建筑信息模型在橋梁工程中的應用探究

黃婧，左興龍，陳琴梅

（內江師范學院建筑工程學院）

1 引言

橋梁工程因工程量大，施工難度高，環境復雜，一直是建筑行業的硬骨頭。由于這些特性，橋梁工程的各個階段都有較高的技術要求，這也提高了對從業人員的標準要求。同時，在傳統橋梁工程中因為其復雜性和高標準，設計階段的工作效率一直比較低，一旦出現某些錯誤就很可能需要重新來，其中有大量的無用功。而在施工階段，協調各個部門的工作也是一件不容易的事情，因為施工現場的具體情況而做出的施工計劃的變更也不能在第一時間傳達到各個施工部門，并做出相應的調整。在橋梁的運營維護階段，制定整座橋梁的運營維護方案也是一件耗時耗力的工程，而且僅憑人力難免會有疏漏。而將建筑信息模型引入到橋梁工程的各個階段能有效地提高整體效率，節約工程成本，創造出更大的經濟效益。

2 建筑信息模型的特點及優勢

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）的根本理念是通過采集建筑工程中的各種信息，建立一個建筑工程的模型，全程模擬建筑工程從設計階段、施工階段到運營維護階段的實況。開放、中立、協作依然是建筑行業的基調。為了讓建筑信息模型得到更好的發展，業界大力推動了建筑信息模型標準的應用，促進個人建筑信息模型認證（建筑行業將根據各自的經濟能力進行培訓工作），同時，更多的采用開放建筑信息模型流程[1]。建筑信息模型的建立是現在多種技術的結合，是其包含在內的各種先進技術的能力的互補，因其具有可視化、模擬化、優化性等特點，有利于各種建筑工程（橋梁、道路、市政水利管道、裝配式建筑、隧道等）提高工程整體效率，降低施工難度，減少不必要的設計成本，并且通過建立建筑信息平臺來達到信息共享，幫助工程中的各個部門協同合作。

1）可視化

建筑信息模型是通過參數建造的三維模型，可以將橋梁工程從大到小、事無巨細的呈現出來，包括橋梁的整體結構形狀到橋梁中某一構件的大樣和參數。較之平面設計圖紙，其識圖更加方便，減少碰撞沖突，使整個橋梁工程透明化，更有利于后續的施工階段與運營維護階段。

2）協調性

建筑信息模型構建了一個可以實現信息共享，數據動態更新的交流平臺。通過這個平臺，凡是參與了這個工程項目的相關部門都可以實現信息實時共享。同時在橋梁工程的施工階段，各個部門協同合作時，某一處發現問題并進行了數據的更改，那么其他相關的部門也能在第一時間收到反饋，并根據反饋對自己的施工計劃做出相應的調整。這樣的工作模式大大提升工程建設的效率。

3）模擬性

建筑信息模型不僅可以根據參數和相應要求建造模型，它同時也具備很強的模擬性能。它可以在預設模型的基礎上模擬光照，溫度，風環境等工程項目周邊自然環境，還可以模擬出施工場景，包括人員，材料，大型器械的安排，場地內各個不同功能區域的劃分。而在加入時間因素的條件下，建筑信息模型還可以模擬出隨時間的推移，施工工程進度的變化。

建筑信息模型是一種結合了多種技術，包括：三維建模、云平臺、統籌計算、環境信息采集與模擬等。它是多數技術的集合體，擁有多種技術的優點，但它并不是單純的1+1=2 的結合，它的結合甚至使技術體現了1+1＞2 的效果。建筑信息的運用不論是在提高工程效率，提升工程質量，加強各工程部門之間的協同合作方面都有著出色的表現。特別是在橋梁工程這種設計要求高，施工難度大，后期運營維護程序復雜，建設期間不可控因素多的高難度工程中，建筑信息模型的應用，實乃橋梁工程建設的 福音[2]。

3 建筑信息模型在橋梁工程各個階段的應用

3.1 建筑信息模型在橋梁工程設計階段的應用

橋梁的設計階段一直是整個工程項目實施過程中技術難度高，計算量大，設計任務繁重，成本高的階段。建筑信息模型的應用能有效地較少工作量，提高工作效率，具體應用如下。

1）建立模型

建筑信息模型通過收集建筑工程數據資料，施工地點周圍地理環境資料進行資料的整理和施工環境的模擬，讓橋梁工程的設計工作落到實地，不脫離現實，更具有實用性。同時，其建立的模型不僅僅是橋梁的整體外形，還細化到橋梁的各個部位、構件、材質。這樣細致有條理的建模極大程度上節約了設計時間，減少了設計成本，提升了設計效率[3]。同時，我們可以通過對特定部位的模擬放大，結合實際環境條件，減少了設計與施工的矛盾，不會出現因設計過于理想化而施工困難甚至無法施工的情況[4]。并且，建筑信息技術建立的模型不僅是橋梁工程所需的全橋模型，還包括地質模型。該模型通過衛星掃描、無人機航拍、地質勘測等方式獲取相關地理地質信息，構建施工地點的地質模型。地質模型與全橋模型的結合運營才能使整體的設計效率顯著提高，減少設計成本[5]。

2）導出圖紙

在生成設計圖紙階段，由于建筑信息模型有之前各種工程相關的數據庫，生成的圖紙具有更詳細、更形象、更清晰的特點，更有利于工作人員的辨識。同時，通過建筑信息模型導出的圖紙種類更豐富，包括：平面圖、縱橫立面圖、剖面圖，各部位三維模型，構件詳圖。較之二維平面圖更具有優勢。而且，建筑信息模型具有信息交流平臺，可以起到信息共享的作用。在適應多變的環境是，對設計不斷進行優化和調整，信息的共享可以使各個部門在最短的時間內對自己負責的工作進行調整，以達到各部門協同合作的目的。而且圖紙的不合理處的修改也只需修改一次，因為所有的數據都是共通的。這樣，大大節約設計時間，提高了橋梁工設計的質量[6]。

3）工程量的計算

因為在建模時用到了各種詳盡的數據，所以可以輕松的制作出橋梁工程的工程量統計表格。而在對某項數據進行調整時，該表格的數據也會在相應的規范下自行做出相應的調整。從而在該數據表格的基礎上，對橋梁工程進行精確的成本計算[7]。

4）設計分析

在橋梁工程設計階段，設計成果不是一次性成型的，需要經過多次的修改、反復校準、解決問題。在平面設計階段，這是一件很麻煩的事，需要不停地重復，非常的繁瑣費時。而建筑信息模型的運用，可以在直接對橋梁設計進行評估、校核并生成報告，效果顯著。橋梁建設的各個單位就可以根據這些報告提出修改意見，并立刻就能看到修改后的效果，這樣省時省力，大大提高了設計效率[8]。同時，我們還可以運用建筑信息模型來實現橋梁工程的碰撞檢查，包括時間流程碰撞和幾何碰撞，這減少了后期橋梁施工時的麻煩。

3.2 建筑信息模型在橋梁工程施工階段的應用

在橋梁工程的施工階段，我們可以利用建筑信息模型的可視性、模擬性、參數一體化、可優化性來提高施工效率和工程質量?？梢愿鶕谠O計階段建立的模型，結合施工環境的實際情況來挑選和安排合適的施工團隊，制定施工計劃。因為建筑信息模型可以呈現三維模型，可以更有利于施工人員識圖，減少因對圖紙不理解而造成的問題。同時，施工人員可以在接觸實際施工環境后對設計圖紙進行分析和審核，盡力避免因圖紙與實際不符而造成的返工等問題[9]。

憑借建筑信息模型，可以進行場地的布置，人員、器械的進出場與安排，還可以借助建筑信息模型提前模擬出施工環境，如：材料的進出與堆放，工人生活設施的布局，各項工程的活動區域劃分等。在此基礎上可以合理的安排人員的進出場的次序，設備的采購時機，大型器械的進出場與安置。還能借助建筑信息模型的數據庫對施工原材料進行合理的控制，包括材料的種類、參數配比、數量和市場行情等，以求在符合施工質量要求的前提下，購買最高性價比的施工原材料[10]。因此，在有效地控制施工成本與人力資源的同時，使施工管理更安全合理[11]。

建筑信息模型具有模擬時間線的能力，可以有效地控制施工進度，進行實時管理。合理安排工期，避免延期、滯工、工程沖突等問題。同時，基于參數一體化，我們可以對工程的資金成本形成動態管理。而這一系列的模擬與參數化也為安全決策的提出提供了支持[12]。

建筑信息模型可以在橋梁工程施工階段公開設計數據，分享給參與橋梁施工的各個部門，縮短了各部門之間的溝通距離，也減少了生產橋梁構件的廠家生產時的構件誤差。數據的公開，可以對施工資源進行合理的控制與安排，避免了施工資源的浪費。

3.3 建筑信息模型在橋梁工程運營維護階段的應用

在橋梁工程的運營維護階段，通過借助建筑信息模型構建的全方位信息平臺實現多方單位信息共享，有效提升管理效率。同時，運用建筑信息模型的可視化、模擬性的特點實行工程全程實時監測，特別是對整體工程進行分析后列出的薄弱環節的重點監測，可以讓我們在第一時間做好預防工作。而建筑信息模型信息共享平臺的信息變更、動態更新與透明化也為建筑工程多方單位開展協同管理提供了基礎[13]。

通過建筑信息模型，可以借助橋梁工程的信息模型和施工信息定制一套合理的運營維護方案，保證橋梁工程的合理運營。同時，為響應國家節能減排的號召，對橋梁工程的運營階段進行最大程度的資源利用，避免了能源的浪費。一般情況，此項工作對人員專業素質要求較高，操作難度不低，因此可以利用建筑信息模型對橋梁設備進行實時能耗監測，并將數據上傳至評估網站，從而制定最低能耗的維護方案，以延長橋梁的使用壽命[14]。建筑信息模型與GPS 技術的結合，將整個橋梁工程根據不同的條件進行分段管理，再針對特定段進行深入運營維護方案的制定。

建筑信息模型可以將橋梁工程的各種信息數據化，構建起一致化的數據信息模型，通過此模型，可以利用計算機對其進行數據分析處理，并對這些信息進行統一化的管理。同時，根據此模型針對傳統的運營系統進行優化和調整，建立一個全新的、高效的系統。該系統的建立也在一定程度彌補了因人員自身專業能力的不足而造成的運營方案的不足。這樣有效降低了工作強度，提升了工作效率[15]。

4 結語

建筑信息模型的優勢可以在橋梁工程中得到充分的發揮，有效地提高效率，減少工作量，節約成本，創造巨大的社會經濟效益。但是在橋梁工程中應用建筑信息模型還在初級階段，還需進一步加深建筑信息模型與橋梁工程的聯系，繼續挖掘兩者結合的巨大發展潛力。