BIM技術在橋梁工程中的應用分析

盧曉

【摘? 要】隨著我國經濟的高速發展，橋梁的建設數量逐年劇增。由于橋梁建設的特殊性和復雜性，在整個建設生命周期的施工和管理中存在形形色色的問題，僅采用傳統的管理方法和技術不能將其徹底解決。近年來，建筑信息模型（BIM）逐漸在各領域得到廣泛的應用。論文提出將6D-BIM應用于橋梁建設項目的全生命周期中，這可以對項目全生命周期的施工、資產管理和維護、狀態監視和實時結構模擬進行全方位的管理，以期為今后工程技術的發展提供參考。

【Abstract】With the rapid development of China's economy， the number of bridges under construction has increased significantly year by year. Due to the particularity and complexity of bridge construction， there are all kinds of problems existing in the construction and management of the whole construction life cycle， which can not be completely solved only by applying traditional management methods and technologies. In recent years， building information model （BIM） has been widely applied in various fields. This paper proposes to apply 6D-BIM to the whole life cycle of bridge construction project， which can comprehensively manage the construction， asset management and maintenance， status monitoring and real-time structure simulation for the project's whole life cycle， so as to provide a reference for the development of engineering technology in the future.

【關鍵詞】BIM技術;橋梁工程;6D-BIM;項目管理

【Keywords】BIM technology; bridge engineering; 6D-BIM; project management

【中圖分類號】U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0194-03

1 引言

隨著我國基礎設施建設的需求提升和發展，道路交通技術正朝著工業化、信息化的方向快速發展。BIM技術作為一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，通過使用其可視化的模型來整合建筑項目的相關信息，在建筑項目設計、施工和運維的全生命周期過程中進行共享、傳遞和應用[1]，將BIM技術應用于建筑工程設計、施工和管理[2]，能夠顯著提高工程建造效率，大量減少風險，從而可以提高建筑行業的總體管理水平[3]。因此，BIM技術在橋梁工程中的廣泛應用勢在必行[4]。目前，BIM技術在我國橋梁工程中的應用尚處于起步階段，缺乏系統的研發技術[5]。進行6D設計、施工管理、運維管理和實時監測，從而綜合應用BIM技術來提高設計效率、改善設計質量、加強施工組織管理及后期運營維護，具有非常重要的理論意義和應用價值。

2 BIM技術在橋梁工程中應用的國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀

國外對于BIM技術的認可度非常高，并且根據自己的國情都有具體的應用和改良，甚至許多國家將工程中必須使用BIM模型進行了立法[6]。

BIM技術在橋梁工程中的應用如下：HH Song、CS Shim等人都對BIM技術在實際中的應用提出了自己的觀點，并且給出了4D模型[7]。卡塔爾多哈大橋采用BIM技術建立了橋梁數字化的仿真模型，實現了多哈大橋穿筯、安裝及預應力張拉等施工精細化的管理。Bentley軟件公司協助美國交通運輸部門開發完成了24個完整的BIM模型，應用BIM技術深化了橋梁施工的管理，快速地從各種來源收集背景數據為項目的全生命周期提供準確、智能的三維橋梁信息模型，提高運營效率，并最大限度降低業務風險，確保符合國家法規。通過將BIM技術應用到橋梁項目的施工管理中，將其項目的管理效率平均提升了25%[8]。此外，DEGES在經過全面的實施階段和初步試點項目之后，開始將BIM技術應用于項目工程中，包括更換柏林的Westendbrücke橋（A 100）和更換北萊茵-威斯特法倫州的Schwelmetalbrücke橋（A 1）[9]。

2.2 國內研究現狀

BIM技術在我國的研究應用相對較晚，但是由于國家的大力支持，“十二·五”相關規劃中，將BIM技術列為重點的發展技術項目，BIM技術的發展在我國建筑工程中的應用突飛猛進，在橋梁工程中的應用也越來越廣泛。

經過國內BIM研究人員多年的研究和實際應用，許多房建項目應用BIM技術，例如，武漢中心項目、上海中心大廈、中國尊等都用到了Revit軟件建造了相應的BIM模型。將BIM技術應用到橋梁工程中，選擇Revit核心建模軟件，可以借鑒成功案例和經驗。目前，我國已經建成的港珠澳大橋是萬眾矚目的世界級工程，涵蓋專業多、管線復雜、施工困難等諸多問題，該項目借助BIM技術，有效解決了施工過程中管線、結構碰撞等問題，確保了工程質量和進度[10]。2015年，劉占省通過大量的實踐證明，通過將BIM技術應用在橋梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，節約了時間與成本。張曉、蔡瑞瑞針對BIM技術在橋梁工程全生命周期中的應用指出：BIM技術在橋梁工程的應用主要是設計、施工和運維階段，通過對BIM技術的應用，使橋梁工程的全生命周期管理更為系統化，施工進度與質量均可得到有效保證，并且在運維階段可以準確進行工程量的測算以及相應人員的配備，從真正意義上推動了橋梁工程順利進行[11]。

3 BIM技術在橋梁工程中的應用分析

3.1 BIM技術在橋梁工程中應用的SWOT分析

BIM技術在橋梁工程中應用的SWOT分析如圖1所示。

3.2 6D-BIM在橋梁中的應用分析

橋梁道路曲折，環境復雜，工程量大，施工難度高，由于曲線道路等各種復雜形式的結構層出不窮，為施工方帶來了巨大的麻煩，而設計方一般都以二維圖紙進行交付，所以施工部門往往要結合平、立、剖的圖紙，才能對結構構件的位置進行確定，費時費力，十分不便。因而在施工之前先利用Revit軟件，根據二維圖紙，對該項目進行建模十分重要。通過建立該橋梁的BIM模型，各構件尺寸、位置關系、表現材質均能在模型中直接反映出來，方便施工和相關者進行實時監控。其建模方法如圖2所示。

5D-BIM（第五維建筑信息模型）用于預算跟蹤和成本分析。與3D和4D（時間）相關聯的BIM的第五維允許參與者可視化其活動的進度和相關的成本。5D-BIM技術的使用可以提高項目估算、工程變更和材料設備或人工變化的準確性和可預測性，提供了用于提取和分析成本、評估方案和變更影響的方法。劉宇聞等人針對BIM技術在立交改造工程全生命周期的應用研究中結合武漢某立交項目，創新地將BIM技應用于設計、施工、運維階段等各個環節，從而編制了該項目相應的BIM標準，創建了高精度、全專業、全方位的BIM模型，并且開創性地基于BIM三維模型進行橋梁復雜結構的有限元計算，應用了5D-BIM施工管理、移動協同管理平臺，同時，后期結合預埋傳感器和監控設備，可實時監測橋梁和管道等設施的實際運營狀況并進行維護，綜合應用BIM技術來提高設計效率、改善設計質量、加強施工組織管理及后期運營維護[12]。該項目中BIM技術的應用表明，BIM技術可以大大提高設計效率和工程質量，提升施工管理水平，查看進度和節約成本。

6D-BIM（第六維建筑信息模型）是在5D-BIM的基礎上增加了能量，具有可持續性，可以進行能耗的分析。在設計過程的早期利用6D-BIM技術可以產生更加完整和準確的能量估算，它也可以進行測量和驗證建筑物的占用期間，還可以改進在高性能設施中收集經驗教訓的過程。6D-BIM技術中模型和管理不僅包括圖形，還包括信息，允許自動生成圖紙和報告，包括設計分析、進度模擬、可持續性等信息，最終使項目決策者能夠作出更優的決策。BIM支持分布式團隊，以便該項目各參與方可以在整個建筑生命周期中有效地共享此信息，從而消除數據冗余、數據重新輸入、數據丟失、錯誤傳達和工作錯誤等問題[13]。因此，這將有利于項目各參與方有效監控該項目的全生命周期。

此外，Sakdirat等人采用6D建模，將3D模型信息與時間表、成本估算以及整個橋梁項目生命周期內的碳足跡分析相結合，結果表明：由于6D-BIM是在生命周期的早期階段開發的，利益相關者可以在BIM環境中進行協作，以提高可持續性和成本效益。這項研究還證明了BIM應用程序在整個生命周期中橋梁基礎設施項目的可能性。6D-BIM可同時用于多種目的，例如，可持續性、生命周期資產管理和維護、狀態監視和實時結構模擬，可以促進有效的資產和項目管理，也可以促進工作組之間的合作，并為各個利益相關者改善項目的可視化情況。

4 結語與展望

習近平主席在第二十三屆國際經濟論壇全會的致辭中提到：可持續發展是破解當前全球性問題的“金鑰匙”，可持續發展是各方的最大利益契合點和最佳合作切入點，而6D-BIM技術的可持續性和節能性正是迎合了這一理念，因此，值得廣泛探討。

BIM技術在橋梁工程中的設計、施工、碰撞、造價管理、質量管理和構件運輸等方面發揮了巨大的作用。通過將6D-BIM技術運用到橋梁工程全生命周期中，不僅可以節省施工成本，而且可以提升施工質量和效率，滿足了橋梁工程建設信息化管理、精細化施工的需要，同時，亦能滿足節約能耗、減少資源浪費的可持續發展理念，為橋梁工程的發展開辟了新思路，也對整個工程技術的發展起到很大的促進作用。

【參考文獻】

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【3】Salman Azhar，Wade A.Carlton，Darren Olsen，et al.Building information modeling for sustainable design and LEED ？ rating analysis[J].Automation in Construction，2010，20（2）：217-224.

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【5】李紅學，郭紅領，高巖，等.基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].工程管理學報，2012，26（06）：48-52.

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【9】Margarita Pelych Dipl，Burkhard Pott Dipl，Jens Tandler Werner Breinig Dipl.BIM im konstruktiven Ingenieurbau – ein Erfahrungsbericht der DEGES[J].Bautechnik，2020，97（2）：107-117.

【10】馬少雄，李昌寧，徐宏，等.基于BIM技術的大跨度橋梁施工管理平臺研發及應用[J].圖學學報，2017，38（03）：439-446.

【11】張曉，蔡瑞瑞.BIM技術在橋梁工程全生命周期中的應用[J].市政技術，2019，37（04）：93-94.

【12】劉宇聞，葉春，陶聰.BIM技術在立交改造工程全生命周期的應用研究[J].施工技術，2017，46（S1）：1060-1063.

【13】BIM視點.BIM3D/4D/5D/6D和7D[EB/OL].http：//www.kkbim.com/article-662-1.html，2019-01-14.