BIM技術(shù)的出現(xiàn)，將能夠解決目前施工設(shè)計中所面臨的一些挑戰(zhàn)及困難，為設(shè)計人員所接受及認可。

橋梁施工設(shè)計CAD和BIM差在哪？

橋梁施工設(shè)計主要為橋梁施工中所用的大型臨時結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)施工的鉆孔平臺及圍堰、墩身施工的模板及支架、主梁施工的現(xiàn)澆支架或掛籃等，目前設(shè)計過程中都應(yīng)用CAD(Computer Aided Design)技術(shù)繪制設(shè)計圖紙。

隨著社會不斷向前快速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)形體越來越新穎、越來越復(fù)雜，大型臨時結(jié)構(gòu)需要與橋梁結(jié)構(gòu)相匹配，設(shè)計人員需在較短的時間內(nèi)完成大規(guī)模復(fù)雜臨時結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量設(shè)計，同時還面臨著橋梁具體施工時的條件與設(shè)計時的有所不同，臨時結(jié)構(gòu)需要進行多次修改，嚴重制約著橋梁施工設(shè)計的發(fā)展。

BIM(Building Information Modle，三維建筑信息模型)技術(shù)的出現(xiàn)，將能夠解決目前施工設(shè)計中所面臨的一些挑戰(zhàn)及困難，為設(shè)計人員所接受及認可。

1、CAD與BIM的設(shè)計技術(shù)

CAD設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀

現(xiàn)行CAD技術(shù)包含二維設(shè)計和三維設(shè)計技術(shù)，其中三維技術(shù)中三維建模不可逆，在設(shè)計過程中只是起輔助作用，常用的還是二維設(shè)計技術(shù)，主要通過三視圖(立面圖、平面圖及側(cè)面圖)、剖面圖描述一個三維結(jié)構(gòu)體。CAD技術(shù)在具體設(shè)計過程中所遇到的困難有：

(1)圖紙信息表述繁冗：

➤ 二維設(shè)計方法是把三維的結(jié)構(gòu)體用離散的線條和文字按設(shè)計在平面表達出來，具體表述某個構(gòu)件時，為了更好的描述其空間位置，需要把與之相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件示意出來，并配文字加以說明。

(2)設(shè)計過程中協(xié)同困難：

➤ 大型復(fù)雜的臨時結(jié)構(gòu)往往是由多個設(shè)計人員共同去完成，若某個設(shè)計人員在具體設(shè)計過程中，如果發(fā)現(xiàn)局部不滿足要求，需要改變結(jié)構(gòu)形式，就需要與其他設(shè)計人員進行溝通，其他設(shè)計人員的圖紙很多需要重新繪制，造成工作量加大。如果溝通不及時或不透徹，就會出現(xiàn)反反復(fù)復(fù)的修改，易使設(shè)計人員之間產(chǎn)生一定的矛盾，進而影響設(shè)計整體進度。

(3)設(shè)計質(zhì)量難以控制，影響施工：

➤ CAD二維設(shè)計中，對同一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件，需要使用多個視圖才能表達，同一個構(gòu)件需要繪制多次，效率低下。一旦方案發(fā)生變化，許多地方都需要重新繪制，加上時間緊迫，容易造成有些地方修改不到，施工現(xiàn)場按圖紙加工制造，發(fā)現(xiàn)設(shè)計與實際不符，導(dǎo)致工期延誤，增加施工成本。

BIM技術(shù)的特點：
目前，BIM在歐美發(fā)達國家正在迅速推廣使用，很多國家都發(fā)布了相應(yīng)的BIM實施標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)BIM的應(yīng)用主要在建筑領(lǐng)域，并已取得一定成效。

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字化表達。BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)過程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題。一般具有以下特點：

(1)模型信息的完備性：

➤ 對工程結(jié)構(gòu)進行3D幾何信息和邏輯關(guān)系的描述，包括構(gòu)件名稱、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料，構(gòu)件之間的工程邏輯關(guān)系等。

(2)模型信息的關(guān)聯(lián)性：

➤ 信息模型中的對象是可識別且相互關(guān)聯(lián)的，系統(tǒng)能夠?qū)δＰ偷男畔⑦M行統(tǒng)計和分析，并生成相應(yīng)的圖表。如果模型中的某個構(gòu)件發(fā)生變化，與之相關(guān)聯(lián)的所有構(gòu)件都會隨之更新，以保證模型的邏輯關(guān)系。

(3)模型信息的一致性：

➤ 建筑結(jié)構(gòu)的同一信息無需重復(fù)輸入，且信息模型能夠自動演化，在3D信息模型中進行修改，二維工程圖中也隨之修改，只需對工程圖中的僅有的標(biāo)示進行修改，避免了工程圖前后信息不一致的錯誤。

BIM應(yīng)用于橋梁施工設(shè)計的價值：
BIM的出現(xiàn)，使橋梁施工設(shè)計從傳統(tǒng)的二維設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)槿S設(shè)計。使用基于BIM的軟件系統(tǒng)，先進行結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計，然后通過生成二維的工程圖，再將工程圖交付施工現(xiàn)場。在設(shè)計過程中可以隨時直觀地看到結(jié)構(gòu)的三維模型，這個三維模型不同于CAD中的三維模型，它包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件名稱、生成方法、與其他構(gòu)件的邏輯關(guān)系等信息。

BIM使設(shè)計過程中協(xié)同更簡便。BIM將整個設(shè)計整合到一個共享的三維信息模型，各個設(shè)計人員通過這個共享的三維模型進行分項設(shè)計，同時可以通過這個三維模型查看到其他設(shè)計人員的動態(tài)，隨時發(fā)現(xiàn)相沖突的地方，并及時調(diào)整自己的設(shè)計。修改后的設(shè)計可以即時地反饋到其他設(shè)計人員，將原來設(shè)計人員的口頭溝通轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)識別，極大地提高了設(shè)計效率，保證了信息傳遞的完整和準(zhǔn)確性。

BIM使得設(shè)計修改更便捷。如果結(jié)構(gòu)體系沒有發(fā)生原 則性的變化，僅為三維模型的局部設(shè)計修改，則修改后的結(jié)果會在各個工程圖中自動協(xié)調(diào)更新，并對工程圖中的標(biāo)示進行局部調(diào)整修改，修改出圖效率大大提高。

2、CAD與BIM的工程應(yīng)用比較

工程概況
新白沙沱長江特大橋是渝黔鐵路的關(guān)鍵控制性工程，全長5.32km，主橋布置為(81+162+432+162+81)m，是世界上首座雙層六線雙塔雙索面鋼桁梁鐵路斜拉橋。上層四線客車線，下層兩線貨車線，同時也是世界上延米載荷最大的橋梁，活載達33.6 t/延米，恒載達99 t/延米。

主塔為2#、3#主塔，采用H形橋塔，2#塔高175.45m(含塔座)， 3#塔高192.45m(含塔座)，2#塔與3#塔在下橫梁以上高度外輪廓完全一致，下橫梁中心線以上橋塔主體高度為147.75m，上塔柱高64.75m，中塔柱高81.20m。2#塔下塔柱高度為23.7m，3#塔下塔柱高度為40.7m。下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用雙室空心矩形結(jié)構(gòu)，高7.0m，寬10.0m，頂、底板厚0.8m，腹板厚0.7～1.0m，支座處設(shè)有橫隔板，橫隔板厚2.0m。上橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用單室空心矩形結(jié)構(gòu)，高7.0m，寬7.5m，頂、底板厚0.7m，腹板厚1.0m。

3#主墩施工方法
3#基礎(chǔ)位于水中，墩位處部分河床已侵入承臺范圍內(nèi)，因此在基礎(chǔ)施工前需進行河床的水下爆破清理。為快速形成鉆孔能力，保證長江汛期來臨以后鉆孔的安全性，同時考慮到主墩距離川黔線白沙沱橋距離較近，故采用先平臺后圍堰的方案。下塔柱采用翻模施工，中、上塔柱采取液壓爬模施工。下橫梁采用鋼管柱支架法施工，混凝土分兩次澆注，第一次澆筑總高度為4.0m的底板及腹板，第二次澆筑高度3.0m，下橫梁和同一高度范圍內(nèi)的塔柱同時澆注。上橫梁待與橫梁相交段塔柱爬模施工通過后，再搭設(shè)支架施工上橫梁，支架采用在塔柱上設(shè)置預(yù)埋牛腿和預(yù)埋件搭設(shè)現(xiàn)澆支架。

3#主墩下橫梁施工設(shè)計比較
以下擬對3#主墩下橫梁支架設(shè)計分別采用CAD設(shè)計技術(shù)及BIM設(shè)計技術(shù)進行的設(shè)計內(nèi)容進行比較。

CAD設(shè)計方法
準(zhǔn)備工作：

➤ 繪制主塔結(jié)構(gòu)主要為下橫梁及下塔柱的三視圖，此結(jié)構(gòu)二維電子圖紙可從橋梁設(shè)計單位得到。

支架系統(tǒng)的布置：

➤ 下橫梁底模布置，可采用整體鋼模和木模，此時僅需確定模板高度;模板底部分配梁布置，此時也僅需預(yù)留一定的高度(常用的工字鋼高度);鋼桁梁的布置，主要是根據(jù)下橫梁斷面布置其間距，桁架的結(jié)構(gòu)形式需通過計算確定;鋼管立柱系統(tǒng)的布置，與鋼桁梁之間需預(yù)留一定的高度設(shè)置后期支架卸落的裝置，鋼管之間的間距需要與鋼桁梁共同計算考慮，保證兩者受力滿足要求，同時結(jié)構(gòu)形式簡便合理。

➤ 下橫梁支架布置出來后，即可與施工現(xiàn)場交流溝通，確定結(jié)構(gòu)所用鋼材的形式，就可進行具體設(shè)計。根據(jù)計算結(jié)果可分幾大塊進行獨立設(shè)計，主要包括承臺上設(shè)置的預(yù)埋件、鋼管立柱系統(tǒng)、卸落結(jié)構(gòu)裝置、鋼桁梁、模板系統(tǒng)、邊支點等。各部分設(shè)計完成后，在總布置圖上將各結(jié)構(gòu)進行重新組拼，進一步檢查確定各部分之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)問題各部分重新修改設(shè)計，重復(fù)上述過程直至結(jié)構(gòu)完善，最后打印出圖，設(shè)計任務(wù)完成。

BIM設(shè)計方法（從上而下設(shè)計）
準(zhǔn)備工作：

➤ 根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)圖紙繪制三維BIM模型，由于目前國內(nèi)橋梁設(shè)計單位無可直接用于設(shè)計的三維BIM模型，此工作量較大。

支架系統(tǒng)的布置：

➤ 底模系統(tǒng)的布置，此時僅需布置模 板的中心線或者定位線，同時定義模板系統(tǒng)與下橫梁底面的邏輯關(guān)系;模板底部分配梁的布置，僅需布置分配梁的中心線，同時定義分配梁與模板底面、分配梁之間的邏輯關(guān)系;鋼桁梁的布置，需布置鋼桁梁的骨架線，定義其與上面分配梁的邏輯關(guān)系，由于分配梁數(shù)量較多，定義邏輯關(guān)系時需要一定的技巧，同時定義多片鋼桁梁間的邏輯關(guān)系;鋼管立柱系統(tǒng)的布置，從上而下定義出各節(jié)段鋼管的軸線，并定義各鋼管與鋼桁梁及承臺預(yù)埋件間的邏輯關(guān)系。上述過程中需要對每根桿件進行命名且名稱不能重復(fù)。

具體設(shè)計：
結(jié)構(gòu)布置完成后，將模型信息進行共享，該工程施工設(shè)計項目其他成員根據(jù)此數(shù)據(jù)信息進行各分部的具體設(shè)計，設(shè)計過程中可適時的保存數(shù)據(jù)信息，其他成員可立即獲得最新修改信息，再對自己所負責(zé)的分部進行調(diào)整。三維BIM模型設(shè)計完成后，再對各部件及零件出工程圖。設(shè)計任務(wù)完成之前重復(fù)修改設(shè)計的過程比較少或者不會出現(xiàn)。

BIM設(shè)計方法（從下而上設(shè)計）
根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)圖紙繪制三維BIM模型，根據(jù)以往類似結(jié)構(gòu)將支架拆分為多個零件，并繪制成多個零件圖，同時對零件進行命名，再對繪制好的零件進行逐個裝配，裝配的過程中逐一定義各零件間的邏輯關(guān)系，同時調(diào)整各零件的定義參數(shù)的具體數(shù)值，使之滿足總體設(shè)計，BIM三維模型設(shè)計完成后，再對各部件及零件出工程圖。

CAD與BIM在修改設(shè)計工程中的比較：
➤ 假設(shè)已分別采用CAD技術(shù)及BIM技術(shù)設(shè)計將下橫梁支架設(shè)計完成。以下橫梁支架中的鋼管立柱系統(tǒng)需要進行修改設(shè)計，分別采用CAD二維和基于BIM的三維軟件進行設(shè)計修改比較。

下橫梁支架中鋼管立柱立面（修改前）
由于某種原因鋼管立柱下部立柱間距減小3m，外面一排鋼管由豎直變成傾斜，鋼管立柱系統(tǒng)細部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的有：立柱A2結(jié)構(gòu)(含底部連接法蘭)、立柱C2結(jié)構(gòu)(含底部連接法蘭)、連接系A(chǔ)1結(jié)構(gòu)、連接系A(chǔ)2結(jié)構(gòu)等。

采用CAD二維設(shè)計時，先在總布置圖進行修改，再到各個具體結(jié)構(gòu)詳圖中修改，涉及到修改地方較多，往往會出現(xiàn)有些地方已經(jīng)修改，某些局部由于人為疏忽而未修改，造成圖紙前后不對應(yīng)的情況，這就要求設(shè)計人員和圖紙審核人員非常認真仔細的核對。

采用基于BIM的三維軟件設(shè)計時，先在三維模型中進行修改，由于構(gòu)件名稱是一一對應(yīng)的，需要對桿件重新命名編號，在對細部結(jié)構(gòu)連接法蘭處理也較困難，由于結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)工程圖中需要重新生成。在三維模型修改時，特別是在細部結(jié)構(gòu)處理時所耗時間精力較多，在材料統(tǒng)計方面，模型雖然可以自行生產(chǎn)，但與傳統(tǒng)表述還有一定的差異，還需進一步修改，同時還需要對新增的結(jié)構(gòu)零件進行出工程圖。

但是如果設(shè)計方案修改方向相反，即外側(cè)鋼管由傾斜變成直立，采用基于BIM的三維軟件設(shè)計將會非常方便快捷。

3、BIM應(yīng)用于橋梁施工設(shè)計的總結(jié)及展望

通過與CAD設(shè)計技術(shù)的比較，在現(xiàn)階段BIM設(shè)計技術(shù)還無法完全取代CAD設(shè)計技術(shù)。BIM是一個全新的理念，涉及到一系列的改革和創(chuàng)新，國內(nèi)尚無與之配套的軟件，國外主流的軟件與國內(nèi)實際工程不是很配套，由此造成的工作效率遠遠不及CAD二維設(shè)計，設(shè)計人員使用的熱情不高。BIM的三維模型信息多，初次設(shè)計建模時所耗時間精力較多，且不能快速出成果。

對待一些特別復(fù)雜的施工結(jié)構(gòu)，采用BIM進行設(shè)計，需要處理大量的邏輯關(guān)系，對于設(shè)計員在短時間內(nèi)無法在設(shè)計過程中一次理清，同時由于當(dāng)今工程建設(shè)的工期非常緊迫，設(shè)計人員假如使用BIM軟件將無法按時完成設(shè)計任務(wù)。

建立三維模型需要的電腦硬件配置很高，目前設(shè)計人員所用電腦硬件的更新遠遠跟不上基于BIM三維軟件的更新速率，直接造成繪圖速度降低，同時容易給設(shè)計人員造成情緒性的抵觸。

但隨著BIM在其他行業(yè)不斷應(yīng)用，實用價值會不斷地體現(xiàn)出來，同時國內(nèi)基于BIM的三維軟件也會不斷涌現(xiàn)，BIM終將會被橋梁施工界所接受及認可，加之國內(nèi)工程建設(shè)的速度將逐步放緩，從快速施工轉(zhuǎn)變成精細化施工，BIM設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用更是迫不及待。橋梁施工設(shè)計人員應(yīng)該走在工程建設(shè)行業(yè)的前頭，要敢于接受新東西，敢于應(yīng)用新技術(shù)行，敢于接受新技術(shù)的挑戰(zhàn)。

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