BIM技術在上黃墩大橋全生命周期管理中的應用

王金華，陳松良，朱中全，陳勝杰

（1.武夷學院 土木工程與建筑學院，福建 武夷山 354300；2.南平武夷新區繞城高速公路有限責任公司，福建 武夷山 354300）

據交通運輸部發布的《2019年交通運輸行業發展統計公報》中數據顯示，截止2019年末，全國公路橋梁有8.783×105座，6.063×107m，比上年增加2.68×104座、4.949×106m，其中特大橋梁5 716座、1.033×107m，大橋108 344座、2.924×107 m[1]。從上述數據來看，近年來我國的橋梁建設速度和規模不斷刷新紀錄。每座橋梁因其建設場地條件、施工條件、建設工期等各不相同，使得每一座橋梁的建設具有獨特性、同時橋梁施工過程中具有很多的不確定性，使得橋梁工程建設施工質量難以控制、安全事故頻發等現象。

BIM技術始于美國，隨后在歐洲、亞洲等國家逐漸發展起來，因BIM技術具有可視化、可模擬性、協調性、可優化性等優點，使其在建筑業中得到廣泛的發展，而BIM在橋梁工程中運用起步較晚，目前還缺少針對橋梁工程的核心建模軟件、針對BIM技術在橋梁工程全生命周期的研究還相對較少。交通運輸部于2018年3月發布了《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》，引導高校、科研機構和軟件開發商積極參與，吸引了越來越多的學者和專業人士投身到BIM技術研究行列當中。很多學者和工程技術人員對BIM技術在橋梁工程中的運用展開了研究，并取得了一定的成果，諸如姜科平[2]、王學峰等[3]、張海華等[4]、劉彥明等[5]、張為和[6]、董莉莉等[7]、Shin等[8]、Wang S等[9]等學者和工程技術人員。總體來說，國內針對BIM技術在橋梁工程中的研究尚處于初級階段。BIM技術因具有可視化、可模擬性等優點，在今后的橋梁建設中將發揮著重要作用。本文以上黃墩大橋工程建設為工程背景，在南平地區公路建設領域第一次開展BIM技術在橋梁建設全生命周期中的應用研究，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要現實意義。

1 項目概況

新建上黃墩大橋橋梁中心樁號為K8+483.25，上部結構采用（4×30 m+4×30 m）PC連續T梁；下部構造采用柱式墩配樁基礎，肋式臺配樁基礎，橋長為243.5 m。本橋處于直線段上。橋孔T梁直梁預制，通過調整內外翼緣寬度或防撞欄位置變化來調整路線線型，墩臺沿徑向布設。橋臺處設D-80伸縮縫，橋墩處設D-160伸縮縫，設置L=8 m搭板。

2 BIM技術在上黃墩大橋全生命周期中的運用

2.1 BIM技術在上黃墩大橋施工圖深化設計中的運用

傳統的橋梁設計圖都是二維CAD圖紙，二維圖紙因其可視性比較差，無法直觀的反映出建成以后的真實情況，對于非專業的技術人員來說，無法及時發現設計中存在的問題，各專業之間的協調性比較差。基于此考慮，在本項目施工之前，采用Revit軟件建立上黃墩大橋三維BIM模型，包括橋梁細部構件三維模型，具體有樁基、系梁、墩柱、蓋梁、T梁、橋面鋪裝、防撞護欄等三維模型，建立每個構件的鋼筋、預埋件等細部構件模型，對二維施工圖進行深化設計，采用Navisworks軟件對復雜構件之間、預埋件等部件是否存在碰撞問題進行檢查，經檢查該圖紙中存在部分預埋件位置與主體結構鋼筋位置存在沖突問題，在施工圖深化設計階段及時發現，避免施工時應預埋件安裝不上而返工，從而節約工程造價、保證施工進度。部分構件鋼筋三維模型圖如圖1、圖2所示。

圖1 墩柱、蓋梁、支座、擋塊連接細部構造三維模型圖Fig.1 Three-dimensional model diagram of connection details of pier column,capping beam,support and stop block

圖2 梁片整體三維模型圖Fig.2 Overall three-dimensional model diagram of beam piece

2.2 BIM技術在上黃墩大橋施工階段中的運用

2.2.1 三維技術交底

基于深化施工圖設計階段建立的橋梁三維模型，將每個細部構件的三維鋼筋模型用彩色打印機打印出來并張貼在施工現場，技術人員利用三維彩色模型對現場施工人員進行技術交底，三維彩色模型因具有很強的可視性，方便現場操作人員掌握，這對于像T梁等復雜構件來說，尤為重要。另外在施工前，基于BIM技術對施工過程中的重難點施工工藝進行模擬，將模擬視頻發送到每個參與人員中，實現三維可視化技術交底，提高技術交底效率，減少因施工人員未能充分理解技術交底的內容而導致的返工等。部分重難點施工動畫截取如圖3、圖4所示。

圖3 梁片吊裝施工動畫Fig.3 Animation of beam lifting construction

圖4 現澆帶施工動畫Fig.4 Construction animation of cast-in-place belt

2.2.2 施工進度管理

傳統的施工進度管理主要是采用甘特圖來表示，無法形象的反映出現場的實際情況。而將Revit建立的三維模型導入到EBIM平臺中，將橋梁模型與施工進度計劃、實際施工時間結合起來，形成上黃墩大橋的4D模型，不僅能展現出傳統的形象進度管理，而且可以形象的反映現場的形象進度，更直觀、精確地反映出整個橋梁在不同時間段的施工形象進度。在進度管理中，基于EBIM平臺，通過“進度計劃”項目中的任務管理添加任務，包括輸入任務名稱、實施工期、計劃開始和結束時間、關聯相關模型等。點擊進度模擬，輸入想要查看的日期，就可以看到當天項目施工的進度。手機端也可以接收當天的進度計劃。方便管理者隨時查看整個項目的進度安排及某個時間點的項目實際進展情況。施工進度管理如圖5所示。

圖5 施工進度管理Fig.5 Construction progress management

2.2.3 質量安全信息管理

橋梁工程作為公路建設中的一種重要性構筑物，在施工過程中，要按公路建設的基本程序進行報檢，填寫質量檢驗批報送監理審核，這將產生大量的紙質資料，紙質資料不利于保管和查閱，將這些紙質資料掃描成PDF并上傳到EBIM平臺中進行分類管理。同時在施工過程中，各參建人員可以利用手機拍照功能記錄現場的質量安全情況，上傳到EBIM平臺中，并與模型進行關聯，記錄現場是實際情況，以便今后進行質量溯源。這對于資料查找及查閱來說是非常方便的，并可以將質檢資料與相應的模型構件關聯起來，建立一套可溯源的質量管理體系。質量安全資料管理如圖6所示。

圖6 質量安全信息管理Fig.6 Quality and safety information management

2.2.4 物資設備等管理

在本項目施工過程中需要用到大量的機械設備和原材料等。因項目工期短、任務重，物資設備若跟不上將影響整個項目的工期，在項目施工過程中根據上黃墩大橋BIM模型施工進度計劃，合理安排每個階段所需材料和機械設備的進場計劃，并做好預警，材料進場后施工單位可將材料相關信息上傳到EBIM平臺中，報給監理單位進行審批。在材料設備使用階段，根據材料的使用情況，動態的與模型構件相關聯。做到物資設備使用情況可查。

2.2.5 協同管理

在項目施工過程中，項目各參加人員通過EBIM平臺進行交流，提高了辦事效率。基于EBIM平臺對項目進行管理，可以將項目施工過程中存在的問題反映到模型上，同時項目各參與方通過EBIM平臺進行交流，都會留下相應的痕跡，有助于事后的責任追究與倒查。

2.3 BIM技術在上黃墩大橋運維階段中的運用

橋梁工程是交通路網中的重要構筑物之一，橋梁結構安全與否關系到過往車輛的行車安全。橋梁在使用過程中，受各種不利荷載作用，結構將產生勞損等破壞，如何保證橋梁安全是橋梁運營階段管理人員需要考慮的首要問題。

項目建成后，雖然施工單位需要將所有的施工圖、竣工圖、質檢資料等資料整理歸檔到建設單位或檔案館中，但這些資料大部分都是紙質材料，在保管過程中很容易丟失，而且這些信息很難和模型關聯起來。在本項目中，基于施工階段建立的BIM三維模型，將所有與本項目有關的資料上傳到EBIM平臺中，并與模型構件相關聯，做到施工信息永久保存，作為本項目竣工BIM模型。在項目運維階段，可以隨時調取施工階段的相關信息，并將日常養護信息等上傳到BIM模型中，形成運維階段BIM模型，為本項目的大、中修提供決策。

3 結語

以上黃墩大橋為工程背景，采用Revit軟件建立了橋梁細部構件模型，包括樁基、系梁、墩柱、蓋梁、支座墊石、擋塊、T梁、橫隔板、后澆帶、護欄等細部結構，對這些構件進行拼裝，拼裝后倒入，Navisworks軟件里碰撞檢查,對于檢查中存在的問題及時與設計單位溝通協調解決，從而節約工程造價與縮短工期。在項目施工過程中，制作復雜工藝施工動畫，在施工現場張貼三維模型圖等方式對現場操作人員進行三維技術交底，一線操作人員達到零失誤。基于EBIM平臺，對項目的施工進度計劃進行管理，對物資設備進行跟蹤管理，對項目的質量、安全等進行管理，建立了一套可溯源的質量管理體系，為項目的運維階段提供了基礎數據，達到了信息化管理的目的。BIM技術在本項目的順利實施，提高了管理效率、節約了工程造價與縮短工期，對于推進BIM技術在橋梁工程中的運用具有一定的意義。