BIM技術在橋梁工程中的應用分析

【摘要】BIM（建筑信息模型）技術是具有可視化、協調性、全生命周期性的一種管理模型，能夠有效進行建筑工程行業的信息集成、交互及協同工作，在建筑行業發揮著越來越重要的作用。橋梁是交通系統的節點，橋梁工程對經濟、安全、質量與壽命等方面要求較高，將BIM技術應用到橋梁工程中十分必要，通過研究分析BIM技術在橋梁工程設計、施工和運營階段的應用現狀，發現BIM技術運用在橋梁工程中能夠極大提高設計、施工效率，延長橋梁使用壽命，降低維護成本。

【關鍵詞】橋梁工程;BIM技術;設計階段;施工階段;運營階段

現代社會已經進入信息化和智能化時代，信息技術在許多行業都發揮著重要作用，極大提高了生產效率。相對其他行業，信息技術在建筑工程領域的應用相對落后，在橋梁工程上的應用就更加滯后，隨著橋梁工程項目的不斷復雜，傳統技術在勘測處理數據、設計圖紙、建筑物可視化、施工管理、工程造價、運營管理、監控及養護等方面造成了人力、物力以經濟的極大浪費和損失，因此建立一個完善的信息系統或平臺就十分迫切。BIM技術的出現可以很好解決這些工程問題，BIM技術能夠提高橋梁建設過程中的施工效率和安全性，降低成本、延長橋梁使用壽命并對運營階段的安全進行實時監測。本文通過研究BIM技術在橋梁工程設計、施工、運營階段的應用，發現BIM技術的優勢，并對BIM技術的發展進行展望。

1、BIM技術介紹

建筑信息化模型（BIM）是一個完整的信息模型，能夠將工程項目全生命周期各個不同階段的工程信息和資源集中到一個模型中，被工程各參與方使用。通過三維數字技術模擬建筑物所有真實信息，為工程設計和施工提供相互協調的信息模型以達到設計施工一體化，各專業協同工作，降低工程生產成本，保障工程按時按質完成[1]。BIM技術核心是利用計算機建立工程項目的三維模型，利用數字信息化技術，將完整的實際工程信息添加到模型中去，形成一個工程信息庫。這個信息庫包括工程主體構件的幾何信息、物理信息、專業屬性信息和狀態信息，還包含空間、時間、運動行為等信息，這些信息形成一個完整的具有極強邏輯性和層次性的信息系統，管理著工程生命周期的全部信息。在設計階段，施工階段、運營管理階段、工程出圖、工程量計算、施工成本計算、工程方案模擬等工作中發揮重要作用。BIM技術工作結構如圖1所示。

2、BIM技術在橋梁工程中的應用

2.1 BIM技術在橋梁工程設計階段的應用

橋梁工程設計階段，工作量大，不僅要完成方案設計還要完成建模計算，以往建模計算，都是利用圖紙對模型進行多次優化調整，效率低下。BIM技術可以將建模模型和計算模型互相關聯或整合成一個數據模型，大大提高工作效率，主要體現在快速建模、模型計算、圖紙輸出和工程量統計等工作上。

2.1.1 快速參數化建模

在橋梁工程中考慮到BIM系統實現的復雜性、操作的易用性、處理速度的可行性、軟硬件技術的支持性，參數化建模是BIM得以真正成為生產力不可或缺的基礎。BIM技術應用于設計第一步就是要進行參數化建模，將橋梁上部結構和下部結構分類，統計分析總結同一類別構件的參數化表達方式，將構件的標準圖以及相關參數輸入到Revit系列軟件里，進行參數化建模，然后利用前期測量的地形地貌和路線走向，確定橋梁工程規模和中心樁號，將中心樁號、橋梁跨徑、樁斜交角度、橋梁上下部結構形式等一系列信息輸入設計平臺，最后調取Revit系列軟件構件庫中橋梁全部結構的三維構建信息，經過計算分析，快速建立三維橋梁模型[2]。

2.1.2橋梁模型計算

建立三維橋梁模型后就要進行模型計算，計算主要分為整體和局部模型計算。整體模型計算就是對橋梁整體結構的力學性能、抗震性能等進行充分的整體分析，以保障橋梁結構的強度和剛度的安全性。傳統橋梁結構分析時耗費大量人力、物力和財力，且由于人主觀意識的存在經常導致分析結果出現偏差，利用 BIM 技術中的分析模塊進行計算可以對橋梁結構部件設計不足之處進行修正，不但提高了設計效率，且保障橋梁結構的強度和剛度。局部模型計算就是對橋梁結構中復雜構造節點，利用 BIM進行建模導為 .sat 格式文件，運用有限元分析軟件進行受力分析，進一步判斷該節點設計的合理性，以判斷是否需要進行設計優化和調整[3]。

2.1.3二維圖紙輸出

目前我國建筑工程設計行業主要任務為生成工程的二維圖紙交付業主及施工單位。但是出圖任務繁重，傳統技術耗時耗力，利用三維 BIM 模型，可以直接生成二維圖紙，模型與圖紙的關聯性可以保證出圖的準確性和質量。由于現代橋梁設計的復雜性和注重對橋梁整體美感的追求，二維設計技術已不能滿足表達三維形態的立體多層次的效果要求，為了能夠精確表達復雜結構橋梁的幾何特征，三維設計是發展的必然要求，而利用BIM技術可以輕易實現三維設計。

2.1.4工程量統計

傳統橋梁工程量統計根據CAD 圖紙進行計，計算量大且易出錯，運用BIM技術可以迅速讀取儲存在BIM模型數據庫中的橋梁工程全部信息，進而對各個構件進行工程量計算，運用BIM技術可以根據構件設計變化隨時調整工程量計算值，實時進行工程成本估算、工程預算和工程決算。

2.2 BIM技術在橋梁工程施工階段的應用

BIM技術在工程施工階段就是將設計階段的信息與施工階段的信息進行結合，通過橋梁信息模型與時間因素結合，進行施工場地規劃、施工過程模擬與施工進度管理。

2.2.1施工場地的規劃

相比傳統技術運用BIM技術進行工程場地規劃具有形象、真實、快捷和方便修改的優點，通過Revit系列軟件分析導入三維等高線數據，通過放置高程點，設置地形材質，自動生成地形圖。然后進行草圖和表格編輯繪制建筑紅線位置，確定項目范圍。然后對項目的施工區域、道路、停車場、綠化等進行總體設計，最后完成場地配景。

2.2.2施工仿真模擬

運用BIM技術進行施工仿真主要將BIM模型、施工方案和施工進度集成建立一個基于空間信息與時間信息的模型，直觀、精確地反映整個工程的施工過程。工程人員可以在虛擬環境中對項目的重點、難點進行模擬，如對場地、工序、安裝模擬等，進而優化施工方案。通過BIM技術進行施工仿真模擬可以發現不同專業聯合施工中可能產生的技術和安全問題，及時進行調整優化，避免真正施工時再次進行現場協調，從而提高施工效率，保證施工安全性[4]。

2.2.3施工進度管理

施工進度管理是在項目實施過程中，為保證項目在滿足時間約束條件下實現總體目標，對各階段進展程度和項目最終完成期限進行的管理。BIM進度管理模型以建筑信息（施工圖、水文地質資料及其他建筑信息）、方案設計（施工技術方案、施工組織設計、安全專項設計）和施工技術等信息數據庫為基礎以4D數字模型為主體，創建可視化環境，對項目整體進度和階段進度進行場景模擬和動態優化分析， 實時調整施工順序， 完成施工建設資源合理配置， 保證項目整體進度，并對工程項目的各個階段進行實時跟蹤。除此之外還可以進行潛在風險評估，及時發現潛在危險， 提高施工安全性。

2.3 BIM技術在橋梁工程運營階段的應用

BIM技術的應用使橋梁工程的運營模式發生了極大改變。橋梁工程的運營管理主要通過搜集整個橋梁運營階段的信息，進行運營方案的優化、橋梁能耗的監測以及運營數據的分析。

2.3.1運營方案的優化

BIM技術運營管理系統，結合設計階段的橋梁信息化模型和以及施工階段信息數據制定運營方案。再通過協同工作平臺與設計、施工等單位進行交流，在運營前完成對擬定運營方案的改進和完善，以提高運營期間管理效率，減少因運營方案制定缺陷導致的事故，保證橋梁安全運營，節省運營成本[5]。

2.3.2橋梁的能耗監測

橋梁運行期間，能耗監測是保證橋梁使用壽命的重要手段。運用 BIM 技術進行橋梁能耗監測能夠實時記錄橋梁所有設備的耗能數據和信息，然后將統計數據上傳到能耗評估平臺，根據顯示的數據信息和實際工程需要，評定能耗合理性，制定符合該橋梁工程項目的優化節能方案，保證橋梁能耗控制在最低水平。

2.3.3運營數據的管理分析

橋梁運營過程會產生大量數據，實時記錄、整理、分析這些數據是運營階段工作開展的基礎。運用BIM 技術可以將所有數據資料進行統一整理分析，隨時對數據和信息進行修改和更新，保證信息完整性和可靠性。BIM技術還能夠和 “云”計算技術結合，建立數據共享平臺，實時上傳橋梁運營管理數據，管理人員根據最新的橋梁運用數據進行決策，保證橋梁管理高效性。

3、結論與展望

BIM技術在橋梁工程設計、施工和運營階段的應用極大提高了工作的信息化和網絡化，確保了工作的效率和質量，使得工程管理更加科學安全具有全局性，保證了橋梁工程的使用壽命和結構可靠性。

BIM技術在橋梁工程的全面普及應用需要政策支持，政府應鼓勵BIM技術發展的財政支持。需要人才支持，各個工程院校和企業應注重BIM系統知識的學習，注重BIM人才的培養。未來BIM技術發展要和大數據相結合，建立完整的橋梁工程行業的數據庫，對整個橋梁工程領域實現統籌管理。

參考文獻：

[1]宋斌.BIM技術在高大模板工程中的應用研究[D].東南大學，2016.

[2]李興.基于BIM平臺的橋梁工程設計與應用[D].北京建筑大學，2017.

[3]劉智敏，王英，孫靜，等.BIM技術在橋梁工程設計階段的應用研究[J].北京交通大學學報，2015，39（06）：80-84.

[4]洪磊.BIM技術在橋梁工程中的應用研究[D].西南交通大學，2012.

[5]李亞君.BIM技術在橋梁工程運營階段的應用研究[D].重慶交通大學，2015.

作者簡介：

楊振藝，重慶第二外國語學校，重慶。