基于BIM技術橋梁施工全過程優化研究

高立廣

摘要 為了優化橋梁施工全過程，文章以BIM技術為核心展開研究，深入探討了BIM技術的特點以及在橋梁施工過程中各個環節的應用。研究結果表明，基于BIM技術的橋梁施工全過程優化能夠改善資源調配、提高施工效率、降低施工成本、增強工程合作的協同性。此外，將BIM技術與其他技術如大數據、物聯網、PDCA循環等進行了深度融合，進一步提高了施工管理的效果。

關鍵詞 BIM技術；橋梁施工；全過程優化

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0103-03

0 引言

隨著建筑業信息化不斷發展和應用，構建基于BIM、大數據、智能化等技術的全壽命周期管理模式與機制在橋梁施工領域的應用逐漸增多。橋梁工程作為基礎設施的重要組成部分，其設計、施工和運營階段的協同與優化對于保障交通運輸的安全和效率至關重要。BIM技術以其全面的信息整合和協調能力，為橋梁施工全過程提供了一種創新的優化方法。通過探討基于BIM技術的橋梁施工全過程優化方法，以提高施工效率、降低成本、減少施工期間的風險，并優化橋梁的設計和運營。

1 BIM技術概述

BIM技術是一種基于三維數字技術構建建筑信息模型的方法，通過智能數字化的方式傳達工程實體。BIM技術建模包括信息安全集成管理系統和BIM模型，利用B/S和C/S技術實現數據的共享和傳遞[1]。BIM建模具體流程如圖1所示，首先利用Open Roads Designer創建橋梁的中線、橋面鋪裝模板和三維地形環境。然后，運用Open Bridge Modeler創建橋梁的主體模型。接下來，借助Micro Station建立橋梁附屬設施構件的模型。最終通過Synchro 4D進行施工模擬，將所有模型進行集成展示，即通過Bentley平臺上的不同軟件實現BIM模型的建立過程。

BIM技術的應用如圖2所示，包括GIS系統、施工工藝、安全質量、系統集成、BIM信息模型、可視化、3D電子施工日志、進度管理、報表中心、模型導入和文檔交付、建設管理等。此外，BIM技術還可以用于系統集成，將橋梁的各個系統（如結構、電氣、機械等）進行整合和優化。BIM模型中的信息可以用于生成報表，方便管理人員進行項目進展和成本控制的監測和分析。

2 BIM技術在橋梁施工全過程中的應用

2.1 BIM技術在橋梁施工前期的應用

BIM技術在施工前期主要涉及設計和模型協調，以及碰撞檢測和沖突解決。在設計和模型協調方面，BIM平臺為不同專業的設計師提供了信息共享和集成的機會。例如，結構設計師在模型中使用結構優化方法，如優化算法、有限元分析等，對橋梁結構進行調整和優化，通過最小化目標函數確定最優的橋梁結構設計，公式如下：

minimizf（x） （1）

subjectog（x）≤0，i=1，…，m （2）

h（x）≤0，i=1，…， p （3）

式中，f（x）——目標函數；x——設計變量；g（x）、h（x）——約束條件。

在碰撞檢測和沖突解決方面，BIM技術通過將各個專業的模型整合在一起，進行自動碰撞檢測，以檢測模型中是否存在重疊、沖突或不一致的部分，進而優化調整設計。

2.2 BIM技術在橋梁施工中的應用

BIM技術在橋梁施工中的應用如圖3所示，主要包括橋梁上部和下部的建模。首先，橋梁上部的BIM建模包括預應力箱梁、鋼箱梁、組合梁、防撞護欄等部分。建模流程主要包括新建橋梁、創建布跨線，根據橋梁橫斷面模板建立預應力箱梁、鋼箱梁、組合梁、防撞護欄等構件，并在參數設置界面輸入相關參數，如布跨線的距離和斜交角度等，以確保布跨線的合理性。這些步驟通常使用Open Bridge Modeler軟件完成。

其次，橋梁下部的BIM建模主要涉及承臺、墩柱（臺）、支座等部分。Open Bridge Modeler提供了通用的下部結構構件庫，可直接調用，也能夠根據具體項目情況擴充構件庫。建模步驟包括使用擴充構件庫布置特殊位置處的橋墩，以及使用參數化建模的方式快速布置數量較多且類型一致的橋墩。

2.3 BIM技術在橋梁施工進度中的應用

BIM技術在橋梁施工中可以實現動態管理和有效監控。通過傳感器技術，實時采集施工過程中的數據，并根據模型的模擬和仿真結果對工程展開情況進行比對和分析。施工進度優化采用進度優化模型，如進度網絡圖、路徑分析等，通過確定最短的施工時間和最優的施工順序進行優化，公式可以表示為：

minT （4）

subjecttoT≥Ti （5）

T=max{Tj+Dj|（i， j）∈E} （6）

式中，T——總施工時間；Ti——第i個任務的最早開始時間；Tj——第j個任務的最晚完成時間；Dj——第j個任務的持續時間；E——任務之間的關系集合。

2.4 BIM技術在成本控制中的應用

2.4.1 成本動態管理

利用BIM技術的5D模型，可以將實際進度和成本信息輸入模型中，實現施工過程的成本動態管理。通過跟蹤分析掙得值法所涉及的數據，可以計算不同時間點的費用效益指標，及時發現成本偏差并進行預警[2]。

2.4.2 實時監控

BIM技術可以實時查詢施工階段的材料用量和實際工程量，幫助管理人員及時發現成本管理問題。通過準確的數據統計，可以采取針對性的解決措施，調整機械調度和人員管理，實現施工成本的動態監控。

2.4.3 限額領料管理

利用BIM技術，可以實現精細化的物料領取管理。通過自動分析工程量數據信息和物料領用信息，可以實時查看特定區域內的工程量完成情況以及可領取的材料限額。施工資源優化使用資源平衡模型，如線性規劃、整數規劃等，通過最優化資源分配提高施工效率，公式表示為：

minZ （7）

subjecttoXi*Ri≤Ci （8）

Xi∈{0，1} （9）

式中，Z——最小化的目標函數；Xi——決策變量，表示是否為第i個任務分配資源；Ri——第i個任務所需的資源量；Ci——第i個資源的可用量。

2.4.4 數據關聯整合

BIM協同管理平臺具備強大的功能，能夠對有關方面的數據進行關聯整合。例如，材料價格的變化會直接影響施工成本，BIM協同管理平臺能夠自動采集相關價格的變化，并自動進行成本核算調整，有效縮短了計價變更的時間。

2.5 BIM技術在竣工階段中的應用

在竣工階段，BIM技術的應用實現了項目數字化成果的歸檔移交，為項目資料提供了更高的學術性和科學性。BIM技術生成詳細的數字化成果，包括橋梁模型、結構模型、設備模型等[3]。這些數字化成果通過BIM軟件進行管理和歸檔，確保信息的完整性和可追溯性。

BIM技術可以與項目運維進行對接，實現數字化成果的無縫銜接。通過將BIM模型與運維管理系統相結合，可以實現設備定位、故障監測、維護計劃等功能，提高運維工作的效率和準確性。此外，BIM技術還可以為竣工階段的學術研究提供數據支持。

由此可知，BIM技術在橋梁施工過程的各個階段都十分重要，其在橋梁施工全過程的實施流程圖如圖4所示：

3 BIM技術優化橋梁施工全過程的策略

3.1 完善3D模型

將3D模型與前期構件完成的進度計劃進行關聯，為3D模型添加不同的時間維度參數，實現對整個施工過程的分析和模擬，同時加強各個部門之間的協作機制。使用Navisworks軟件對MEP、結構、建筑等專業的文件進行分層，并轉化為可被軟件整合和利用的DEF/DWFX文件。通過Navisworks軟件的“timeliner”命令，將Project軟件生成的“Mpp”格式文件與3D模型進行鏈接，實現高效的管控目標[4]。

調整和模擬時間單位，模擬的時間單位包括天、周、月等，可以分別按照逆序和正序展開項目技術的模擬，以不同的時間間隔全面反映施工進度對后續關鍵節點的影響。同時，為了更直觀地展現不同構件之間的關聯特征，可以引入動畫和視頻等多種形式對施工進度進行播放，并對未完成的工作進行管理。

3.2 橋梁拆除工藝虛擬仿真

通過BIM技術建立橋梁的全面數字模型，包括幾何形狀、結構元素和構件屬性等信息，實現對拆除工藝和策略的規劃和控制。利用BIM軟件或專用的虛擬仿真軟件，將拆除工藝應用到BIM模型中進行模擬。通過虛擬仿真，觀察橋梁的逐步拆除過程，并調整施工區域和機械進場路線等。

基于虛擬仿真的結果和分析，對拆除工藝和策略進行優化和調整。例如，改變拆除順序、調整工具和設備的使用等，從而提高施工的效率和準確性。根據虛擬仿真的結果，生成橋梁的三維可視化動畫或靜態圖片，用于展示拆除過程和結果。

3.3 技術集成

技術集成是優化橋梁施工全過程的關鍵策略之一。通過將BIM技術與其他技術進行集成，可以實現更高效、精確和可視化的施工管理。

3.3.1 PDCA循環原理

PDCA循環包括計劃、執行、檢查和調整四個環節，將BIM技術與PDCA循環原理相結合，推動項目進度計劃管控模式。在橋梁施工中，可以通過PDCA循環建立完善的三維信息管控模型，進行施工進度的動態管理，實現項目進度的高效管控和優化。

3.3.2 與其他技術集成

通過將BIM技術與設計工具、信息技術、移動設備等集成到協同平臺，并與大數據、物聯網、GIS等信息技術進行深度融合，可以實現動態反映建設工程項目投資、進度等各項狀態，并利用遠程設備解決施工現場安全隱患等問題[5]。這樣的“BIM+”融合模式使得BIM技術可以在全過程橋梁施工中發揮更大作用。

4 結束語

該文系統地探討了基于BIM技術的橋梁施工全過程優化研究，通過準確的物料統計數據、資源調配優化和施工進度的動態管理，為橋梁施工管理提供了一種新的思路和方法。通過與其他信息技術的融合，如大數據、物聯網、GIS等，進一步提高了施工管理的效率和質量。該文的分析結果證明了BIM技術在橋梁施工中的優化效果，并強調了集成的“BIM+”融合模式在全過程中的重要性。未來的研究可以進一步探索BIM技術在其他領域的應用，并結合實踐經驗不斷完善和優化BIM技術在橋梁施工中的應用。

參考文獻

[1]唐弘鈺. 基于BIM技術的市政施工項目管理優化[J]. 智能建筑與智慧城市， 2024（1）： 72-74.

[2]孫艷， 趙華英. BIM技術在建筑施工中的成本控制與管理[J]. 智能建筑與智慧城市， 2024（1）： 78-80.

[3]燕利珍， 廖文清， 王黎明， 等. 淺談BIM技術在施工現場的管理與應用[J]. 安裝， 2023（S2）： 4-6.

[4]沈博， 陸占雨. BIM技術在橋梁工程中的應用探索與研究[J]. 工程建設與設計， 2023（24）： 100-102.

[5]李林峰. BIM技術的智能化建筑施工分析[J]. 江蘇建材， 2023（6）： 121-122.