建築資訊模型BIM輔助家源橋設計

石晉方 技師、王玆為 技師、王大衡 技師、黃文靖 處長 

公路總局第四區養護工程處，「台7甲線3k+505家源橋改建工程委託設計、測量及地質探查服務工作」，是台灣非建築類的橋梁工程，應用建築資訊模型BIM的第一個案例。本文透過設計過程記錄，分享BIM如何協助橋梁的規畫與設計。本案是建業工程顧問有限公司(http://www.genyeh.com.tw/)承攬設計，BIM部分由頂尖國際顧問有限公司(http://www.toc.com.tw)負責。

本工程位於現有舊家源橋下游側，新建長約310m、寬約12m橋梁，二側橋台端引道改善長度各約100公尺，工程總長度510公尺。本工程依據公路設計規範五級路、山嶺區用地寬度20公尺、有效路基寬度9公尺之標準辦理。工程概估建造費為1億6仟萬。橋梁實際位置、長度、寬度、引道等設計內容，將透過Building Information Modeling(BIM) 協助規劃及設計。

圖1  台7甲線3k+505家源橋

所有路線設計，縱、橫斷面、各排水出入口、鄰路房舍等高程，經實際調查測量，並依原契約規定之圖說，將結構物套入地形圖內。採Autodesk Revit 3D展繪，3D繪圖之精度與契約要求之縱橫斷面一致。並於歷次會議中檢核因路線超高或特殊地形因素所產生之問題，進而研議解決方案。3D展繪含橋梁、排水等所有工區內結構物之組合。

本案分設計原則階段、初步設計階段、細部設計階段。各階段對BIM之要求及達到之效果分述如下：

設計原則階段

1.以3D模型研擬設計規劃(含橋型、景觀等相關方案)，並以視覺化表達工程與周遭環境相互關係。

2.依據土木大地規劃及測量資料，建立符合大地座標之地形，及相關周圍道路與建設之「3D工程資訊模型」(包含道路前後左右上下空間，具有影響本案設計判斷之地貌、地物等位置資料及高程均納入，包括：土地、建物、道路、排水設施、民生管線（自來水、瓦斯、電力、電信等）及其他構造物等設施)，模型範圍為工程起訖點前後各20公尺，寬度自計畫道路中心，向二側各推至少計畫寬度、或現有道路寬度之一半之距離，再增加20公尺。

圖2  視覺化表達工程與周遭環境相互關係

初步設計階段

1.依設計原則階段核定「工程模型效益範圍」之「3D工程資訊模型」之路型方案。本案原先有二個位址及二種橋型。二個位址是(a)緊鄰原橋的下游處及(b) 遠離原橋的下游處。二種橋型是混凝土橋及鋼橋。利用「3D工程資訊模型」視覺效果的協助，最後採遠離原橋的下游處的混凝土橋為核定方案。

2.BIM模型建置項目，包含地上結構物之橋梁、橋面道路、平面道路、橫交路口……等項目，建置於符合大地座標之地形上。

圖3  項目建置於符合大地座標之地形上

細部設計階段

1.「3D工程資訊模型」提供全線道路虛擬實境巡航檢核、3D視圖及動畫製作。

圖4  全線道路虛擬實境巡航檢核

2.「3D工程資訊模型」可查詢各模型構件相關設計資料，包括構件之名稱、編號、定位、尺寸、性質、材料規格及高程等資料，並預留擴充施工階段，施工乙方建置履歷過程等各項資料。

圖5  建置施工履歷過程等各項資料

3.由「3D工程資訊模型」輔助檢核工程數量、土方數量及道路基本法規驗証。

本案的地形是透過Lidar3D Laser Scanning測量，所得的大地座標測量點，簡化轉成等高線CAD圖。再將此等高線Autocad圖，插入Revit中轉為敷地。故所得敷地可以與橋梁結合做為土方挖填的參考。

圖6  土方挖填的參考

4.複雜結構體內部配置之局部「3D工程資訊模型」，以利改善施工困難問題。例如面向上游的右側引道，因截彎取直而必須設擋土牆。從引道的工程起點至橋梁端的擋土牆，是從Z型漸變為L型如圖7。其變化光是用2D平面圖很難理解。利用BIM 3D視覺如圖8，讓所有參與本案的其他人員，可以很快了解擋土牆型式，而展開更深入的探討。

圖7  Z型漸變為L型2D擋土牆		圖8  是從Z型漸變為L型3D擋土牆

結論

  BIM技術將2D圖紙3D化，有助於相關單位快速了解工程與各界面相互關係，在規劃設計階段，採用BIM模型於橋梁規劃及設計有以下效益：

　a. 規劃設計初期，利用BIM模型可檢核設計路線與現地相對關係，藉以評估規劃路線之合理性。

　b. 藉由BIM橋梁模擬完工後之交通標誌移設及路口佈設，使管理單位了解移設位置是否適當。

　c. 將路權範圍及野生動物保護區範圍，建置於BIM模型中，可輔佐相關單位了解工程範圍之合理性及可行性。

　d. 將結構分析軟體所建立之模型與BIM模型整合後，可使橋梁結構各斷面快速展示於會議中，有助於檢討結構配置合理性。

Reference

1. https://www.pcc.gov.tw/pccap2/TMPLfronted/EngIndex.do?site=004

2. http://www.thb.gov.tw/sites/en/

3. http://www.autodesk.com/products/revit-family/overview

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Lidar

5. http://www.midasuser.com/

6. http://www.autodesk.com/products/robot-structural-analysis/features/all/list-view