BIM技術在橋梁工程中的應用

張亞

摘要：BIM技術的出現解決了橋梁工程信息化、精細化的設計與施工要求。文章分析了BIM技術的優勢，探討了BIM技術在橋梁工程中設計優化、碰撞檢測、施工模擬、三維技術交底等方面的應用，為后續橋梁設計與施工提供參考。

Abstract： The emergence of BIM technology has solved the informatization and detailed design and construction requirements of bridge engineering. The paper analyzes the advantages of BIM technology， and discusses the application of BIM technology in bridge design optimization， collision detection， construction simulation， three-dimensional technical analysis， etc.， which provides references for subsequent bridge design and construction.

關鍵詞：BIM技術;橋梁設計;橋梁施工

0? 引言

橋梁工程在交通工程中占有非常重要的地位，其規模大、施工環境復雜、易受外界環境的影響和干擾，這對橋梁的設計和施工提出了更高的要求。隨著現代信息技術的發展，一系列先進的科學技術被逐漸應用到橋梁工程中，特別是BIM技術的發展與應用，使得橋梁工程的設計周期大幅度減少，設計人員工作強度降低，同時從二維平面向三維立體模型轉變，形成4D模型，能夠分析與指導橋梁的施工過程，同時進行施工模擬、施工方案優化，施工進度計劃調整[1]，以及提高橋梁運營階段的安全性，延長橋梁的使用壽命，突顯出BIM技術在橋梁工程領域帶來的巨大經濟效益與社會效益[2]。基于此，文章從橋梁設計、施工流程出發，探討BIM技術在橋梁工程中的具體應用。

1? BIM技術及優勢

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一個以三維數字技術為基礎，集成了工程項目各種相關信息的工程數據模型，建立設計單位與施工單位之間的聯系，提高設計質量，提升施工質量和效率[3]。

BIM技術最早應用于建筑工程行業，隨著橋梁建設信息化、精細化的要求，BIM技術也逐漸被應用于橋梁的設計與施工。其主要技術優勢有：①可視化：BIM可以將橋梁的二維平面圖紙轉化為三維立體模型，使得項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的三維立體模型下進行。②協調性：BIM技術在橋梁設計、施工過程中可以協調設計單位與施工單位、橋梁施工過程中的各種關系。③模擬性：通過4D、5D模擬，可以展現橋梁的實際施工過程、造價控制等，從而來制定合理的方案指導施工。④優化性：通過BIM提供的橋梁結構間的幾何信息、物理信息等對橋梁整體的施工方案及各個細節的施工流程進行改進和優化。⑤一體性：BIM技術是一個包含橋梁所有參數信息的三維模型數據庫，可以展現橋梁設計到建成使用的全過程信息。

2? BIM技術在橋梁設計階段的應用

2.1 設計階段前期

橋梁工程需多方參與才能順利完成，在橋梁的設計階段前期需要根據業主要求進行橋梁的設計，業主需要選擇設計單位的設計方案并反饋修改意見等等，在傳統情況下，這種模式是在平面圖紙上進行，使得設計單位和業主的思想難以統一。BIM技術的出現解決了這種問題，BIM通過參數化的建模工具對橋梁進行三維建模，得到橋梁的初步設計模型，這種方式把傳統的二維平面的溝通通過立體三維模型進行動態演示，把橋梁的整體情況展示給業主，一方面業主可以根據模型提出指導性意見，方便設計方案的修改，根據修改意見在三維模型上實時修改、實時展示，同時也可以在三維模型上添加各項成本信息，根據修改隨時了解成本變化情況，以便業主便捷的確定最優方案;另一方面把三維模型與谷歌地圖疊加實現三維漫游，以確定設計方案與實際的地形是否存在沖突。

2.2 設計階段后期

設計階段后期要根據設計方案建立詳細的橋梁模型，把橋梁的各個細節通過三維建模展示出來，這時可以對橋梁模型的各個細節進行校核，如碰撞檢測、糾錯等，橋梁結構復雜，對各項指標要求相對較高，通過碰撞檢測可以發現預埋鋼筋與預應力鋼筋間的位置以及其他結構部件間的位置沖突等問題，圖1就是通過鋼筋的建模檢測預應力鋼筋與預埋鋼筋位置沖突[4]。設計人員可以根據實際情況進行調整，避免后續施工時再進行設計變更，影響施工效率;另外還可以檢查設計中是否出錯，通過建模進行橋梁各個結構部件的三維展示，可以發現二維圖紙設計中存在的問題，根據問題及時進行修改，以完善設計，通過檢測提升了設計圖紙的整體質量。

3? BIM技術在橋梁施工階段的應用

3.1 施工場地規劃

橋梁施工現場復雜，對施工場地要求高，在施工前期，根據設計建立標準化的橋梁模型數據庫，把數據庫中橋梁模型和谷歌地圖三維疊加形成施工現場三維漫游，在三維場景的指導下，可以在室內進行施工便道規劃以及施工機械位置、拌合站、材料堆放區域選址等，經過內業規劃結合現場實際踏勘確定施工最優方案，以進行文明施工，經過合理的規劃，一方面減少外業工作量，一方面提升施工場地規劃設計的效率、提高項目施工的經濟效益[5]。

3.2 施工模擬

運用BIM技術結合時間屬性來進行橋梁施工的4D動態模擬，可以模擬橋梁施工的全過程，從樁基礎、承臺、墩柱、蓋梁到梁體架設都可以通過BIM的三維可視化模擬出來，通過模擬施工流程可以發現施工過程中存在的問題，確定施工方案是否可行，效果如何，在哪些施工流程中可以節約材料、節約能源、節約人力等，另外還可以根據模擬施工流程對現場材料進行調配，確定現場材料、施工設備進場的順序及數量，根據現場的施工進度對施工材料、施工設備進行統一部署，提高橋梁施工過程中的工作效率。

3.3 工程量統計

BIM技術在進行橋梁工程三維建模過程中，橋梁的每一個構件都是被稱為軟件的“族”文件，如墩柱、系梁、承臺、樁基礎等，“族”文件是獨立文件形式存在的，并且每一個“族”文件都有相應的編碼，通過調取“族”文件進行建模，得到橋梁的整體模型。那么橋梁工程量的統計可以通過“族”文件對象的編碼進行，通過軟件的統計功能可以實現單獨一個構件、一類構件或者整個橋梁工程量的統計，圖2為橋梁下部結構工程量統計。這種方式摒棄了傳統二維圖紙上需要手工計算，提升了計算準確度、計算效率。

3.4 三維技術交底

橋梁工程施工中，結構種類繁多，以往的技術交底是基于二維平面的紙質技術交底，受維度的限制，無法將施工信息在紙質技術交底上完全標注出來，不能充分展示設計者的意圖。BIM技術是根據橋梁的真實結構、實際坐標位置、高程位置進行三維建模的，可以展現橋梁的各項參數、樣式、位置信息，通過BIM管理平臺與現場技術人員、施工人員的手機客戶端對接，將BIM模型實時發給現場技術人員、施工人員（圖3承臺模型的坐標和高程信息），實現三維可視化交底，這樣提升現場施工的準確性，減少紙質交底的信息缺失。

3.5 施工進度、質量控制與管理

橋梁施工過程復雜、統籌難度大，對施工進度的有效管理存在一定難度。運用BIM技術的橋梁三維可視化模型對施工流進程進行模擬，有利于施工單位對整體進度的有效把控，把握施工過程中的各個細節，對施工進程進行動態調整，針對施工過程中存在的問題及時有效的制定合理的應急方案，使得施工進程管控從被動到主動轉變，確保施工過程能夠按照既定目標順利開展。

施工質量對橋梁的安全施工、安全運營有著非常重大的意義，在施工質量的管控方面，根據BIM模型模擬施工進程中各個具體的操作細節，結合現場實際情況不斷對施工方案進行優化，實現對橋梁施工進程中各個細節的管控，保證橋梁施工進程中的總體質量。

4? 結論

BIM把傳統的二維平面圖紙轉化為三維立體模型，并應用到橋梁工程的設計和施工過程，為橋梁工程的設計、施工提供了技術保障，不僅節省施工成本，而且提升施工效率、質量，滿足了橋梁工程建設信息化管理、精細化施工的需要。由于BIM技術還是一項新技術，在實際的使用過程中還存在一些問題：①部分設計、施工單位對BIM技術使用還僅僅存在于工程展示，沒有對BIM的模擬與分析功能進行深層次的應用;②專門用于橋梁建模的BIM軟件較少，這樣軟件中族庫中專門用于橋梁的族文件較少，導致建模過程中很多“族文件”需要單獨創建，增加建模工作量。

參考文獻：

[1]劉德富，彭興鵬，劉紹軍，等.BIM5D在工程項目管理中的應用[J].施工技術，2017，46（增刊2）：720-723.

[2]馬也犁.BIM技術在非對稱外傾拱橋施工中的應用研究[D].成都：西南交通大學，2016.

[3]劉旭強.BIM技術在橋梁施工中的應用探析[J].智能施工，2019（10）：165-166.

[4]李勇，汪俊.橋梁工程設計中BIM技術的具體應用[J].公路交通科技（應用技術版），2019（07）：87-189.

[5]夏有為.BIM技術在橋梁工程施工中的應用[J].建筑技術開發，2019（01）：123-124.