傳統(tǒng)的工作管理模型基于組織的設計，施工活動的管理，安排的整合，協(xié)調(diào)各利益相關者之間的關系，建立施工計劃，工作執(zhí)行命令，組織措施和工作進度計劃，建筑材料，例如施工前先進行安放，但是施工管理是一個動態(tài)的，多方利益相關者的管理過程，不可能預期所有施工條件。傳統(tǒng)的施工管理模式，工作重復,管理困難，管理效果不統(tǒng)一，施工可預見性問題。基于BIM技術(shù)的橋梁建設管理流程如圖1.11所示。NN施工組織優(yōu)化施工準備施工組織設計、施工方案動態(tài)更新協(xié)同設計生成各子模型橋梁施工模型方案比選、分析可視化技術(shù)交底4D模擬數(shù)學化建造方案是否具備可行性？方案最優(yōu)？模型管理施工方案變更NYY圖1.11基于BIM的橋梁施工管理流程圖Figure1.11FlowchartofbridgeconstructionmanagementbasedonBIM基于BIM技術(shù)的橋梁施工管理具有以下優(yōu)點：a）可視化施工模擬可視化是BIM技術(shù)的重要特征，將BIM的視覺特性與橋梁的施工特性相結(jié)合?？梢杂行У乜刂瞥杀静p少人工時間，整個施工過程的仿真和有效控制工作時間；技術(shù)可視化規(guī)范允許精確表達設計意圖，以多維方式解釋內(nèi)容和工作進度表，總之，視覺仿真是非常可預測的，并且可以在很大程度上預測橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的問題。b）數(shù)字化建設BIM橋梁施工模型本身就是數(shù)字模型，通過三維模擬對BIM橋梁施工模型進行數(shù)字化處理，可以快速發(fā)現(xiàn)工程過程中可能出現(xiàn)的問題，從而節(jié)省資金。具有成本效益，減少工程工期，確保工程安全。在建造橋梁時，有必要制造大量預制構(gòu)件，例如預制橋梁，預制拱門，預制板等，以便根據(jù)信息在橋梁的BIM模型的基礎上構(gòu)建預制構(gòu)件的模型，并將其提交給預制制造商，制造商可以在以下基礎上執(zhí)行數(shù)字化工作，預制模型，提高了成型精度和效率，數(shù)字化工作可以保留空通道并檢測網(wǎng)寬和網(wǎng)高，減少返工并降低成本。c）碰撞檢查碰撞檢查主要包括空間碰撞檢查和時間碰撞檢查。對于橋梁，空間碰撞主要是鋼筋碰撞。碰撞軟件對鋼筋的三維模型進行了碰撞校正，可以檢測出鋼筋之間的所有碰撞，及時優(yōu)化了鋼筋的結(jié)構(gòu)。滿足設計和施工要求的鋼筋，時間沖突主要是對施工工作的影響，沖擊檢