摘 要：提出可以利用Dynamo程序结合Revit软件内的桥梁参数化族来生成桥梁的上部结构与下部结构，这种方式是对以往运用BIM技术进行桥梁设计过程的一种优化方法，能够快速地创建桥梁BIM模型。同时利用桥梁BIM模型进行了图纸校核与出图、施工模拟、碰撞检测等方面的应用，体现了BIM技术的优势。
关键词：BIM模型;桥梁工程;Dynamo程序;施工过程模拟;
作者简介：顾煜（1990—），男，汉族，江苏靖江人，工程师，从事桥梁设计工作。;
0 引言建筑信息模型（BIM模型）是一种国家大力提倡的新型工程信息化管理模式，可以通过可视化与智能化的方式有效解决设计阶段与施工阶段所遇到的难题，极大提高工程建设过程的效率，降低建设成本[1]。目前，BIM技术已在各建筑领域有了广泛的应用，相关的软件亦比较成熟[2]，但运用Revit软件处理复杂的桥梁构件仍存在一些不便之处，而且国内外学者对BIM技术在桥梁工程中的优化研究亦不多见[3]。本文借助Dynamo程序，结合Revit软件内的桥梁参数化族提出一种桥梁模型优化方法，并对该模型在设计阶段与施工阶段进行应用，为未来桥梁工程的智能化发展提供一定的经验支持。
1 BIM技术的特点1.1 BIM技术基本理论BIM技术是以3D建模技术为核心，以可视化的形式对工程项目进行模拟建设[4]。BIM技术实质上是创建工程项目三维模型并将各类参数信息进行汇总，是一种利用模型信息对工程项目进行设计与管理的方式[5]。BIM技术的应用涉及项目建设的全寿命周期，尤其是在设计阶段与施工阶段借助搭建BIM模型平台可进行各项数据信息的交流共享，使建设过程具有可视化、防错性以及可预测性等方面的特征，保证工程项目进展顺利，提高施工管理水平[6]。
1.2 BIM技术的优势在工程项目建设周期内应用BIM技术存在如下优点：第一，BIM技术具有可视化的优点。BIM技术能通过三维模型将传统的二维图纸展现出来，通过对三维模型合理分析可解决二维图纸中隐蔽的问题或失误并对其修改。同时利用渲染的效果图，可实现不同构件的互动性与反馈性；第二，BIM技术能模拟施工过程。通过模拟不同设备在施工过程中的相互影响问题，优化比选出最合适的施工方案，加快施工进度，节约成本；第三，BIM技术可实现参数化建模，通过参数化图元保障模型参数信息的准确，且可实现图元信息自动更新。
2 BIM技术在桥梁设计阶段的优化应用2.1 可视化编程平台Dynamo的原理随着BIM技术在桥梁项目中的应用越来越多，常用的Revit软件在处理复杂桥梁构件时的缺陷逐渐显现出来，工程界急需对传统的BIM技术方法进行优化处理。参数化设计的桥梁BIM模型往往存在海量的参数数据，Revit软件在处理此类型的数据时运算速度较慢，会影响模型的生成效率与精度。Dynamo程序是一款强大的数据处理软件，能参数化处理大量数据，与Revit软件配合使用可处理桥梁BIM模型的海量数据。
Dynamo程序的原理是通过创建节点来实现程序的逻辑运算和数据处理，每个节点都有若干个输入和输出端，并含有固定代码和数据功能。程序的运算过程是：首先将逻辑关系的节点择选出来；其次将其连接生成一套完整的程序；最后运行程序，对整个参数化模型进行驱动。Dynamo程序自带纠错能力，程序会在节点连接不合理时发出警告提示或者运行错误提示，编程中可根据提示进行纠错。Dynamo程序运算时除可利用已有特定功能的节点外，还可自定义编辑节点。此外，为了更好与Revit软件互动，Dynamo程序中还存在Revit软件的专用节点包，该节点包可对Revit软件的图元进行创建与编辑。
2.2 桥梁BIM模型的创建BIM技术应用是以模型为基础的，建立模型是BIM技术应用的第一步。目前应用BIM技术的桥梁项目并不多，运用传统方法建立桥梁BIM模型的效率较低，难以发挥BIM技术高效便捷的优势。鉴于此，本文提出利用Dynamo程序和Revit软件中创建的桥梁族库，对传统模型设计流程进行优化，开发出一种运用BIM技术建立桥梁模型的新方法，为桥梁BIM模型在实践中应用奠定良好的基础。
(1）上部构件BIM模型的创建在实际建造中梁桥上部结构主要是为箱梁或T形梁，因此传统的BIM模型在创建过程需要若干个箱梁族依次进行创建拼装，如果梁截面的尺寸与数目较多，每个族均进行修改参数与标高轴网定位安装工作势必会花费大量时间，因此必须有合适的编程程序以提高模型创建的效率。
利用Dynamo程序创建箱梁模型的过程详解如下：①桥梁截面信息系统数据整理。将图纸上的桥梁截面信息（截面编号、截面梁高、截面坐标等）归纳填写至桥梁数据信息系统中；②读取桥梁截面数据。将上述桥梁数据信息系统中的数据文件用File path节点与File from path节点进行识别，并将识别后的信息转化为Dynamo程序可识别的文件格式，然后用Data.Import File节点对箱梁各个横截面参数数据进行读取工作；③Dynamo程序创建标准箱梁族。利用Poly Curve.By Points节点、Poly Curve.By curves节点以及Geometry Mirror命令将箱梁节段中的坐标控制点连接生成多重曲线，形成各个桥梁节段模型的轮廓。然后进行实体的布尔运算，生成不同的桥梁模型；④Dynamo程序放置箱梁族。利用Structural Framing Beam By curve节点读取箱梁节段和箱梁截面位置并放置箱梁族；⑤用Dynamo播放器重复上述脚本，创建完整的箱梁模型，见图1。
图1 整体箱梁模型 下载原图
(2）下部构件BIM模型的创建桥梁下部构件不像上部结构能够根据程序依次连接成整体，桥梁下部结构为不同的独立个体，下部结构中墩柱、盖梁等部构件的标高、平面位置各不相同，而且桩基的长度往往会受到地形的影响，其长度不可避免地需要随地形的变化而改变。传统方法绘制的桥梁BIM模型中放置不同族时由于不同构件定位的需要，必须绘制多条参照平面与轴网，非常耗费时间。总之，运用传统方法创建桥梁下部结构模型的工程量非常大，因此本文提出借助Dynamo程序减轻建模工作量的优化方案。实际操作中可从Revit软件中载入桥梁下部结构的参数族，然后利用Dynamo程序批量化放置，逐渐拼装成完整的桥梁下部结构模型。
本文以桩基模型为例说明通过Dynamo程序创建下部构件BIM模型的流程：①整体桥梁桩基数据。首先确定该桥梁建造项目的基点，然后将图纸上的桩长、桩径、桩顶标高等信息上传至桥梁数据信息系统中，并存储为Excel表格形式。应指出，实际工程中桩基坐标往往很大，而Revit软件是一种空间边界软件，因此必须采取一定的处理措施；②程序读取桩基数据。上述表格中的桩基属性数据可通过File from path节点和Da⁃ta.Import Excel节点进行读取。与此同时在初始代码块Code Block中编写Design script脚本，可将桩基桩号、桩顶标高、坐标、桩径等参数名称进行输入；③明确桩基放置点。利用Point.By coordinates节点和自定义代码块Code Block确定桩基的三维坐标；④放置参数族。将不同类型桩基从族库中载入后再通过点Family types节点和Family Instance.By Point节点将桩基放置在正确的位置上；⑤调整族参数。桩基族的参数调整主要是依靠String字符串和Element.Set Parameter By Name节点来完成的。
2.3 图纸校核根据2.2节所述的方法创建完成桥梁BIM模型后，可在Revit软件中对模型的三维视图进行查看，开展图纸校核工作。如果通过校核后发现该模型存在一定问题，便可及时进行相应的设计修改。
3 BIM技术在桥梁施工阶段的优化应用3.1 施工过程模拟目前，桥梁工程施工方案多是利用文字和图纸来描述施工工艺，这种方法无法直观地表达较复杂的施工流程，很难考虑到各个施工细节，对施工一线人员不友好。创建桥梁BIM模型可分解模拟难度大、节点复杂的施工部位，得出最合适的施工工序，达到精准施工的意图。
依据桥梁工程施工工序将BIM模型拆分，拆分的原则是由单位工程-分部工程-分项工程依次从大到小进行拆分，确保拆分的模型不大于任何一个工序单元。按照拟定的施工工序初步编写施工进度计划，并将施工进度计划以及拆分后的各个节段模型上传至Navis⁃works软件，该软件可将施工进度计划与各个节段模型进行有效匹配并生成施工动画，观察施工动画中出现的设配碰撞等问题，可对拟定的施工工序进行优化。除可对整个施工流程进行模拟施工外，利用桥梁BIM模型还可对施工工艺复杂的部位进行单独模拟，依据模拟结果得到最佳施工方法，对工艺复杂部位实际施工有积极的指导作用。在技术交底时可通过模型直观地体现出桥梁加工的操作流程以及质量控制点，提高交底效率，保障施工质量。
BIM技术同样可以对施工进度进行模拟。目前常用的施工进度管理方式是以横道图的形式统计每日的施工进度，这种形式非常不便捷且容易与实际施工进度产生偏差。桥梁BIM模型中加入时间线便可模拟施工进度，即利用施工组织设计模拟各道施工工序实现虚拟施工，可以检查施工组织设计与施工方案的合理性，优化配置各项资源。BIM技术进行施工进度模拟的主要途径是将Project计划导入Navisworks软件中，进行4D施工建设模拟。Revit软件与Navisworks软件具有良好的兼容性与互动性，相互能准确传递三维模型的参数信息，可将实际施工进度与原始施工计划相互对比，发现相应的问题。
3.2 碰撞检测应用BIM技术进行碰撞检测工作优势是非常明显的。BIM模型最早是在工民建领域开展碰撞检测工作的，主要用于检测结构、设备等专业的碰撞冲突问题。运用BIM技术进行碰撞检测的优势是可在正式施工前发现不同专业因碰撞产生的问题，减少因设计而出现的返工现象，推动施工顺利开展。桥梁工程中应用碰撞检测时主要是为解决各种类型钢筋的碰撞问题，梁桥内钢筋种类主要包括：预应力钢筋、纵向主筋、架立钢筋、箍筋等，现代预应力梁桥中预应力钢筋承受大部分荷载，因此其对桥梁的刚度与耐久性极为重要。
预应力梁桥的钢筋碰撞问题主要包括：纵、横向预应力钢筋的碰撞问题以及纵向预应力钢筋与普通钢筋的碰撞问题等。应用BIM技术开展碰撞检测工作主要是将模型导入至Navisworks软件后利用clash detective碰撞检测命令对桥梁内部的各种类型钢筋进行检测，详细的碰撞检测流程如图2所示。图3为碰撞检测报告中高亮显示的碰撞点，施工人员可对碰撞检测报告中显示的碰撞点按照一定的碰撞规则进行判断，对出现碰撞点的位置首先校对图纸或BIM模型是否出错，若确认无误，则应推断为设计失误，并对该碰撞点进行合理优化，见图2～3。
图2 碰撞检测流程图 下载原图
图3 钢筋碰撞位置 下载原图
为保证桥梁预应力钢筋能满足桥梁结构性能设计要求，同时兼顾施工时的便利性，钢筋碰撞优化应满足以下规则：纵、横向钢筋碰撞时，先处理横向钢筋；纵、竖向钢筋碰撞时，先处理竖向钢筋。
依据上述两条原则对钢筋碰撞问题进行优化后能满足障构造钢筋功能要求，在施工之前发现并解决钢筋碰撞问题，可减少设计失误，节约施工成本，保证项目开展进度。
4 结论(1）提出利用Dynamo程序可对传统方法创建桥梁BIM模型进行优化，提高设计效率。Dynamo程序可以简明快捷地创建桥梁BIM模型，降低模型的错误率，提高模型精度。
(2) BIM技术在桥梁建设过程中具有强大的优势，在设计阶段直接利用Dynamo程序进行图纸校核可以提前发现设计图纸中的存在的潜在问题，并提出相应的解决方案。
(3）利用桥梁BIM模型进行施工过程模拟，能够在实际施工之前发现施工过程中可能会产生的问题并对其进行有效解决，同时能进行施工进度模拟，为施工组织计划提供参考。
(4）碰撞检测在BIM技术应用中优势明显，应用BIM技术对桥梁的钢筋进行碰撞检测工作，可发现由于设计不合理造成的钢筋碰撞问题，并对相应钢筋进行调整。
参考文献[1] 辛德军，田万利，祁帅，等.公路工程BIM模型适用性效果评估指标研究[J].交通世界，2022(11):98-100.
[2] 张秋信，刘天成. BIM技术在平塘特大桥设计中的应用[J].公路，2019,64(9):27-31.
[3] 李辉.拱桥施工管理中BIM技术的应用[J].交通世界，2022(10):135-136.
[4] 齐成龙.郑济高铁长清黄河特大桥设计及施工阶段BIM技术研究[J].铁道标准设计，2022(7):1-6.
[5] 赵彬，谢尚英，何畏.桥梁工程BIM 2020年度研究进展[J].土木与环境工程学报（中英文），2021,43(S1):228-233.
[6] 何祥平，王浩，郜辉.高铁连续梁桥BIM参数化建模及其工程应用[J].哈尔滨工程大学学报，2022,43(3):311-317.
声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除（邮箱：glyhzx@126.com），另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。
