橋梁加固工程中的BIM技術應用研究

母富，焦克濱，賀飛

（中建二局土木工程集團有限公司）

1 引言

據相關統計表明，當前，我國的很多橋梁因為設計、施工、使用等問題造成承載力達不到要求，而隨著城市化的加速發展和建設，對道橋的需求又很迫切，因此，對橋梁進行補救的加固工作就顯得十分有必要，橋梁加固技術在我國交通道路工程發展中是非常重要的。

2 我國橋梁加固技術發展現狀

橋梁加固技術的重點是橋梁的跨越和承載力，當前我國很多橋梁由于建設年代久遠，質量問題突出，超負荷運載嚴重，橋梁加固檢修需求很大。傳統的橋梁加固技術已經不能滿足現代化的需求，如何利用新一代信息化技術加固、改造橋梁，提高現有橋梁的固效率，節約建設資金，變拆除重建為加固改造成為研究的重點。

隨著城市和經濟的快速發展，人們對橋梁的需求逐漸從交通作用擴展到美觀和設計感，橋梁結構為了滿足需求也越來越復雜，這就要求設計師除了要高質量完成結構設計和運算之外，還需要應對施工中各種與設計不相符的情況，不相符就要調整修改，流程的繁瑣制約了行業的發展。將BIM 技術運用到橋梁的加固改造工程、抗震設計以及選型中，取代傳統的CAD出圖技術，充分利用BIM參數化、可視化、仿真模擬等特點對整個橋梁的結構進行建模并以數據為驅動，對模型進行可視化調整，準確高效地完成橋梁加固改造工作[1]。

橋梁加固工程的設計和施工需要注意以下問題：

①在選擇加固方案之前，需要對橋梁的現狀和耗損情況進行仔細確定，并用發展的思維去考量橋梁的通行量，以免加固設計之后還存在無法適應發展的現象；

②加固方案需要兼顧高效、環保的特點，不中斷正常的交通運營，技術方案要可行合理、保障各方安全性；

③橋梁加固工程原則上不對橋梁的結構形式進行改變，只修復橋梁的構件或者更改關鍵部位的結構尺寸；

④橋梁加固之后經過監測，發現仍達不到橋梁承載能力的要求，就要選擇是否需要對橋梁進行局部或者全部的重建工作，以免發生不必要的事故；

⑤大規模的加固方案需要通過可行性分析后進行具體建設施工。

3 BIM技術概念及特點分析

3.1 概念

BIM即建筑信息模型，是一種新興的技術和理念，他將信息技術與傳統的工程行業相結合，利用模型和數據貫穿工程項目的全生命周期。BIM技術除了將圖紙、工程材料、人員管理信息化，更是將信息數據進行整合協同，使項目各方和各環節都能提取和利用這些信息數據。在橋梁建設和加固檢修項目中，由于結構的復雜性、施工條件的苛刻性，都給建設方帶來了很大的困難，BIM技術則可以解決這些問題。一套模型、全套數據，實時漫游、仿真模擬可以加深施工人員對項目的了解，同時，也可以實現成本、進度的把控[2]。

3.2 BIM 技術特點分析

3.2.1 參數化

BIM 模型的參數化設計使橋梁加固技術的設計和可行性變得更加合理和高效。在建模軟件中，設計師可以對每個產品構件進行建模，并可以通過更改基礎參量的參數改變模型，在橋梁加固項目中，應用BIM技術可以實現快速建模，并更接近實際運行情況。

3.2.2 可視化

①BIM 模型可以完整呈現橋梁加固工程的細節，并進行實時漫游；

②通過數據庫實現管理成本和施工流程的可視化。

3.2.3 一體化協同

一體化協同指項目的各個部門可以根據BIM模型進行標準的設計溝通，并確定項目的組織管理流程和模式。通過建模和打通接口壁壘，各個部門都能使用模型和數據，更好地配合項目進度。

3.2.4 仿真模擬

BIM 技術的仿真模擬不但能夠模擬橋梁加固工程前后的模型，也可以對橋梁加固技術進行4D 模擬，對加固方案的確定，起到積極的控制作用。

3.2.5 優化性及可出圖性

橋梁加固項目極為復雜，需要建設方對項目的全過程進行管控并優化，BIM技術以模型為基礎，以數據為手段，實現整個項目的優化管理。

BIM模型可以自動生成建筑施工圖、結構施工圖、詳細大圖，以及經過碰撞檢測的綜合管線圖、綜合結構留洞圖、預埋套管圖[3]。

4 某大橋加固工程BIM 技術應用研究

4.1 參數化模型的建立

BIM 模型是整個加固項目的核心內容，是使用BIM技術進行橋梁加固工程的第一步。在項目的招投標階段和項目結束后，BIM模型會作為項目成果進行交付和存檔。

在招投標階段，BIM 模型的可視化、實時漫游、較高程度的精細化，都有利于項目方案的展示，BIM模型可直觀而全面地呈現出整個加固項目的所有具體情況。

項目開始實施后，BIM模型作為核心貫穿了所有環節。通過對模型的優化和調整可以展示設計想法，可滿足實際需求。在橋梁加固項目中使用BIM技術，可以將加固方案的BIM數據模型進行交付，并利用其可出圖性生成二維圖紙。除保證模型和圖紙之間的信息數據關聯性外，還能在實際的施工項目中，結合具體情況對模型進行優化，實時更正，進一步提高施工環節的生產效率。建成的BIM 模型還能進行成本控制管理、進度模擬、施工進度規劃等工作，提高整個加固項目的一體化協同。具體操作中，可以應用Rhino軟件中的Grasshopper，以可視化編程的方式對橋梁進行建模。Grasshopper 的參數化建模是目前所有BIM 設計軟件中功能最突出的。設計師可以通過寫入代碼自動生成橋梁項目中的重復構件，提高建模的效率和模型的精細度。在某大橋項目中，通過Grasshopper 建立橋梁模型，模型建立后，再使用Rhino 軟件進行部分優化調整。BIM 技術良好的參數化建模特點能夠使數據模型達到毫米級的精度，并能在后續的力學計算中，勝任模型的有限元分析和工程量核算、施工進度模擬、實時監督控制等內容。

4.2 信息數據庫的建立

在某大橋加固工程項目一開始，設計師就建立BIM模型和電子資料數據庫，并將所有的數據模型內容貫穿加固項目全過程。加固項目結束之后，掌握整個項目最原始、最重要數據信息內容的數據庫可作為項目的資料庫進行交付和留存。

4.3 基于BIM的力學分析

在橋梁的結構設計中，每一種軟件都有自己的結構分析數據，而存儲的數據格式更是不盡相同。對一些復雜的結構設計往往需要多個軟件進行核算或者比選。不同的軟件其有限元模型數據很難交換。如果因為不同軟件的數據格式不同而不能進行數據共享，則需要對同一個結構分別建立各自不同的有限元模型，對體量較大、布置復雜的結構來說，工作量是巨大的。BIM 主要解決了信息流失和信息孤島的問題。

通過API 編程的方式將BIM 模型和ANSYS對接進行有限元分析。將某大橋模型通過API 編程的方式與MIDAS 對接，將模型直接導入MIDAS中，賦予材料特性和邊界條件后進行力學分析。

4.4 施工進度的管理

在傳統的橋梁加固工程項目中，要把控進度、對項目進行規劃和調整，往往依靠的是設計師或者施工人員的經驗，這就容易缺乏科學性、指導性，還會拉長整體進度，使流程變得更復雜。引入BIM技術后，對施工進度的管理有了新的方法。所有管理可以依據含有時間參數的BIM 模型來進行，輔之BIM信息數據庫，高效、精準地把控施工進度。

在某大橋加固工程中，設計師使用Navisworks，通過BIM模型模擬整個施工進度，得出每個環節的時間，并對資源配置和場地布置進行調整。整個過程和結果可以通過4D 可視化平臺展示，并利用結果導向，反推模型數據，將不合理的地方進行優化和更改。同時，還可以進行方案比選，從中選擇最佳方案。

4.5 運營的管理

對一座橋梁來說，加固、修建都只是一個階段的工作，其生命的大部分時間都屬于運營維護階段。作為橋梁的運營管理部門，如何提高橋梁的整體壽命和服務質量是其工作的重中之重。管理者要了解和掌握每座橋梁的設計、施工、幾何等信息數據，以及橋梁投入運營后所承受的交通壓力，以便針對性地對橋梁進行定期養護、加固、修復。這些數據龐雜、瑣碎，幾乎需要大量的人力、物力、財力去進行處理。使用BIM技術進行建模后，可以輕松獲得這些數據信息，并能形成專門的數據庫用以管理和運營，大大提高了橋梁運營管理的工作效率，使管理更精細、更全面。

5 結語

綜上所述，與傳統技術相比，BIM 技術在橋梁加固工程全生命周期中的運用體現了極大的優越性。雖然由于我國項目管理現狀和工作人員技術水平參次不齊等原因，BIM技術在行業中還沒有大規模應用，但其典型的技術特點與橋梁加固工程的需求相吻合，必將推動橋梁加固工程向更加智能化、精細化、流程化方向發展。