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Bentley BIM

BIM在美国爱荷华州I-80/380重建项目上的应用

时间:2020-09-18  浏览次数:2306次  字体: 【大】 【中】 【小】  【关闭】

随着设计水平的不断进步,美国各地的试点项目正在向人们证明,道路和桥梁工程的二维图纸时代即将结束,人们不再总是需要这些打印的纸张。正如几十年前CAD取代了手绘设计一样,一种用于基础设施规划、设计、施工和资产管理的新技术正在出现——用于基础设施的建筑信息模型(BIM)。

BIM带来的“兴奋”

如果使用得当,这些具有丰富信息的3D模型可以实现更高效、更复杂的设计,节省成本,并在项目资产的使用寿命中获得长期收益。但就像任何新方法一样,BIM也有“成长的烦恼”。

“我们正在引进一种我们都需要学习的新技术,”负责监管美国内布拉斯加州和爱荷华州桥梁项目,来自HDR公司的Todd Horton说,“一旦我们掌握这项技术,我认为,无论从成本上还是从建设角度来看,这都将是一个优势,可能会减少建设成本的超支……在二维图纸时代中,有些看不到或忽略的东西,比如公用管道和交通信号管道之间的冲突,在3D模型中将会变得很明显。这可能会使工程的前期成本和建设成本降到最/低。”

最近,爱荷华州交通部(IDOT)将一个大型州际项目作为在设计阶段中使用BIM的试点项目,而最终的目标是在所有项目中都使用BIM技术。通过爱荷华州的I-80/I-380重建项目,为项目决策者提供了有价值的见解,同时也说明了使用BIM的好处,以及更广泛地应用BIM所需的步骤。

IDOT的首席结构工程师Ahmad Abu-Hawash说:“我们的设计团队已经决定要做数字化。而我们长远的想法是,能够从概念设计的第/一个阶段,一直到后期的资产管理都可以持续地使用BIM。”

HDR公司为立体交通项目中的3座桥梁建立了BIM模型,立体交通项目是对州际公路高流量路段进行大规模的重建。随着项目的进展,IDOT决定使用一个模型作为法律文件包,即用BIM信息签名和盖章的合同来交付成果,取代传统的二维图纸交付。

BIM已经在建筑行业成功地应用了多年,但在基础设施领域,应用BIM会产生令人兴奋的可能性。例如改进设计的准确性、可构建性,以及更好的可视化,提高最终的资产管理能力,这些都是可以预期的好处。

接受项目的考验

位于爱荷华城市西北的I-80/I-380立交是爱荷华州最繁忙的交通路段之一。IDOT预期花费4.5亿美元用于拓宽和重建此路段,以减少在这里发生的翻车事故。HDR公司从早期规划阶段就参与了该项目,并在2016年底开始为立交桥提供设计服务。

IDOT基于工程进度和项目的复杂性,选择I-80/I-380改造项目作为使用BIM的试点项目。在桥梁的整个设计过程中包含了各种各样的挑战,例如弯曲钢梁的设计、复杂的超高过渡段、检查通道,以及美观的下部结构形式。而该项目的复杂性使得IDOT和HDR公司能够更好地评估所使用的软件,并了解在设计过程中创建BIM模型的益处。爱荷华州交通部和HDR公司通过Bentley软件创建了I-80/I-380交汇处的各种桥梁的BIM模型。


在设计过程中对两个现有的程序进行了测试。设计者在两个程序中对桥梁进行建模。他们首先使用Bentley软件公司的OpenBridge Modeler V8i (OBM),以较低的细节级别创建主要的桥梁构件,然后使用ProStructures V8i向模型中添加细节。

在整个模型的创建过程中,HDR公司的设计师一直与Bentley软件公司的技术人员保持联系,讨论如何构建模型、如何改进模型。并针对建模的效率问题,提出了解决办法。

OBM在设计的早期阶段最有用,那时不需要太高的细节级别。模板和表格可以用类似的组件,这样加速了部分建模的速度,并且允许模型在设计变更后可以得到快速的更新。当构件的参数改变时,模型会自动更新。但同时,更复杂的构件也带来一个问题,那就是在OBM中,例如墩帽和墩柱、矮墩和横隔板等构件,无法达到建模所需的高水平细节级别。这些构件还需要在后面逐一被添加到前面的结构模型中。

虽然这样做使结构的建模更加灵活,但也更费时,并难以实现实时的更新。主结构中的构件没有绑定到模板或表格中,这给用户在设计时提供了更多的灵活性。设计师能够创建这3座桥梁的几乎所有的细节构件,而且软件还能帮助工程师进行模型的冲突检测和可视化。但这也减缓了模型的更新进程,尤其在高细节级别上建模需要大量的时间投入。3D BIM模型能够实现高水平的细节级别,使利益相关者能够在数字领域中,将预想的现实完全地构建出来。


将模型作为交付成果

创建一个高度精/确、详细的模型是设计师的重要能力。但是,作为项目文档使用,模型中需要包含创建该桥梁时的所有信息,例如计划说明、表格、供应商提供的详细的产品信息等。

HDR的桥梁工程师Grant Schmitz说:“我们没有提供PDF格式的表格,而是将这些额外的信息作为链接包含在模型中。这让我们可以把所有的东西都融入到模型中。”

添加信息并不是设计师唯/一关心的问题。因为有些信息也是多余的。

建模软件默认提供的信息包括重要的数据,如材料属性、尺寸和施工说明。然而,许多显示的信息也是不相关的、重复的,甚至可能存在误导。为了增加清晰度,单元属性被修改得更简洁,只提供所需的数据。为了实现这一点,设计者使用了两个额外的程序:i-Model Transformer和MicroStation CONNECT。

三座匝道桥模型图中的匝道桥B,它的只读模型可以作为项目的交付成果,其中包含所有的链接文件、访问说明和推荐软件的完整列表。为了区别文件之间的差异,还创建了信息层次结构。


该项目中的3座匝道桥模型分别是:匝道桥BH,一座约244m长的钢板梁桥,并在一端分叉成匝道H和匝道B;匝道桥B,一座长197m的曲线钢板梁桥,下部由混凝土T形墩支撑;匝道桥H,一座长867m的三联连续曲线钢板梁桥,下部由混凝土T形墩支撑。

最初的计划是创建这3座桥梁的模型,仅作为数据信息,用来评估BIM软件。与此同时,仍为每座桥梁提供传统的2D平面图纸。这样,承包商就可以在施工过程中参考这些模型,并根据模型的使用情况提供反馈意见。然而,模型的使用极大地方便了工程师们的沟通与技术交底。因此,IDOT决定使用BIM,而不是二维图纸作为主要设计合同的交付成果。而项目的投标方可以接受Bentley软件的免费培训,而最/后中标的公司在签订施工合同后,可以选择购买软件的使用权。

这3座桥梁的承包合同于2018年7月31日正式生效,合同金额为3820万美元。在早期的软件使用阶段,反馈意见多集中于如何从BIM模型中更简便地提取信息。分包商和制造商几乎没有使用软件的经验,因此不能充分地使用BIM。通常情况下,主承包商会负责为他们提取相关的数据。但在某些情况下,这还涉及从模型的剖面图中创建一个二维的表格。

事实证明,在这个领域使用平板电脑也很困难。这不仅受户外工作环境的制约,也受软件的限制,因为这类软件是专门为移动终端设备而开发的。

尽管在早期的施工过程中使用BIM作为交付成果面临一些挑战,但这个过程也确实充满希望。正如预期的那样,建立的模型已被反复用于可视化,特别是在钢筋布置密度高的区域。同时,该模型也被用于创建复杂几何单元的模板。


一个历史性的转变

这个项目的目标是对一种新兴技术进行测试,找出它可以在现有方法上进行哪些改进,以及它本身还有哪些可以改进的地方。为此,IDOT和HDR公司在BIM软件的能力,以及BIM在当前道路项目中的应用等方面获得了宝贵的经验。

使用BIM需要制定新的工作流程,而不是传统的设计流程。爱荷华州交通部的最终目标是将BIM模型作为项目交付成果,并写入常规法律文件中。IDOT计划开始在内部使用OBM和ProStructures,“开发新的工作流程,确定我们的3D交付物。”IDOT的自动化工程师Annette Jeffers说。然而,需要重点考虑的是交付成果中必须包含哪些具体信息,以及必须在什么级别下创建BIM模型。

BIM改善了跨学科之间的沟通协调。在一些路线、管道的冲突检查,以及细节上的调整方面,使用BIM更容易追踪处理。在I-80/I-380项目中,这意味着将现有的、临时的和最终的构件细节级别,以及现有的和建议的线路排布都可以被纳入到BIM模型中。

3D模型中的质量控制与2D交付物中的质量控制是截然不同的挑战。Horton说:“检查一个大型模型也面临许多困难。”拥有精通新软件的资/深专家评审人员是很重要的,或者拥有一个清晰明了的流程,以明确评审人员在模型中(相对于传统的计划表)需要查看的内容。

至于BIM给基础设施领域带来的其他好处似乎还很遥远,但早期的使用者,如IDOT和HDR的设计者已经看到了它们的前景:

更便捷的信息共享时代即将到来。目前,工程师们正在努力为BIM创建一个新的开放数据标准,最终实现软件程序之间的互联互通。这将从根本上改善信息共享的方式,并提高工程建设者和其他相关人员获取所需的相关信息的能力。Horton说:“与传统的二维时代相比,这一模式将最/大程度地节省成本。”

三维模型的创建意味着,信息从设计者传递到承包商时,损失会变得更少。随着承包商们越来越熟悉软件和模型,设计师的意图通过模型会更加清晰地显示出来。3D模型能让承包商们准确地看到设计师们的想象。

随着时间的推移,基础设施领域的BIM应用将会更加便捷。Horton说:“最初,在BIM和3D模型上投入的时间可能会稍微多一些,但随着不断地探索,我认为会看到一些成本被节省下来,因为不必进行表单的开发,这本身就是一个耗时的过程。”

随着行业不断寻找新的提高效率的好方法,诸如此类的试点项目是帮助人们理解什么是最关键的,也是最/好的途径。这样的重大变化不会在一夜之间发生,但参与该项目的所有人都相信,BIM将在未来几年成为基础设施设计的标准。十年后,传统的2D设计可能会像手绘一样稀有。

“二十、三十年前,我们总是在纸上做任何事情,”Abu-Hawash说,“然后,CAD出现了,每个人都说,‘这太疯狂了,你为什么想要使用它?’然而现在却已经没人用纸来起草设计了。”

本文刊载 /《桥梁 · BIM视界》杂志 2020年 第3期 总第14期

作者 / AHMAD ABU-HAWASH等

资料来源 / 《Roads & Bridges》杂志2020年5月刊