公路橋梁BIM技術應用與發展趨勢

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是一種基于三維模型的智能工作方式，以建筑工程項目的各項相關信息數據為基礎，建立建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，能夠創造、發掘和保存建筑設計、施工、運營全流程中的各項數據。在3D模型的基礎上，附加時間因素，就可以將模型的形成過程以動態的3D方式表現出來，就能夠綜合施工過程模擬與管理兩個要素，能夠對項目的招投標以及施工管理等多方面起到很大的幫助作用。BIM具有可視化、協調性、參數化和模擬性等特性，使得BIM技術迅速在工程建設行業中得到了大規模的應用，被認為是繼CAD之后工程建設行業的第二次革命。橋梁工程作為土木工程的一個重要分支，具有結構多樣和施工環境多變的特點，BIM技術在其中的應用尚處于探索階段。

一、國內BIM發展與應用現狀

(一)新建橋梁BIM運用

我國的BIM技術與美國等普遍應用BIM技術的國家相比，發展較晚。但目前整體呈現政府和企業雙管齊下，多渠道推動的態勢。如今BIM的應用內容和水平，已經成為工程項目招投標中評標專家重點考核的一項內容。

目前，國內學者及工程人員采用不同的設計軟件對BIM技術在設計階段的應用進行了不同橋型的嘗試。但是不難發現，他們目前所進行的研究尚處于初級階段，主要是通過不同軟件建立三維參數化模型，應用局限于項目演示、碰撞檢查、工程量統計和二維出圖等方面，對于核心建模軟件的確定、如何實現協同設計和模型數據如何傳遞到施工階段等關鍵性問題尚未進行深入研究。

BIM技術的應用對橋梁施工能夠起到一定的優化作用，但現階段BIM技術在施工過程中應用的層次較低，主要是利用3D模型解決部分關鍵節點問題，并未完整連續地應用于整座橋梁的施工過程，在整個橋梁建設過程中仍屬于輔助性的技術。

在現有的工程應用中，由于目前設計和施工單位都難以完全將BIM模型移交給運維單位，因而當前成功應用BIM技術對橋梁進行運營維護的案例為數不多。目前，國內主要是利用中國公路橋梁管理系統(即CBMS)對已建橋梁進行運營管理，但是由于管理制度的不健全和收集數據的不及時、不準確，致使CBMS先進性和實用性沒有得到充分的體現。

(二)已成橋梁BIM運用

我國橋梁特別是公路橋梁的養護管理已經積累了相當的經驗，但對橋梁的養護還存在“思想重視、技術不足”的現象。BIM技術在橋梁結構的運營階段具有一定優越性，如何進行科學的管理、合理制訂養護維修計劃、實時了解橋梁的運營狀態，以提高橋梁的服務水平是BIM應用的重點。應用BIM技術，對既有橋梁進行三維模型創建，以三維數字化的形式，整合橋梁既有條線三維模型和數據信息，實現對既有橋梁的直觀展示和竣工資料的綜合管理。并且，通過進一步采集橋梁運行過程中的動態數據，形成既有橋梁的運維管理數據庫，圖形可視化展示既有橋梁的運維管理過程及結果，為既有橋梁維護策略、健康狀態評估提供數據依據。

結構化工程數據資料，建立完整的橋梁技術檔案。既有橋梁BIM模型的構建過程是在CAD竣工圖紙的基礎上，結合現場實際情況，利用BIM系列軟件分別對橋梁的結構、機電、給排水、消防等專業進行BIM信息構建，針對橋梁的實際管理需求，對子系統進行重分類，并進行結構化梳理，形成健全完整的數據庫，便于二次利用，為既有橋梁維護策略、健康狀態評估提供數據依據，滿足管理單位不同層級和部門的管理需求。

精確的維保工作量統計，進行維保合同成本評估。通過既有橋梁BIM模型，可以快速對構件、設備數量，橋面面積進行統計分析，大大減少繁瑣的人工操作和潛在錯誤。通過BIM獲得的準確的工程量統計可以用于維護過程中的成本估算、在預算范圍內不同維護方案的探索或者成本比較，選擇符合需求的維保供應商。

災害應急模擬，優化應急預案。利用BIM及相應災害分析模擬軟件，可以在災害發生前，模擬災害發生的過程，分析災害發生的原因，制定避免災害發生的措施以及應急預案。當災害發生后，BIM模型可以提供救援人員緊急狀況點的完整信息，這將有效提高突發狀況應對措施。

二、BIM技術的發展趨勢

BIM對建筑行業帶來革命性的影響，隨著BIM技術的深入應用和研究，將進一步細化建筑行業的分工，并能夠實現三維環境下的協同設計、協同管理、協同運維，空間模型與環境資源信息深入整合。不遠的將來將結合高水平的虛擬現實技術，實現全生命周期管理。公路橋梁BIM技術在未來的發展預計將有以下幾種趨勢：

(一)無線網絡傳感器的監控

現在可以把監控器和傳感器放置在橋梁結構物的任何一個地方，針對橋梁結構的撓度、應變、自振特性等參數進行監測。然后，再加上溫度、空氣質量、濕度信息和其他的控制信息。這些信息通過無線傳感器網絡匯總之后，提供給工程師就可以對橋梁結構的現狀有一個全面充分的了解，從而對運營階段的管養方案提供有效的決策依據

(二)云計算技術的應用

不管是建設成本、運營適用，還是結構分析，針對一些信息的處理和分析都需要利用云計算強大的計算能力。甚至，我們渲染和分析過程可以達到實時的計算，幫助設計師盡快地在不同的橋梁設計和解決方案之間進行比較。

(三)無人機橋檢的實現

無人機和傳感器配合對待檢橋梁結構拍照或者錄像和數據采集等，利用BIM技術對采集到的圖像信息進行整合，自動生成結合人工修補構建出實景模型。再將傳感器和應變片采集到的數據整合，形成一個集數據采集，整理，分析，報告為一體的橋檢系統。目前已有這方面的初步研究。

(四)協作式項目交付

BIM 的完美實施，必須通過制定協作式的工作流程來保障，這種流程的再造改變了傳統的設計方式，也改變了項目執行的方法，它通過協作將設計師、工程師、承包商、業主的合作變成扁平化的管理方式，通過成果分享，匯聚所有參建方參與其中，在項目的全生命周期中實現BIM的最大價值。

三、結語

BIM 是對傳統的建設工程生產模式的一場革命，為項目的生產和管理提供了大量的數據信息，并作為大數據載體，在信息管理系統的協助下對企業的運營和項目管理提供有價值的決策依據。相信隨著BIM技術的不斷發展，BIM一定能在公路橋梁領域體現它的優越性，增加橋梁設計、施工、運維人員的幸福指數。