用BIM技術(shù)在阿爾卑斯山建造一座橋

2007年，政府宣布計(jì)劃在瑞士阿爾卑斯山脈的塔米納(Tamina)山谷設(shè)計(jì)和建造一座橋梁。因?yàn)橹車纳襟w滑坡經(jīng)常將道路損毀，通往山谷的現(xiàn)有道路急需維修。該地區(qū)的土木工程師認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在山谷上建一座橋要比不斷維修谷底的道路更經(jīng)濟(jì)、安全。

歷時(shí)4年，塔米納峽谷大橋建成通車。該橋?yàn)榉菍?duì)稱混凝土拱橋，全長(zhǎng)417米，主跨長(zhǎng)265米。拱肋及橋面結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固，可以承受來(lái)自山區(qū)峽谷的強(qiáng)風(fēng)，以及抵抗地震。與此同時(shí)，外形美觀又輕巧，用料經(jīng)濟(jì)。由于該橋在設(shè)計(jì)時(shí)，利用復(fù)雜的BIM軟件解決了在陡峭山體兩側(cè)不同高度建設(shè)的難題，使得這座既輕薄優(yōu)雅，又結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的峽谷大橋成為可能。

詳細(xì)的設(shè)計(jì)建模

Allplan公司的品質(zhì)部主管、BIM技術(shù)的早期支持者Daniel Bittrich表示:“最初，政府和承包商并不確定該設(shè)計(jì)能否建成。因此，設(shè)計(jì)師必須提供一個(gè)非常詳細(xì)的模型。而這個(gè)模型是在BIM中創(chuàng)建的，由于軟件中允許使用細(xì)長(zhǎng)的截面，這使得橋梁可以建造得更為優(yōu)雅，同時(shí)節(jié)省材料和成本。”

BIM與CAD完全不同。Bittrich進(jìn)一步解釋說(shuō)，“使用CAD，你可以像使用數(shù)字繪圖板一樣使用軟件來(lái)創(chuàng)建線條、陰影、文本等。然而，使用BIM，卻可以創(chuàng)建一個(gè)三維模型，并將其用于傳輸、協(xié)作、模擬和優(yōu)化。同時(shí)，這個(gè)BIM設(shè)計(jì)模型，還可以用于可視化、成本估算、結(jié)構(gòu)和能源分析，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員、承包商和業(yè)主。”

使用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一是，與傳統(tǒng)繪圖方法相比，它可以讓工程師們追求更漂亮、更新穎的設(shè)計(jì)。Bittrich說(shuō):“如果你所能做的就是基于傳統(tǒng)的圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么在美學(xué)層面上，它們可能不會(huì)像你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所做的那樣令人驚嘆，因?yàn)槟闳狈?shù)字建模專業(yè)的前沿設(shè)計(jì)能力。你的設(shè)計(jì)也會(huì)消耗更多的能源，導(dǎo)致更多的二氧化碳排放。他們可能會(huì)為技術(shù)設(shè)施分配空間，但這些空間最終可能會(huì)在建設(shè)結(jié)束時(shí)被浪費(fèi)掉，因?yàn)槭聦?shí)證明這些空間并不被需要。”Bittrich接著解釋了為什么不使用最新的BIM技術(shù)將會(huì)損害公司的聲譽(yù)。“最糟糕的可能是，你所在的咨詢公司不會(huì)再招收到年輕的人才。因?yàn)檎l(shuí)想在電腦上畫圖賺錢，而不是像電子游戲那樣在電腦上創(chuàng)建數(shù)字模型呢?”

BIM值得花時(shí)間和精力嗎?

目前的BIM設(shè)計(jì)過程包括三個(gè)主要部分：跨學(xué)科協(xié)作、結(jié)構(gòu)性檢查、成本優(yōu)化。

設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)主體——道路工程師、橋梁工程師、結(jié)構(gòu)工程師、巖土工程師，都有不同的角色定位，需要不同的信息來(lái)完成他們的工作。他們一般通過維護(hù)自己的文檔，來(lái)獲取并處理在各自的工作中需要了解的內(nèi)容。

Bittrich說(shuō):“道路工程師通常對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)不感興趣，也可能對(duì)某一特定地點(diǎn)帶來(lái)的地質(zhì)問題不感興趣。然而，他們各自的模型和文檔卻都需要描述同一個(gè)項(xiàng)目。因此，當(dāng)工程師們將這些模型上傳到像Bimplus這樣的BIM平臺(tái)上時(shí)，所有不同專業(yè)的模型結(jié)合起來(lái)，會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)沖突和不一致，然后可以在協(xié)調(diào)會(huì)議上討論和解決這些問題。”

一旦發(fā)現(xiàn)沖突，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生昂貴的費(fèi)用，并且會(huì)在解決沖突問題時(shí)使項(xiàng)目進(jìn)展滯后。例如，如果預(yù)制橋面板與支座或梁的安裝相沖突，在使用CAD設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中，這種情況可能直到施工到那一階段時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在BIM中，問題甚至可以在工作開始之前就被發(fā)現(xiàn)和糾正，并確保項(xiàng)目的每一位參與者都能在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行交流。

為達(dá)到精確設(shè)計(jì)這一目的，特殊的軟件工具可以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)橋梁或結(jié)構(gòu)“可建造性”的分析。這些解決方案通過分析“聯(lián)合模型”來(lái)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，“聯(lián)合模型”將不同工程師使用的各種單獨(dú)的模型數(shù)據(jù)組合成一個(gè)完整的模型。這個(gè)基于規(guī)則的檢查軟件，不僅可以發(fā)現(xiàn)和報(bào)告整體設(shè)計(jì)中的潛在沖突，還可以驗(yàn)證它是否符合建筑規(guī)范和政府法規(guī)。

Bittrich說(shuō):“BIM當(dāng)然可以幫助承包商獲得比通常少很多錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)，并使他們更容易在截止日期和預(yù)算前完成工作。這顯然也符合項(xiàng)目所有者的利益。”業(yè)主將從減少建設(shè)延誤的成本和更準(zhǔn)確的投標(biāo)中獲得更大的益處。一旦大橋建成，維修將會(huì)更加容易，檢查也不會(huì)那么麻煩。

就建筑環(huán)境而言，BIM可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)周圍區(qū)域的影響，例如施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的破壞對(duì)周圍的影響，以及橋梁的最終外觀與周圍環(huán)境的和諧性，這兩者在人口密集的城市地區(qū)都顯得尤為重要。

我們已經(jīng)看到BIM如何幫助利益相關(guān)者改善合作，防止沖突，所有這些都有助于成本優(yōu)化。然而，有時(shí)聽到的關(guān)于BIM的反對(duì)意見之一是，對(duì)于軟件的投資，以及學(xué)習(xí)BIM軟件所耗費(fèi)的成本較大，例如工程師們難以改掉以往的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

Bittrich說(shuō):“BIM是否值得花時(shí)間和精力?這并不是一個(gè)問題。事實(shí)上，如果一家咨詢公司不拓展BIM能力，它遲早會(huì)倒閉。非BIM設(shè)計(jì)更容易出現(xiàn)漏洞和成本超支。”雖然很難精確計(jì)算BIM項(xiàng)目所節(jié)省的成本，但他補(bǔ)充說(shuō)，“如果沒有BIM的介入，由于許多細(xì)小的問題被忽略，因此設(shè)計(jì)的過程會(huì)變得非常流暢。但當(dāng)這些問題在建筑工地暴露出來(lái)時(shí)，就已經(jīng)為時(shí)過晚。設(shè)計(jì)必須改變，這需要花費(fèi)時(shí)間和金錢，重要的結(jié)構(gòu)可能需要重新設(shè)計(jì)，可能會(huì)有其他不可預(yù)測(cè)的費(fèi)用和延遲。也許在冬天來(lái)臨之前，建筑無(wú)法完工。新的軟件可能在某一時(shí)刻開始發(fā)揮作用。業(yè)主可能會(huì)超出預(yù)算，要求進(jìn)一步修改以降低成本。這就是項(xiàng)目失控的原因，造成了數(shù)年的拖延，而且產(chǎn)生的費(fèi)用是最初預(yù)估的好幾倍。BIM能夠顯著降低此類事情發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。這才是它的真正價(jià)值所在。”

BIM的未來(lái)將走向何方?Bittrich給出的回答是，在設(shè)計(jì)階段之外使用它，并在整個(gè)施工過程中使用它，這也是一項(xiàng)現(xiàn)在正在進(jìn)行的工作。“在未來(lái)，BIM將不僅僅局限于在設(shè)計(jì)和施工中使用，”Bittrich說(shuō)，“其中創(chuàng)建的數(shù)字模型將直接用于制造和建設(shè)。推土機(jī)將完全由計(jì)算機(jī)控制，機(jī)器人將焊接并進(jìn)行砌體工作。BIM也將應(yīng)用于施工后的設(shè)施管理。”

他預(yù)測(cè)，BIM將變得更加強(qiáng)大，并將被授權(quán)用于重要的項(xiàng)目，就像現(xiàn)在許多國(guó)家正在推廣應(yīng)用的一樣。“20年后，沒有人能想象沒有BIM的建設(shè)項(xiàng)目，在我們這個(gè)時(shí)代是如何完成的。”

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