BIM在橋梁施工中的應用

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

交通系統是一個國家的命脈，橋梁則是交通系統中的咽喉，橋梁工程在國家的社會、經濟發展中扮演者及其重要的角色，隨著中國經濟的飛速發展，特別是國家西部山區飛騰式的發展，中國路網中橋梁的需求量也與日俱增，根據中國交通運輸部的資料統計表明，我國的各類橋梁大約有5萬多座[1]。

任何一座橋梁，無論規模大小，都要經歷前期規劃，中期施工建造，后期運營養護直至拆除的整個生命周期，在傳統橋梁工程中，規劃、設計、建造、后期管理都是由不同的管理部門分開管理，而橋梁的施工圖確依賴CAD軟件，也就是傳統的二維圖紙，設計人員、管理人員、建設人員之間缺乏高效的協同，往往受到各自的信息有誤，所以各個階段工作的獨立性較強，不同部門人員參與率比較低，最終造成工程的造價高昂、施工成本難以控制、工程質量低下。

與此同時，現代橋梁正朝著大跨度、高強度、輕質材料的方向發展，新材料新工藝對于理論研究分析計算準確性的高要求，橋梁工程建設中精細化的處理，橋梁后期的運營維護的智能化，因此后期的橋梁建設需要越來越高的智慧和技術。

近十年來，計算機技術、信息技術、精細化管理等一系列現代科學在度過了萌芽期后迅速發展，并廣泛運用，對土木這個行業產生了巨大影響，BIM技術正是在這種環境下應運而生。BIM在經歷了最初的萌芽期和發展期之后，被迅速的運用到實際工程中來，針對性的解決實際工程的各種難題，在橋梁領域，各國的橋梁工作者借鑒BIM技術在房建領域所取得的成就和經驗，嘗試將BIM應用到橋梁當中，取得了顯著的效果—3D可視化技術[2]在復雜橋梁構件施工時起到了很大的輔助作用，3D模擬技術與碰撞檢查技術讓橋梁在實際動工前充分展現出其不足地方并加以修改，讓橋梁的后期運營維護更加智能。

二、國內外研究現狀及發展趨勢

(一)國外研究

對BIM的針對性研究起步較早的是以美、英、日、韓為代表的發達國家。

1.美國

上世紀70年代，BIM的理論雛形就在美國發展開了，通過美國數十年的發展和研究，美國在現代BIM技術的推廣和應用中也是首屈一指，2006年，美國陸軍工程兵(USACE)提出了一份為期15年的BIM路線圖，作為美國國家發展BIM的總體規劃指南，2007年12月，美國建筑研究院發布了美國國家BIM標準(NBIMS)[3]，成為了世界上第一部系統的BIM標準。2009年7月，威斯康辛州政府對BIM技術進行強制性推廣，要求其境內預算超過500萬美元的項目必須采用BIM技術。

2.英國

英國作為老牌發達國家，對于BIM的研究也是走在了世界的前列。2012年，英國標準協會(BSI)提出了BIM模型成熟度界定方法[4]—BS/555路線圖——將BIM模型分為4個等級，2013年，英國皇家建筑學會定義了BIM項目[5]從始至終的整個過程，該實施將BIM分為8個階段，同時闡述了項目中各個時間點上的每個參與者的核心活動。

(二)國內研究

中國對于BIM的研究起步較晚，但通過大量學者和相關領域工作者的不懈研究，同時吸取國外先進經驗的情況下，中國在BIM領域也取得了豐碩的成果。十一五期間，BIM成為了國家科技支撐重點項目后，在國家層面上對于BIM技術便越發重視。十二五期間，住建部更多次在其重要文件中提到BIM：

1.2013年8月29日，發布的《關于征求關于推薦BIM技術在建筑領域應用的指導意見函》中提到“2016年以前政府投資的2萬平方米以上大型公共建筑以及報綠色建筑項目的設計、施工采用BIM技術。

2.2016年4月15日，重慶建委發布關于加快建筑模型技術應用的意見，其中提到四個關鍵的時間點：2017年起，本市建筑面積3萬平方米以上的單位公共建筑在設計階段必須采用BIM技術；2018年起，大型道路、橋梁、隧道工程，三層及以上的立交工程，在勘察、設計階段必須采用BIM技術；2019年起，軌道交通站點工程在勘察、設計階段應采用BIM技術。

同時，在工程實踐領域，BIM技術也發揮了極大的作用，諸如08年奧運會主場館之一的水魔方，利用BIM技術解決了建筑的能源可持續利用問題，總高度到達632米的上海中心大廈，利用BIM技術解決了建筑結構的主體，上海世博會中國館的設計建造，則利用BIM技術解決了復雜構件工程精確計算和施工階段造價管理問題。南京青奧會議中心運用BIM的碰撞檢查技術解決了管線設計，慈溪大劇院則利用BIM的3D可視化技術[4]。

三、橋梁設計階段的BIM模型建立

(1)對橋梁的梁結構，圍繞著直線T梁、直線箱型梁與直線變截面梁三種形式的構件開展了參數化設計，針對T梁，著重對實現T梁坡度及保證其設計界面式中保持豎直的輔助參數進行了深度研究；對于箱梁，開展了箱梁參數化的設計，著重闡明了箱梁直、斜腹板的參數設置模式。最后采用“以直代曲”的方式創建了一個梁底為二次拋物線的變高箱梁，開展了變截面梁的參數化模型設計。

(2)對橋梁的柱結構，圍繞重力實體墩、空心墩與帶蓋梁的柱式墩這三種常見的橋墩進行參數化模型設開展研究。由于橋梁中的柱結構都是豎直放置，其截面均為水平，在參數設計上梁結構模型相對簡單。在空心墩模型的構建中，適應性較差，因此提出了一種組合建模的方式，通過豎直方向的參數控制截面參數，最后通過互相嵌套的方式創建空心墩模型。

(3)采用本文創建的構件參數化模型作為建模的基本原件，本文提出了橋梁設計階段的BIM建模框架，通過拼裝建模的方式創建蘇家浩大橋[9]的設計階段BIM模型。并通過剖切面的方式，自動生成了傳統二維的大橋布置圖和上部結構斷面圖；同時通過明細表統計的方法，自動完成了全橋工程量的計算。