BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用

張國平

湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北 武漢 430000

1 BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀及特點

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)已經(jīng)成為建筑設(shè)計和施工中的重要工具，并且發(fā)揮了顯著的作用。隨著我國交通建設(shè)的不斷推進，越來越多地理條件復(fù)雜的地區(qū)開始進行橋梁施工建設(shè)，由于施工區(qū)域地理環(huán)境限制，很多橋梁工程施工難度較大，而BIM 技術(shù)的應(yīng)用極大減小了施工難度，促進了橋梁施工質(zhì)量和安全性的提升。同時，國家有關(guān)部門也出臺了相關(guān)政策推動建筑行業(yè)信息化水平的提升。在這一背景下，BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中發(fā)揮了巨大的作用，但是仍然需要進一步的推廣普及。

1.2 應(yīng)用特點

（1）可視化。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和城市化水平的不斷提升，交通建設(shè)的意義越發(fā)凸顯，橋梁工程不僅能夠幫助人們跨越河流，還能應(yīng)用于跨越深溝峽谷以及城市立體道路建設(shè)，相應(yīng)橋梁工程的質(zhì)量和安全性也更加為社會各界所重視。傳統(tǒng)的設(shè)計模式主要是通過圖紙展示設(shè)計平面，隨著橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜化，圖紙已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的設(shè)計需要，難以體現(xiàn)設(shè)計的空間性。而且BIM 技術(shù)具有可視性的特點，能夠?qū)⒃O(shè)計圖紙以3D 立體模型的方式呈現(xiàn)出來，使員工更加直觀地了解設(shè)計方案，也能夠更加全面可靠地進行橋梁監(jiān)控。

（2）協(xié)調(diào)性。橋梁工程建設(shè)規(guī)模大，施工耗費時間長，容易受到風(fēng)險因素的影響，而橋梁工程施工工序較為復(fù)雜，設(shè)計包含多方面的專業(yè)知識，要想保證施工的質(zhì)量和安全，就必須對各個工種、各個環(huán)節(jié)的施工進行協(xié)調(diào)，才能使橋梁工程施工有條不紊地順利進行，也能夠?qū)崿F(xiàn)縮短工期的目標(biāo)。而且BIM 技術(shù)集成的共享數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崟r更新，可以幫助各單位的工作人員迅速獲取方案的變更信息，提升溝通效率，還可以提前對施工情況進行模擬，以便規(guī)劃出最佳的工序流程，提升施工現(xiàn)場管理水平，減少各單位施工沖突，促使施工團隊更加協(xié)調(diào)。

（3）優(yōu)化性。橋梁工程施工周期長、施工環(huán)境較為惡劣、施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，在施工過程中容易出現(xiàn)各種各樣的問題，導(dǎo)致施工進度延誤，難以如期完工。而且BIM 技術(shù)可以對施工中的各項數(shù)據(jù)信息進行集成，并形成三維模型，還可以通過調(diào)整參數(shù)模擬施工情況，有助于設(shè)計人員在完成設(shè)計后對方案進行測試和優(yōu)化，也能夠更加直觀地體現(xiàn)出設(shè)計中的缺點和施工中的不足之處，通過BIM 技術(shù)預(yù)測施工發(fā)展還有助于避免出現(xiàn)施工安全問題。

2 橋梁施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

各種橋型施工監(jiān)控的內(nèi)容有所差別，以斜拉橋施工監(jiān)控為例，主要包括幾何監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、索力監(jiān)測以及溫度場監(jiān)測等。

2.1 幾何監(jiān)測

幾何監(jiān)測包括主塔變位監(jiān)測和主梁線形監(jiān)測。在橋梁施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)常常由于多種原因的影響發(fā)生形變，從而與設(shè)計圖紙產(chǎn)生偏差，因此必須對橋梁進行幾何監(jiān)測，以便了解和掌握橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，并采取相應(yīng)的措施。幾何監(jiān)測主要可以分為兩部分內(nèi)容，一是主梁標(biāo)高監(jiān)測，即監(jiān)測橋梁的實際高程；二是偏位監(jiān)測，即監(jiān)測順橋向變位值等。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測

橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況直接影響施工的安全性，并且會在施工過程中不斷發(fā)生變化，因此必須對橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)進行長期監(jiān)測，保證其不超出安全范圍。應(yīng)力監(jiān)測的對象主要是主梁和主塔。對主梁應(yīng)力狀況進行監(jiān)測時，要關(guān)注主梁應(yīng)力是否超限和每一施工階段前后的應(yīng)力差兩個方面；對主塔應(yīng)力狀態(tài)進行監(jiān)測時，必須科學(xué)選定監(jiān)測點。此外，應(yīng)力監(jiān)測的精度和傳感器的可靠性十分重要，因此一般會采用精度較高、故障率低的振弦式混凝土應(yīng)力傳感器。

2.3 索力監(jiān)測

索力測試是橋梁施工監(jiān)控的特殊內(nèi)容。隨著大跨徑橋梁工程項目的不斷增多，纜索承重結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，索力監(jiān)測也越發(fā)重要。索力監(jiān)測對象通常是單根索力，采取千斤頂壓力表法與振動頻率法相結(jié)合的方式來開展。

2.4 溫度場監(jiān)測

當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度也會隨著發(fā)生變化。一般情況下，材料的溫度變化將引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形，從而在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。由于組成斜拉橋結(jié)構(gòu)各個部分的材料、尺寸和結(jié)構(gòu)形式不同，環(huán)境溫度變化將使橋梁內(nèi)各部分的溫度呈復(fù)雜的分布形式。了解橋梁所處的環(huán)境溫度變化和橋梁結(jié)構(gòu)上溫度梯度變化情況，掌握各部分的溫度分布規(guī)律，對于估算由溫度引起的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力具有重要的意義。

3 BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用

3.1 搭建橋梁構(gòu)件庫

按照橋梁類型建立橋梁核心構(gòu)件庫是建立BIM 模型的基礎(chǔ)。根據(jù)橋型不同，對各種橋梁類型的構(gòu)件進行分類和編碼，且每個構(gòu)件和編碼均是對應(yīng)和唯一的，形成核心構(gòu)件庫，建模時，從核心構(gòu)件庫中選擇所需構(gòu)件進行拼組，即可建立橋梁所需的BIM 模型。其中，橋梁構(gòu)件分類編碼要求基于國家相關(guān)部門頒布的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對模型構(gòu)件進行分類和編碼。對于懸臂澆筑的斜拉橋建模，每一個梁段、每一根斜拉索、主塔每個澆筑節(jié)段等均可以根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況進行細化分類編碼，從而建立斜拉橋構(gòu)件庫。在橋梁施工監(jiān)控過程中，根據(jù)橋梁施工實際進度，選擇不同構(gòu)件進行拼裝，形成施工階段模型。

3.2 構(gòu)建施工監(jiān)控的管理平臺

企業(yè)應(yīng)積極進行統(tǒng)一的管理平臺的開發(fā)，根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況的施工設(shè)計等內(nèi)容，借助BIM 技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的管理平臺，使各部門、單位可以通過統(tǒng)一的管理平臺上傳和獲取橋梁模型和數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)進行智能終端App的開發(fā)。在此過程中，一方面要在橋梁結(jié)構(gòu)上設(shè)置傳感器，為應(yīng)力、標(biāo)高測量提供便利，并將測量結(jié)果上傳到管理平臺。另一方面，要在管理平臺上設(shè)置自動報警程序，當(dāng)檢測結(jié)果出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，超出設(shè)置的安全范圍時，自動報警程序?qū)樱皶r對監(jiān)控管理人員發(fā)出警示，以便設(shè)計人員及時改進施工方案，保證實際施工符合設(shè)計圖紙和施工方案要求，確保橋梁工程的整體質(zhì)量和安全性，延長橋梁運營壽命。其中要特別關(guān)注的一項工作內(nèi)容就是對傳感器開展編碼。為了將模型和監(jiān)測數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，使BIM 技術(shù)的模型呈現(xiàn)出更好的可視化效果，應(yīng)結(jié)合傳感器的位置和功用開展編碼工作。編碼時應(yīng)采取固定的方法和模式，以便編碼和數(shù)據(jù)能夠更好地被計算機處理。傳感器編碼必須具備規(guī)律性并且一一對應(yīng)，不能出現(xiàn)重復(fù)的現(xiàn)象，否則計算機將無法準(zhǔn)確識別編碼對象，難以確定數(shù)據(jù)的正確含義。另外，還必須保證編碼能夠正確識別，并在管理平臺上校準(zhǔn)傳感器信息。

3.3 研發(fā)智能手機端App

企業(yè)在借助BIM 技術(shù)進行智能手機端App 研發(fā)的過程中，必須對相關(guān)功能進行科學(xué)設(shè)計，主要包括設(shè)計方案獲取、共享數(shù)據(jù)和文件、應(yīng)力、幾何監(jiān)測及溫度監(jiān)控、質(zhì)量檢測、即時溝通等內(nèi)容。監(jiān)控單位可以采取人工方法對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行定期采集，然后將數(shù)據(jù)信息文件上傳至智能手機端App，但最好的方法是借助無線傳感器對橋梁進行實時監(jiān)控，并自動將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時上傳到智能手機端App。在此過程中需要特別關(guān)注以下兩點：一是應(yīng)力及溫度監(jiān)控功能的設(shè)置。這要求借助傳感器等實時上傳和記錄相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并設(shè)置自動報警程序。監(jiān)測人員可以通過這一功能獲取實時的應(yīng)力、溫度數(shù)據(jù)，還可以通過查看橋梁應(yīng)力、溫度變化圖形或者直接搜索某時間橋梁的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)來獲得有效信息。自動報警程序會在橋梁關(guān)鍵部位應(yīng)力、溫度超出設(shè)定的安全范圍時立刻發(fā)出警報，一般監(jiān)控管理人員需及時處理。這樣有利于監(jiān)測人員隨時隨地獲取橋梁應(yīng)力、溫度信息等，并第一時間解決問題，有利于橋梁施工順利進行，保證施工安全。二是幾何線性控制。在監(jiān)控過程中，監(jiān)控管理人員可以借助傳感器及其他設(shè)備結(jié)合的方式，獲得準(zhǔn)確的橋梁關(guān)鍵部位坐標(biāo)，及時發(fā)現(xiàn)實際施工與設(shè)計方案中不相符的地方。與此同時，監(jiān)控管理人員還能夠借助統(tǒng)一管理平臺，將測量數(shù)據(jù)信息上傳到Web 端，并借助智能手機App 進行線性控制，設(shè)置警報程序，在兩者線性誤差的系數(shù)超出規(guī)定的安全范圍時及時示警，向監(jiān)控人員、施工人員進行提示。

3.4 搭建監(jiān)控信息反饋和交流模塊

傳統(tǒng)的施工監(jiān)控指令流轉(zhuǎn)采用紙質(zhì)版指令表由參建各方依次流轉(zhuǎn)簽認，具體流程如下：監(jiān)控單位分析數(shù)據(jù)、下達監(jiān)控指令表→設(shè)計單位復(fù)核簽認→監(jiān)理單位同意實施簽認→施工單位按指令施工。整個完整的流程周期需1.5d 左右，同時還耗費相應(yīng)的人力和物力。將基于BIM 技術(shù)施工監(jiān)控平臺集成監(jiān)控指令信息反饋模塊，由監(jiān)控單位查看分析橋梁施工的各階段數(shù)據(jù)，并在平臺上下達監(jiān)控指令，及時推送到參建各方，能夠迅速完成整個監(jiān)控指令的流程過程。與傳統(tǒng)的施工監(jiān)控流程相比，大幅度節(jié)約了時間成本，溝通更加流暢，從而縮短了整個橋梁建設(shè)的工期。

4 結(jié)束語

綜上所述，利用BIM 技術(shù)能夠?qū)蛄菏┕けO(jiān)控過程的數(shù)據(jù)、資源等信息完整呈現(xiàn)出來，將參建各方整合在一起，共享施工監(jiān)控過程。BIM 技術(shù)不僅可以提高施工監(jiān)控的效率，同時還能保證施工監(jiān)控現(xiàn)場的安全，為橋梁建設(shè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和高質(zhì)量發(fā)展提供了可靠手段。