张国学1、朱浩清1、杨智2、常剑锋3、邢小东4
1西安德信北路建设工程有限公司、2青海省海南天和路桥工程有限公司、3呼和浩特市政工程管理局、4陕西华萃路桥工程有限责任公司
摘要：随着计算机行业的崛起和数字化技术的进步，BIM技术可以广泛的应用于工程行业[1]，但不同BIM模型的精度是有区别的，高精度的BIM模型可以在整个项目中发挥出更加广泛且有深度的作用，因此本文将对BIM模型的精细化程度进行简述，并依托钢结构桥梁从设计到施工安装的全过程为实际背景，阐述精细化BIM技术在全项目周期内发挥出的创新实例。
关键字：精细化BIM 项目全过程 钢结构桥梁
1.引言
BIM技术已经逐渐走向了人们的视野，并在工程中逐渐广泛受用[2]，但是BIM信息化模型是有不同的精度和等级的，即精度越高则BIM模型可以受用的范围将更加广泛，如果BIM模型精度一般，则可参考的模型信息会比较有限。综上所述，BIM技术虽可在项目中带来极大的便利，但BIM这项技术一定是有精度等级之分。不同的项目，不同的需求则使用不同的等级模型即可。本文中将通过实际项目来阐述精细化BIM模型在钢结构桥梁从设计到施工安装的全过程使用方式及创新点。
2.BIM的精度区分
一般可把BIM模型分为五个类别，第一级精度一般仅用来做项目初期规划，概念设计，仅有简单外形即可；第二级精度一般为初步设计阶段，可以进行一般的性能分析及展示和部分内部结构示意；第三级一般为细部设计，可以进行详细的结构展示及分析模拟，整体结构跟实物接近1:1；第四级精度的模型一般包含了完整制造、组装、细部施工的全部信息；第五级是在第四级基础上加入了后期运维以及其他创新的技术。一般这五个等级的精度没有绝对的优劣，不同的项目规模及特点应用合适的精度等级即可。
3 精细化BIM技术的全过程应用
3.1 BIM模型精度确定
钢桥项目的全过程应当包含设计、制造、施工这三个大类，因此整体项目存在着多方协作，且钢桥内包含着成千的精细零部件，如用传统的方式较难以保证准确程度和工期。为确保BIM模型能够对整体项目进行指导和参照，本项目采用了第四级至第五级之间的精细化模型，确保能够依据BIM模型为整个项目带来更深层的指导和帮助，且能够将BIM技术发挥至极，落到实处。
3.2 钢桥的设计阶段
一做钢结构桥梁包含着平曲线、竖曲线、变横坡、预拱度、变宽变高等实际因素，采用传统的计算会占用一定的时间，利用BIM建模则可以完整的将这些参数包含在内，且准确度达到毫米级别。因此在设计阶段可以利用BIM技术省去人为的计算工序，如图3.1所示，BIM模型可自动提取计算平曲线及竖曲线的参数坐标，并转化为空间曲线，该空间曲线即是桥梁走向的关键引导线，也是桥梁设计安装的基准曲线。利用精细化BIM模型放样可确保整体的准确性：
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图3.1 BIM模型计算的桥梁空间引导线
BIM模型的空间引导线是基准，后期的截面以及整体模型将可逐步展开，当遇见设计变更时，可直接调整该引导线的坐标，达到快速变更的效果。
在设计阶段，桥梁的结构和受力将是重点的一项，精细化BIM模型的线型坐标均为微米级误差，且各个关键节点均有坐标。因此该坐标可以直接导出到其他结构软件作为计算节点，节省了结构软件中的节点确定。
项目设计时，经常会存在干涉及零部件碰撞问题，精细化BIM模型可以直观的对干涉问题进行提前检测，规避碰撞风险，如图3.2所示为干涉检测的使用：
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图3.2 干涉检查
利用BIM软件可以直接生成碰撞报告，指出碰撞位置，便于设计人员及时调整后出设计图纸。在出图阶段，可直接将BIM模型导出成二维图及轴测图，便于施工单位理解和使用，如图3.3所示为BIM模型直接导出的设计图纸：
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图3.3 BIM模型出设计图
直接从BIM软件导出轮廓，效率首先有明显的提升。且出图轮廓已反应真实的形状，且附有依托BIM技术生成的二维码，此二维码可将图纸上表达不到的信息一并展示，确保准确的表达桥梁的每一处设计结构。图纸深化完毕后，能表达的信息较为固定，且仍需要一定识图能力的人看懂后方可交接给施工的人员，这一识图过程中难免会存在一些交接遗漏，为了准确直观理解施工难点和重点，可以将BIM技术和二维码结合，有利于加工及后续安装过程的工作开展。
3.3加工阶段
当设计图定稿后，需要根据设计结构提前采购相应的钢板，采购时如何保证准确且提高利用率一直是被关注的重点，利用BIM技术导出的零件轮廓即可对接套料软件完成提料，确保准备材料阶段可以高效，准确，且节约成本，如图3.4所示：
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图3.4 BIM模型导入套料软件自动排板
通过自动排板，可发现钢材的利用率有了明显的提高，最重要的是依托精细化BIM技术可以无遗漏的将零部件完成排布，直接提升了提料布料的准确率。
在加工阶段，不仅是钢材用量统计，在油漆以及焊材方面的准备和计算依然是容易出现偏差的，实际的桥梁一般带有变坡度和曲线因素，因此手动计算并不能精确。但是精细化BIM技术可根据桥梁结构和特点，自动生成出需要计算位置的油漆使用量，确保在采购材料过程中，能过节省成本及工期。如图3.5所示：
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图3.5防腐面积计算
箱梁在制造过程中会存在翻身步骤，但是如翻身不当会使箱体变形，但是精细化BIM模型可以对箱体翻身阶段进行模拟分析，确保翻身工艺可靠，减少后期不必要的调整及返工，如图3.6所示，为BIM模型在箱体翻身过程的模拟分析：
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图3.6 BIM翻身工艺模拟
BIM技术除了翻身模拟之外，也可对运输阶段的箱体加固带来帮助，可计算出箱体加固后的受力情况，防止箱体产生过大的变形。
3.4安装阶段
钢箱梁在桥位作业前需要安装支架，使用精细化BIM技术可确定支架摆设位置，吊机站位情况以及任意一点的坐标数值，为后期施工安装提供帮助。因在场外吊装存在各个工序配合的情况，合理的安排作业顺序至关重要，BIM技术可以模拟出施工现场的地形及支架摆，且可预先确定场地大小及作业面是否充分等情况，尽可能减少场外作业不协调的情况，如图3.7所示：
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图3.7 BIM技术模拟空间实况
因为BIM建立的是三维模型，因此可以测量空间任何两点的距离，该功能可为场外吊车站位和运输梁端站位带来参考，在施工前可提前测量好现场的相关尺寸，模拟在BIM模型中，确保实际施工的各个工序有足够的作业空间。
场外的钢箱梁吊装一般采用坐标定位法，传统的计算是依据桥墩基准的位置去计算全桥其他部分的坐标，此方法相对麻烦且容易出错。利用精细化BIM技术可以达到测量任意位置的坐标，且精度在毫米级别，为场外吊装提供准确的位置，如图3.8所示为BIM模型中测量空间坐标：
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图3.8 BIM模型的坐标测量
因为BIM有着测量干涉及碰撞的功能，可在此环节将模型坐标测量和干涉碰撞共用，即在安装前可使用精细化BIM模型直接测量出桥位控制点坐标。与此同时在吊装前，可利用BIM模型对吊装时的梁体干涉情况进行提前检测，确保吊装顺利，避免出现返工情况。
4.精细化BIM技术在项目中的成效
4.1节约施工成本
精细化BIM技术帮助在采购钢材、焊材、油漆、运输这3个方面提供了可靠的数据指导，使本次项目的实际工程量更加逼近于实际，在钢材采购阶段利用率已达97%。
4.2节约施工周期
精细化BIM模型可以在结构计算、工程量核算、出设计图、场外协调中提供帮助，模型里的相关信息可直接导出，因此在保证准确率前提下，节约了施工周期。
4.3 减少加工报废率
钢结构桥梁往往是带有空间曲线形式的桥梁，利用BIM模型准确建模后，直接转二维图纸，避免手动计算轮廓，提高准确率，项目中零件报废率为0%
4.4重难点可视化
钢桥加工过程的难点通过BIM动画直观展示，且施工人员可直接扫图纸中的二维码，直观了解到图纸的其他信息，便于准确施工。
5 精细化BIM技术后续发展
本文中的精细化BIM技术是介于第四级至第五级的模型，为设计，加工、场外施工这3大部分提供了切实有效的帮助，但从长远角度出发，BIM技术后续可带来如下发展：
5.1项目用量透明化
精细化BIM技术的推广，将使项目在初期就会被建成直观的三维模型，便于各方进行查看。通过BIM技术计算工程量，使得偷工减料，工程量不明确等现象得到一定的扼制，有利市场合理价格体系的形成。
5.2基于BIM的后期运维服务
精细化的BIM技术不仅仅服务于设计、加工、施工阶段，更重要的是在后期使用过程，可以进行运维指导。如提前在BIM模型中设置主体结构、油漆等寿命参数，待快到期时，BIM模型相应位置自动提醒，便于及时更换和维保。
5.3 BIM+互联网导航
精细化BIM技术的优势固然有限，但如果结合互联网技术则可以发挥出更多的作用，未来的交通可能会倾向于立体化的发展，BIM模型当结合了互联网时，可以借助互联网提前让使用者明确立体化交通的线路，提前了解到交通的走向，从二维导航演变成直观的三维导航，防止不必要的拥堵现象。
5 结语
将精细化BIM技术渗透到项目管理工作中有着显著的效果，不单单可以将工作水平加以提升，还能为企业带来丰厚的经济效益[3] 。正因为精细化BIM技术在设计、制造、施工环节起到了连接作用，所以使得更多的施工人员能够通过BIM模型及时了解本项目中的重点难点。因此精细化BIM技术对施工有非常大的指导意义，是未来发展的趋势[4]，与此同时精细化BIM模型将会对未来的项目建造乃至后期运营中起到帮助，所以在BIM精细化的过程中，一定要结合项目自身特点，选择适合项目的精度，这样才能将BIM技术的实用性落到实处。
参考文献：
[1]郝宗成.BIM技术在装配式建筑机电安装中的应用[J].建筑模拟，2020,13（05）：107.
[2]黄钰媛.分析BIM技术在市政道路与桥梁设计中的应用[J].建筑实践，2020,39（08）：128.
[3]廖晔.BIM技术在现代建筑工程项目管理中的应用分析[J].建筑模拟，2020,13（05）：67.
[4]许凯阳.BIM技术在房建工程施工中的研究及应用[J].建筑实践，2020,39（08）：294.