贵州桥梁:BIM新势力

来源: 付雷 桥梁杂志

贵州桥梁:BIM新势力-BIMBANK

上世纪80、90年代,工程图纸都是在绘图板绘制出来的。但随着AutoCAD等绘图软件的出现,以及计算机的普及,在当时国家“甩图板”工程的推动下,CAD制图的发展如雨后春笋一般快速推进。随着三维设计软件的逐步发展,在计算机性能大幅提高的前提下,大体量空间复杂异形结构的设计得以成为现实。

作为建筑信息模型,从概念上来看,最开始出现的是M-Modeling,即三维模型,加上I-Information就发展为大家所熟知的BIM。BIM的出现,其本质是设计方式的升级和转变,属于技术问题。从设计方式上,BIM的初衷是通过模型(Modeling)加上信息(Information)构成整个建筑信息模型。但从信息化方面来说,把模型Modeling的“M”换成管理Management,就有转变成管理方式的含义。这两种理解没有谁对谁错,只是落脚点不一样,做法也不一样,二者相辅相成。

BIM的质疑

自2002年Autodesk正式提出BIM概念以后,BIM开始在全球推广。经历了大热的阶段,使用过BIM的人和对BIM持观望状态的人各持己见,质疑BIM的声音此起彼伏。BIM“无用论”甚嚣尘上。在现今的信息行业,BIM生态圈还尚未成熟,BIM的发展任重道远,这是大家的一个共识。

对于如此高科技、前沿的BIM来说,为什么会有如此多的质疑?经初步分析,主要有以下几个方面原因:

第一,缺乏软件支持。目前国内采用的主流建模软件均从国外引进,软件本身功能相对完善,但价格过高,也没能完全适应国内行业规范和使用习惯,导致本应从设计阶段开始建立的模型,实际上却来路各异。因为既不能解放生产力,反而给工程师增加了工作量,而且花了大量的精力和时间还没有对应的“激励”,导致越来越多的人不愿意用BIM。第二,缺少信息化。BIM概念中很重要的一个部分就是信息。然而现实是模型有了,却缺乏足够有用且丰富的信息,精度也是参差不齐,常常带有天生缺陷。第三,没有形成生态圈。目前,虽然BIM已经形成了“独特”的产业链,但是离良性的“产学研用”尚有一定距离。比如现在的大多BIM论坛或会议鲜有高校参与。

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该如何解决这些问题呢?个人认为首先还是要坚定对BIM的信心。BIM是未来的一种设计和建造理念,现在肯定还有很多不适宜的地方,但从初衷来看,作为未来的发展方向应该是毋庸置疑的。其次,不要过多关注概念。BIM只是一个概念,而我们使用的确是实实在在的建模及用模软件,很多软件早在BIM概念出现之前就有。最后,不要过分神话BIM。软件只是作为一个工具,暂时还没有万能和通用的。那么我们更应关注自身需求,从实践出发,并考虑如何在实际应用场景中进行选择,最大限度地发挥和挖掘这些工具的价值和意义。因为国外这些软件都很强大,目前我们所用到的却都是它的基本常用功能,深层次的功能根本没有用到,所以,我们要把工具用好、用活。

破局的思路

BIM技术最终应该落实到哪里?我们也做了一些思考。最基础的是软件研发,之后是应用方面的研究,最终的状态则是形成生态产业链。

在近期召开的工业互联网大会上很多专家反复提到,核心技术是买不来的。这也是目前国家层面非常重视的一个问题。但是可以肯定的是,在不久的将来,会有好用的国产BIM软件问世。有了软件之后,还得大家围绕核心建模软件做丰富的应用研究,共同在一个统一的平台上发布应用“产品”,就像现在的互联网APP商店一样,利于供应方根据市场反馈和需求及时完善和调整产品。同时也便于需求方快速找到一款适合自己的产品,同类产品同台竞技、充分竞争,再加上高校及科研院所不断地攻关核心技术,最后逐渐建立良性发展的“产学研用”BIM生态。

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目前,我们正从3个方面积极探索并开展BIM技术工作。

设计应用方面:BIM本应设计先行,但是由于种种原因,只能翻模,所以翻模本身并没有错。然而有了模型之后,可以基于模型进行优化设计和出图,等等。

施工应用方面:充分发挥三维模型所见即所得的优势,进一步挖掘虚拟建造在项目建设过程中的价值,提升项目的品质、安全和效益。

运维应用方面:将BIM应用至运维阶段,在资产管理、养护维修和检测监测之中进一步拓展应用,为“数字交通”的建设进行努力。我对未来数字交通的理解,在虚实相符、实时联动的数字化虚拟世界里,各种自动驾驶设备将会在数字化的真实世界里畅游,机器终究会越来越智能的。

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大小井特大桥应用价值

大小井特大桥是贵州省平塘至罗甸高速公路的关键性工程,大桥主跨450米,是世界上山区已建的最大跨径上承式钢管混凝土拱桥。

应用BIM技术的价值与意义在于:对于大跨径的复杂钢结构桥梁,深化设计、加工制造、现场装配都是挑战。例如大跨径的缆吊施工,采用BIM技术,通过信息化将有助于提升整座桥梁的建造安全、效率、品质和收益。

虚拟建造

通过精细化建模,大家可以提前“熟悉”和“认识”桥梁,充分发挥三维所见即所得的优点,项目各参建方能够预知和预判,有针对性地进行工作安排和组织,尤其是完善、修正、评审专项方案,可以集中大家智慧把方案做实、做深、做细,真正做到未雨绸缪。在施工图基础上我们尝试进行钢结构深化设计,在考虑预拱度、工艺余量等情况下进行钢结构深化设计,每一个细节(节点、焊缝、螺栓)都精确建模,确保指导实际生产。

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监控监测

针对大小井特大桥,建立包含缆吊的模型,将监控监测信息与模型挂接,可以方便、直观、高效、清晰、准确地进行数据共享、分析与管理,进一步提升桥梁建造的数字化、信息化水平。对于大跨径拱桥,真正的难点在于现场,大型临时缆吊设施的设计与安装是大桥顺利建造的关键和难点。在合龙之前,整个主拱结构属于机动体系,所以现场监测控制显得尤为重要和关键。此外,全程记录施工过程的关键数据,丰富模型信息,为大桥运营以后的管养提供宝贵的原始基础资料。

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实时的监控监测还可以解决以下问题:实现拱圈安装线型的可视化监控。实现应力、应变、索力、位移、温度等监控数据的实时查询,根据现有的坐标值,给出索力调整建议。实现监控数据的实时分析和预警,并生成监控报告,将监控信息汇集传递至养护期。

基于模型,将监测数据与模型挂接,实现监控数据的实时展示、分析和预警,让监测数据的显示变得更方便和直观。

三维激光扫描

厂内构件预拼装,采用三维激光扫描仪对片体中每一个构件进行扫描,通过将三维点云模型与设计模型进行对比,得到每一构件生产和设计的三维偏差值,辅助管件的质量控制。将片体焊接前后的点云模型进行对比,分析焊接收缩量,用于指导和修正焊接工艺。片体弦管点焊时扫描一次,焊接完成时再扫描一次,将前后的三维点云数据进行对比分析,经过大量现场试验数据分析得出:焊接前后的收缩量为5-8mm。

在厂内预拼阶段,分析各段片体之间的拼装误差,得到与设计模型的具体偏差,修正分段拼装精度。

在现场复拼阶段,钢结构杆件卧拼时,对胎架上的片体进行三维激光扫描,将扫描的点云数据与设计的BIM模型,在第三方处理软件中做线形对比,进一步复核杆件加工拼装精度,通过理论分析为下一轮次的卧拼提供数据支撑,指导现场复拼装工作。

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钢结构安装工艺模拟

将最终的演示模型作为施工作业技术交底,合理安排拱架安装工序衔接。将每道施工工艺做成详细动画,放在云端,可随时进行工艺查看和施工技术交底。

BIM协同管理平台

根据具体的施工流程,定制开发管理平台,通过多终端协同,达到数据集成、信息共享、高效沟通、管理便捷的效果。

模型作为信息载体,平台对数据进行调用分析,那么,准确有效而又丰富的信息是进一步发挥模型价值的前提条件,平台的统计分析功能是把信息用活用好的意义所在。开发一款软件/平台不难,难的是在长期应用过程中坚持不断地完善优化和迭代升级。

筑城广场大桥应用价值

筑城广场大桥是贵阳市人民大道(南段)道路工程中的重点工程。大桥采用抛物线轻型斜跨无铰拱,结合双层小半径曲线(R=100)钢桁梁结构,先后两次跨越南明河。钢主梁跨径为93m+63m+80m;小拱和大拱的跨径分别为90m和162m,钢箱拱采用2~2.5m变高菱形截面,大桥全长236m。

由于大桥位于贵阳市中心地带,施工场地狭窄,两次跨越南明河,环保要求高;大桥位于已运营的地铁1号线上方,垂直距离约15m,施工必须确保地铁1号线的运营安全;且大桥部分位于地下停车场正上方,施工难度大。桥位沿河两侧的步道下方为枢纽排污沟,桥区内管线错综复杂,诸多强电、天然气管道等,施工边界十分复杂,临时措施构建非常难。大桥钢主梁为小半径曲线钢桁架结构,施工精度要求高。

应用BIM技术的价值与意义在于:这座大桥处于平曲线之上,空间构造复杂、施工条件苛刻,在提升品质和效益方面,采用BIM技术,对于提升制造精度、施工进度、装配可靠度方面有不错的价值和意义。

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虚拟建造

构建筑城广场大桥的三维信息模型,提前熟悉桥梁的构造细节,充分发挥三维可视所见即所得的优点,有针对性地进行工作安排和组织,尤其是完善、修正和评审专项方案;构建精细的筑城广场大桥的三维信息模型,用模型来校核图纸,并出具图纸复核报告、工程量复核报告和碰撞检测报告。

构件管理

自主开发二维码构建管理系统,管理筑城广场大桥的钢构件,用二维码展示复杂的构件信息,便于构件的现场管理工作。

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三维坐标提取

大桥钢结构的几何特征均为空间曲线,安装定位十分困难,借助BIM技术,提取每个构件的三维坐标,用于现场指导施工。

钢结构深化设计

根据设计院提供的图纸,钢结构厂商需要进行深化设计后才能进行加工制造,BIM技术的运用,为钢结构的精准加工制造提供了另一种新思路。

工艺模拟

制作预拼动画,检验施工过程是否合理,并作为交底资料指导现场施工。

BIM应用,“贵在坚持、重在执行”,希望在各位同仁的不断努力下,实现BIM的健康可持续发展。

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