基于BIM技術(shù)的橋梁可視化施工應(yīng)用研究

徐利

（山東智行咨詢勘察設(shè)計(jì)院，山東 德州 253000）

0 引言

橋梁工程在現(xiàn)代交通運(yùn)輸中有重要作用。汽車數(shù)量增長、物流等相關(guān)行業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量要求也越來越高。為了滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，翻新橋梁、建設(shè)新橋梁工程越來越多。應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真模型，可以為施工人員提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持，保證各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)在合理規(guī)劃基礎(chǔ)上順利完成。

1 橋梁可視化施工概述

橋梁可視化施工技術(shù)可以有效提升測量的精確性和施工效率，為后續(xù)施工提供可靠的數(shù)據(jù)支持[1]。其中，可視化指的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)（如圖像顯示技術(shù)等）將橋梁工程中相對(duì)抽象的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成圖像，更直觀地展示工程信息，以便更清晰地了解、改進(jìn)橋梁工程設(shè)計(jì)中的不足。

2 BIM 技術(shù)分析

BIM 技術(shù)可以構(gòu)建三維虛擬仿真模型，為設(shè)計(jì)人員提供更加真實(shí)的建設(shè)場景，便于其制訂更加合理可行的施工方案。BIM 技術(shù)在橋梁可視化方面的應(yīng)用主要涉及數(shù)據(jù)集成與軟件互操作。

第一，數(shù)據(jù)集成技術(shù)。該技術(shù)可以將不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)集中在一起，為施工單位提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)作為參考，且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享功能。

第二，軟件互操作技術(shù)。該技術(shù)可以協(xié)調(diào)不同數(shù)據(jù)信息，使施工單位可以利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)橋梁工程可視化。與傳統(tǒng)的CAD 圖紙相比，借助BIM 技術(shù)建立的模型更加逼真和形象，在招標(biāo)階段和設(shè)計(jì)階段均可起到有效幫助，有利于參與者高效溝通施工內(nèi)容，因此在各類建筑施工中應(yīng)用較為廣泛。

3 BIM 技術(shù)在橋梁可視化施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 模型可視化

BIM 技術(shù)具有良好的可視化功能，可以全面展現(xiàn)橋梁構(gòu)件的實(shí)際情況，幫助設(shè)計(jì)人員更加深入地了解施工要點(diǎn)，制訂全面、合理的施工計(jì)劃，不僅可以有效避免施工誤差，也可以有效提升橋梁施工的標(biāo)準(zhǔn)性與規(guī)范性[2]。

3.2 體現(xiàn)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)性

建設(shè)橋梁虛擬仿真模型時(shí)，該技術(shù)可以將每一個(gè)構(gòu)件之間的關(guān)系串聯(lián)起來，直觀展現(xiàn)這些構(gòu)件的功能與關(guān)聯(lián)性[3]。便于設(shè)計(jì)人員更好地優(yōu)化施工方案，保證橋梁施工的可行性。

3.3 保證數(shù)據(jù)完整性

BIM 技術(shù)可以完整、真實(shí)地采集施工數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分類和解讀，可幫助設(shè)計(jì)人員及相關(guān)工程參與人員更準(zhǔn)地掌握施工內(nèi)容，能夠起到管理輔助作用。

4 BIM 技術(shù)在橋梁可視化施工中的具體應(yīng)用

4.1 工程概況

某橋主跨為2m×220m，屬于獨(dú)塔斜拉橋。橋面主要采用錯(cuò)層方式進(jìn)行布置：上層可通行機(jī)動(dòng)車；下層可通行行人。橋梁主梁為整體式箱形斷面，形式為組合梁；橋梁引橋?yàn)槿A(yù)制拼裝；道路等級(jí)屬于二級(jí)；系桿共設(shè)置32 束，其中16 束為平面內(nèi)曲線布置，主要用來對(duì)吊桿產(chǎn)生的橫向分力進(jìn)行平衡，所有系桿布設(shè)在鋼箱梁內(nèi)，錨固定在肋間平臺(tái)之上；共有2 條拱肋，分別平行于拱平面之內(nèi)，向外呈現(xiàn)不對(duì)稱傾斜狀態(tài)[4]。東側(cè)拱肋計(jì)算跨徑為300m；矢高為82.92m；拱平面橫向傾角為66.54°。開展橋梁可視化工程時(shí)，主要采用BIM 技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真模型，大大提高了可視化程度和工程效率，具體模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 主梁BIM 模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

4.2 技術(shù)準(zhǔn)備

在橋梁可視化施工中，施工人員主要采用BIM 技術(shù)的三維可視化功能提高橋梁可視化程度，應(yīng)用該技術(shù)之前，需要做好相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)備。

4.2.1 做好施工現(xiàn)場調(diào)查

施工人員需要在現(xiàn)場收集地質(zhì)信息、土壤情況、氣候條件、水系情況等建設(shè)參數(shù)，以確保后續(xù)建立的三維模型更加形象、真實(shí)。

4.2.2 做好人員準(zhǔn)備

由于BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中屬于新興技術(shù)，需要相關(guān)人員具備專業(yè)理論知識(shí)及實(shí)操能力，因此在開展技術(shù)應(yīng)用前必須確保人員可以熟練操作技術(shù)軟件，以充分發(fā)揮該技術(shù)在橋梁可視化施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。必要時(shí)施工單位可以對(duì)內(nèi)部人員進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，主要內(nèi)容為橋梁設(shè)計(jì)內(nèi)容及BIM 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，這樣既可以節(jié)省部分人力資源支出（如人員招聘方面的支出）；也可以縮短施工周期。

4.3 BIM 技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

4.3.1 三維建模技術(shù)

該技術(shù)是BIM 技術(shù)中的核心技術(shù)，技術(shù)人員可以利用三維建模完成施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、橋梁模型構(gòu)建以及材料模型設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上開展相關(guān)施工。

4.3.2 布置橋梁施工現(xiàn)場

構(gòu)建三維立體模型后，施工人員可以根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)模型針對(duì)性地對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)、合理調(diào)整，以便于高效開展施工。

4.3.3 施工模擬

借助三維立體模型，可以提前進(jìn)行施工模擬以便發(fā)現(xiàn)施工中的技術(shù)問題及安全問題，并根據(jù)這些問題制訂有效的改善措施，以此提高技術(shù)實(shí)施水平，保證施工安全性。

4.4 BIM 技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

施工管理在橋梁工程中的作用不容小覷，針對(duì)一些較為繁瑣的施工程序，可以通過BIM 技術(shù)的不同功能實(shí)現(xiàn)高效管理，如三維激光掃描等?？梢砸訠IM 技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)四維動(dòng)態(tài)集成管理，如通過連接施工現(xiàn)場三維模型、施工進(jìn)度計(jì)劃及施工資源信息，借助RBCCE 軟件完成各項(xiàng)施工管理，糾正一些管理偏差問題。

4.4.1 橋梁施工質(zhì)量管理

在橋梁施工質(zhì)量管理環(huán)節(jié)，需要管理人員模擬建設(shè)三維模型，根據(jù)模型分析現(xiàn)場可能存在的施工問題，動(dòng)態(tài)管理現(xiàn)場施工進(jìn)度、施工內(nèi)容及材料采購等內(nèi)容，構(gòu)建更加完善的人員管理和材料管理制度，以此把控橋梁施工質(zhì)量[5]。以材料管理制度為例，采購施工材料時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求制訂材料清單，經(jīng)過統(tǒng)一審批方可進(jìn)行批量采購。材料入場之前，需要嚴(yán)格檢查，如材料是否有瑕疵等；入場后儲(chǔ)存在合理位置，避免與地面直接接觸影響材料質(zhì)量等。

為確保施工質(zhì)量，管理人員可以采用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工工序管理，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，提高施工品質(zhì)。首先，通過模擬橋梁建設(shè)全過程，使設(shè)計(jì)人員可以直觀了解橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。其次，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)模擬的橋梁建設(shè)全過程充分考慮施工工序的合理性，便于及時(shí)找出問題，完善施工計(jì)劃，保證施工工序的合理性。最后，再次進(jìn)行模型模擬演示，檢驗(yàn)優(yōu)化后的橋梁工序，保證各項(xiàng)工序安排合理。

4.4.2 橋梁施工成本管控

利用BIM 技術(shù)可以有效管理材料成本、施工損耗等方面，避免不必要的施工浪費(fèi)，從而提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。此外，BIM 技術(shù)還具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)集成能力，其數(shù)據(jù)庫可以覆蓋橋梁工程的全部數(shù)據(jù)，各參與單位可以共享這些數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)材料與價(jià)格的精準(zhǔn)鏈接，準(zhǔn)確計(jì)算施工成本和工程造價(jià)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的合理管控。

為降低施工成本，相關(guān)人員還需要做好施工進(jìn)度規(guī)劃，可以利用BIM 技術(shù)生成四維信息模型，展示橋梁工程施工量的變化，并通過動(dòng)畫對(duì)比計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際施工進(jìn)度，找出差距，調(diào)整施工計(jì)劃，縮短施工時(shí)間，以降低施工成本。

在管理施工原材料方面，還可以借助二維碼掃描和RFID 技術(shù)，將真實(shí)構(gòu)件數(shù)據(jù)信息與三維虛擬模型關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)四維材料管理。利用BIM 模型準(zhǔn)確計(jì)算橋梁工程所需材料總量，并自動(dòng)生成材料下料單。在原材料進(jìn)場之前，可以通過掃描二維碼了解實(shí)際庫存情況。安裝構(gòu)件后，再次掃描二維碼以獲取當(dāng)前的原材料剩余數(shù)量，并根據(jù)工程進(jìn)度和資金預(yù)算制訂更科學(xué)的材料采購計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)材料成本控制。

4.4.3 橋梁施工安全管理

可視化技術(shù)不僅可以用于施工管理，監(jiān)管人員還可以通過現(xiàn)場模擬了解施工中存在的安全隱患，從而制訂更合理的安全管理制度。同時(shí)，可以在現(xiàn)場布設(shè)全面的安全設(shè)施，確保施工人員的安全，避免發(fā)生安全事故造成經(jīng)濟(jì)損失和工程停滯。進(jìn)行橋梁工程安全控制時(shí)，相關(guān)人員需要建立預(yù)警機(jī)制，防止重大危險(xiǎn)源的出現(xiàn)，并在每個(gè)工序開始之前進(jìn)行現(xiàn)場施工工藝的模擬和技術(shù)交底。

第一，安全技術(shù)交底。通過提高現(xiàn)場施工人員的安全意識(shí)，使其更好地了解和掌握施工內(nèi)容，可以避免后期施工中出現(xiàn)不規(guī)范的施工操作等問題。利用BIM 信息模型直觀展示橋梁施工要點(diǎn)和難點(diǎn)，可以確保施工人員準(zhǔn)確理解施工內(nèi)容，不僅能實(shí)現(xiàn)施工的透明性，還能提高整體施工效率。

第二，安全設(shè)施的三維布置?？梢越柚鶥IM 信息模型將橋梁施工現(xiàn)場中的重要安全設(shè)施布置在顯眼的位置，如變電箱、滅火器等設(shè)備[6]。一旦發(fā)生安全問題，現(xiàn)場人員可以快速找到事故區(qū)域，并采取相應(yīng)的急救措施，提高現(xiàn)場安全管理效果。

4.5 BIM 技術(shù)在施工測量中的應(yīng)用

首先，進(jìn)行橋梁數(shù)據(jù)測量之前，可以利用BIM 技術(shù)模擬現(xiàn)場的地形情況，構(gòu)建真實(shí)的地質(zhì)模型，以提高測量工作的精度。其次，通過模型可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際測量與設(shè)計(jì)圖紙之間的矛盾點(diǎn)，并及時(shí)在測量前做好計(jì)劃調(diào)整，確保測量作業(yè)更加高效、準(zhǔn)確。最后，BIM 技術(shù)的交互模式可以展示和模擬測量施工內(nèi)容，并對(duì)比測量不同參數(shù)數(shù)據(jù)（如高程、方位角、坐標(biāo)等），使最終測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

技術(shù)人員可以使用RBCCE 軟件創(chuàng)建橋梁的三維數(shù)據(jù)模型，并根據(jù)模型計(jì)算施工信息，完成一體化的測量作業(yè)。第一，可以生成橋梁的平面布置圖，包括支座、樁基、墊石、承臺(tái)、墩頂、墩身和主梁等主要構(gòu)件。通過平面圖可以檢查橋梁布置的數(shù)據(jù)，如檢查左右梁縫設(shè)置是否符合要求。第二，可以查詢不同構(gòu)件的三維坐標(biāo)，并使用表格進(jìn)行批量輸出，作為檢查橋梁施工坐標(biāo)放樣和測點(diǎn)的檢查參照。

4.6 可視化施工模擬

首先，可以利用BIM 技術(shù)對(duì)橋梁施工進(jìn)行可視化模擬，以計(jì)算連續(xù)橋梁和剛構(gòu)橋懸臂的數(shù)據(jù)。其次，使用RBCCE 軟件的不同模式，設(shè)計(jì)和優(yōu)化常見的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，并計(jì)算和查詢結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。最后，可以利用自動(dòng)生成的三維MIDAS 模型完成橋梁施工三維空間計(jì)算，如掛籃、不同類型的梁柱支架、托架、碗扣滿堂支架、模板、鋼板樁和鋼便橋等。計(jì)算完成后，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高建設(shè)質(zhì)量。

由于模板在吊裝過程中會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的擺動(dòng)狀態(tài)，且隨著吊裝高度的增加，擺動(dòng)幅度也會(huì)增大，存在安全隱患。因此，管理人員可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬施工，并制訂施工計(jì)劃，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工人員作業(yè)。

第一，嚴(yán)格按照模板施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工準(zhǔn)備，清理模板表面，涂抹適量的色拉油，確保涂抹均勻，避免漏涂。

第二，對(duì)模板進(jìn)行拋光，保持表面的光潔度和平坦度，確保模板的邊角順直、潔凈。將模板分堆擺放，以便有效控制組合模板的拼縫嚴(yán)密度和平整度。

第三，在吊裝過程中，必須有專門的指導(dǎo)人員指揮吊車，明確指揮信號(hào)，以確保施工的安全性。同時(shí)，在高空吊裝時(shí)，要做好模板外側(cè)加固，防止模板因擺動(dòng)幅度過大而掉落。

第四，先吊裝平面模板，再吊裝圓弧模板。吊裝至設(shè)定好的位置后，使用斜撐進(jìn)行加固處理，連接墩身模板后開始吊裝。

第五，根據(jù)編號(hào)進(jìn)行模板組裝。模板就位后，使用雙面膠帶連接板塊和板層，避免澆筑時(shí)出現(xiàn)漏漿影響模板承載力。膠帶邊緣必須與模板邊緣處于同一水平線，以免產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)或者凹槽，影響混凝土外觀。

第六，全部模板組裝完成后，及時(shí)進(jìn)行加固處理，以確保模板的穩(wěn)固性。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)在橋梁可視化工程中的應(yīng)用，能夠大幅提升施工效率和施工質(zhì)量，使橋梁工程整體質(zhì)量得到有效保障。為此，施工單位應(yīng)積極采用該種技術(shù)，為設(shè)計(jì)人員、施工人員以及管理人員提供真實(shí)數(shù)據(jù)信息，通過各方高效配合，使橋梁施工順利竣工。