近年來，BIM應(yīng)用在建筑領(lǐng)域相關(guān)的案例上越來越多，解決方案也較完備，而在橋梁或是道路等基礎(chǔ)建設(shè)工程領(lǐng)域上，成熟度不高，仍有很大的發(fā)展空間。目前，盡管產(chǎn)業(yè)界對于道路橋梁等基礎(chǔ)建設(shè)信息塑模的需求與日俱增，但道路橋梁的案例卻偏少，且多以設(shè)計階段應(yīng)用為主，而現(xiàn)有的道路橋梁建模工具也較不完善。近來，臺大土木系工程信息仿真與管理研究中心（簡稱臺大BIM 研究中心）與利德工程股份有限公司進行產(chǎn)學(xué)教育合作，探究在橋梁施工中應(yīng)用BIM技術(shù)的可行性 ，并評估BIM技術(shù)所帶來的效益。

需求日增 案例偏少

BIM 技術(shù)提供工程團隊的信息是以信息模型為核心，再分享至工程中的每個角色。如此一來項目團隊間能夠有明確的可視化媒介進行討論，改善以往透過2D 圖紙溝通容易產(chǎn)生誤解和缺漏，進而避免后續(xù)可能產(chǎn)生的沖突。除此之外，BIM 也能提供數(shù)量估算、施工進度仿真（4D）和成本預(yù)估，提升工程項目對人力和物料的掌控。

這樣的技術(shù)雖帶來了有別于以往的效益，然而目前都以一般建筑作為主要使用對象。一般建筑物具有垂直的發(fā)展特性，涵蓋區(qū)域范圍較小，當(dāng)前的BIM 軟件如Revit，也是針對這些特性發(fā)展出相對應(yīng)的功能和對象，例如梁、柱、樓板、墻等，這些基本組件是構(gòu)成一般建物的主要元素，然而在道路橋梁等基礎(chǔ)建設(shè)土木工程上，這些對象反而不是主要的，甚至常無法直接適用。另外，在BIM 軟件中，“樓層”為一項非常重要的屬性數(shù)據(jù)，它是建筑模型切分的基礎(chǔ)，同時能直接生成需要的圖資。但是在土木工程上，“樓層”這項信息即失去了意義，道路橋梁工程大多具有水平帶狀性且地域廣大，不少組件無法從現(xiàn)有軟件自帶功能中獲得或建置，因此，如何有效的應(yīng)用國內(nèi)常用的BIM 軟件于橋梁工程，成為本次研究案例的一大課題。

高度參數(shù)化 簡化操作

橋梁工程的建模概念和一般建筑有所不同，一般建筑比較偏向用放置組件的方式來建構(gòu)整體模型，橋梁則是以線型（Alignment）為一切基準(zhǔn)，不論是坐標(biāo)、高程、尺寸，甚至到細部的泄水坡度和超高，都是以線型為參考進行衍生，也因此參數(shù)化在這個案例就成為最重要的一個環(huán)節(jié)。參數(shù)化所帶來的幫助主要分成兩部分，第一部分是減少重復(fù)性操作并提高準(zhǔn)確度，第二部分則是增加自動化的可能性。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋模型架構(gòu)示意

以預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋為例，主要分為節(jié)塊、橋墩、基礎(chǔ)、假設(shè)工程的施工架和工作車這幾類，類型較為集中，因此像橋面這類模型就可以利用單一模型進行復(fù)制，再微調(diào)細部尺寸組成整段橋梁。這種做法需要高度的參數(shù)化，只要將需要的參數(shù)都設(shè)定完成之后，就能簡化建立模型的重復(fù)性工作，不需要一段一段以手動方式建立節(jié)塊，而是可以利用已經(jīng)完成的一塊參數(shù)化模型復(fù)制出全段橋梁，并在過程中透過參數(shù)調(diào)整使模型與圖說一致。整個模型的建立過程省去了許多手動操作的部分，不僅減少時間的消耗，也提高一定的準(zhǔn)確性，因為在拉參考線測量、畫線、組成面、建立實體的每個步驟中，都存在著錯誤的可能性，而此處只需要輸入?yún)?shù)就能夠完成模型。

圖2 全橋模型

另一方面，在調(diào)整參數(shù)的同時，先是依照著圖中的尺寸建立模型組件，但此時尚未給予每個模型確切的擺放位置，因此需要一個自動化的流程定位每個組件?？梢允褂肦evit 自適應(yīng)組件的功能和Dynamo 的節(jié)點協(xié)助達成此任務(wù)，并利用Excel 輸入各個節(jié)塊的定位坐標(biāo)，并透過Dynamo 將Revit 的自適應(yīng)組件放置在輸入坐標(biāo)上，如此一來就能將各模型定位在正確位置上。此外，如果要更進一步增進建置模型的效率，也能將調(diào)整參數(shù)的工作交付給Dynamo，先讓每個節(jié)塊的參數(shù)依照里程數(shù)區(qū)分，在Excel 中輸入坐標(biāo)信息后，再讓Dynamo 抓取這些參數(shù)放入到該里程數(shù)上的模型中，讓整個工作流程高度的自動化，大幅減少人為操作部分。

盡管自動化看似容易，但其困難處在于整體參數(shù)設(shè)定的流程。因為橋梁的梁深與翼板的二次拋曲線及剛體旋轉(zhuǎn)的部分有一定的復(fù)雜度，使得高度連動的幾何參數(shù)的自動設(shè)定出現(xiàn)了問題，再加上Revit 軟件本身也有不少限制，因此，需要經(jīng)過反復(fù)的嘗試并更換多次的建模邏輯和順序后，才能順利完成給定參數(shù)的環(huán)節(jié)。除了設(shè)定參數(shù)花費較多時間外，還有建模前的數(shù)據(jù)處理，也需要人工將廠商所提供的圖紙等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)據(jù)。這兩部分可說是整個橋梁建模過程中最為耗時的階段。然而，有了方便的流程后，接下來所省下的時間遠大于其所花費的。以一個柱頭為例，一般手動建?？赡苄枰?0 個小時以上，而在程序自動化的輔助下，能將時間壓縮在大約4 小時左右，這十倍上下的差異，也說明參數(shù)化在BIM 建模上的巨大效益。

3D展示 提升效率

而在假設(shè)工程方面，以預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋為例，所涵蓋的部分主要分為支撐架、施工便橋與構(gòu)臺，以及模板系統(tǒng)。柱頭的位置決定建造的工法，河道上的柱頭采用的是箱形梁懸臂工法，其下包含重型和輕型支撐架穩(wěn)固基底；而岸上的柱頭則是用場撐懸臂工法，由于離地較低且不受水的影響，以輕型支撐架樁為主。在BIM 模型的建置上，每個柱頭的支撐架數(shù)量配置都有不少差異，且輕型支撐架需要隨著節(jié)塊的高度做調(diào)整，對模型的需求程度，就成為一大課題，因為模型的細致度以及精準(zhǔn)度皆會影響這些大量模型的建置。在實作前，評估過Dynamo 是否適合應(yīng)用于此類假設(shè)工程，但因每個節(jié)塊的配置變化大，且僅有圖文件數(shù)據(jù)可供參考，推估使用Dynamo 與手動完成的時間相比效益并不會太顯著，因此建議選擇使用自定義組件的方式，并根據(jù)工程圖逐項在Revit 中完成。另外一項較為耗時的假設(shè)工程則是模板系統(tǒng)。在模型中模板須貼附于節(jié)塊的腹板與底板，由于大多數(shù)的節(jié)塊表面隨線型而變化，因此在工具的選擇上亦使用了自適應(yīng)組件，根據(jù)板面的不同條件刻制出適合的模型，如此便可直接在項目中透過點擊面的角點，直接生成出帶有厚度的不同模板。

圖3 通過模型進行假設(shè)工程組裝與配置示意

在鋼筋的部分，可以使用Tekla 來建模。在建鋼筋模型的過程中，配筋圖看似容易，但因節(jié)塊模型外觀幾何會隨著線型不斷變化，并不像一般建筑的梁柱那么方正，可立刻從模型中看出很多鋼筋銜接的問題，需要不斷地將問題回報給廠商進行檢討。而鋼筋的建置是依鋼筋編號分組為單位進行，在每個節(jié)塊的配置雖然相同，但由于節(jié)塊本身量體的差異，仍需逐項建立每個節(jié)塊的鋼筋，且一旦有設(shè)計變更，每個節(jié)塊也都需修改，因此未來考慮透過API 的方式解決重復(fù)操作的問題。在項目的后期，從與營造廠商頻繁的討論以及在施工現(xiàn)場的交流中得知，3D 展示是營造端目前最重視的環(huán)節(jié)，對他們來說，最重要的是能夠用更直觀的方式提升溝通效率，且借由BIM 的施工模擬提前得知問題何在，進而在施工前就將其排除，省去以往工人依圖說組裝時試誤所浪費的時間與材料，這一點對他們的幫助最大。此外，滿足正確尺寸、坐標(biāo)、高程及符合施工項目拆分需求的模型，其數(shù)量計算也能協(xié)助廠商進行物料控管的檢討。

圖4 節(jié)塊鋼筋的模擬分類與銜接處的檢查

貼合實際 開發(fā)程序

如要將 BIM 工具用于橋梁施工上，需要大量的參數(shù)化與輔助程序的開發(fā)。而從設(shè)計到施工間的流程中，亦發(fā)現(xiàn)了一些未來能夠再加以改善的部分，例如圖紙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模型的效率。在傳統(tǒng)的2D 施工圖上，一些營造廠所需要負(fù)擔(dān)的工作，像是剛體旋轉(zhuǎn)的計算、混凝土塊漸變段等，都不會直接呈現(xiàn)在圖面上，使得很多時候需要經(jīng)過不斷的圖說比對，才能漸漸理解設(shè)計的邏輯，也因此降低了建模上的效率。假設(shè)能夠直接抓取圖說數(shù)據(jù)，如線型坐標(biāo)、斷面輪廓等，先將整段橋梁模型自動生成，再利用模型進行剛體旋轉(zhuǎn)、泄水坡度等施工面向的信息產(chǎn)出，相信對于營造廠而言將能節(jié)省許多的時間，也可降低在人工計算可能造成的錯誤。

當(dāng)然，若是將來針對橋梁工程有更好的 BIM 設(shè)計軟件，可以讓設(shè)計直接在3D BIM 環(huán)境中進行，甚至有為橋梁施工的BIM 應(yīng)用軟件，就可以省下現(xiàn)今許多的信息轉(zhuǎn)換成本。另一方面，建立假設(shè)工程的過程中常常因為現(xiàn)場高程與圖紙上的差異，而讓鷹架與千斤頂?shù)燃僭O(shè)工程中的必要組件在高程上與現(xiàn)場有所差異，因此建置一個可配合實際高層變化的快速假設(shè)工程配置程序或系統(tǒng)，是未來可考慮發(fā)展的項目。而對營造廠來說，BIM 所提供最大的幫助在于鋼筋綁扎的順序仿真，因此，接下來可以考慮在Tekla 中建立各個鋼筋的順序標(biāo)號，并利用4D仿真預(yù)演施工順序。再者，橋梁BIM 模型應(yīng)用主要只達到3D 展示和模擬的階段，未來如果能再提高BIM 的使用深度和廣度，就有機會利用BIM 模型進行自動化質(zhì)量驗證，也就是將產(chǎn)出信息用于法規(guī)檢討或是驗證，確保信息的可信度，進而將該信息作為后續(xù)橋梁維護管理之用。