BIM技術在橋梁工程中的運用及展望

(重慶交通大學 重慶 400074)

由于計算機技術在本世紀的飛速發展，BIM技術也同時孕育而生。BIM技術的核心問題是通過建立虛擬的建筑工程3D模型，利用相關數字化技術，為設計模型提供詳細的、符合實際情況的信息庫。設計人員和施工人員等相關負責人員可以借助這個有各種工程信息的三維模型，大大地提高了集成化程度也加快了一些效率。BIM技術的價值有很多方面是領先目前一些工程軟件和設計軟件的。比如：參數化和信息化、多元化集成、施工階段模擬展示、全周期設計等。橋梁工程相關技術雖然已經發展了很多年了，但是因為有些問題一直存在，大大降低了工程進度和加大了成本，甚至帶來了很多安全問題。BIM技術和橋梁工程的結合會解決一些現存問題并會進一步完善和發展橋梁工程和自身。

一、BIM技術在設計階段的應用

目前橋梁工程設計階段是復雜而又分工明確的，但是設計分工太多通常又會造成設計統一難的問題。模型和圖紙的離散化問題是目前橋梁工程設計階段存在的一個明顯問題。

(一)參數化建模

在中國目前修建的公路橋梁中很多橋梁都有一定的相似性，比如簡支梁，在跨徑確定后的配筋等構造都是可以確定的了而且技術還相當成熟，同時對于橋墩等橋梁的下部結構都具有一定的相似性，在橋梁設計過程中這些工作繁瑣而又枯燥！

BIM技術可以實現參數化設計的目的，這項功能可以很好的解決目前橋梁工程設計中問題。它可以實現一些橋梁和一些隧道結構的參數化，以及橋梁附屬構件的參數化。通過建立3維的橋梁的上部結構和下部結構的標準化的綜合信息庫，如：墩臺、梁截面、承臺基礎、樁基等；再根據已有的設計資料，進行自動化的設計出圖工作和批量化的實現橋梁的設計建模全過程。

(二)可視化與協同設計

橋梁的設計需要對地形信息經行采集整理，這樣工程量極大，而在投標階段通過衛星和無人機等現代化工具可以對場地經行快速建模，對橋梁設計方案的選擇和調整以及優化。而傳統的這個階段投標方大多數給出的是相關渲染模型，而BIM技術可以利用VR技術實現對于設計橋梁結構經行身臨其境的體驗，而這種體驗方式正是在傳統設計和投標中難以實現的，這對于各方認識和深入了解結果有著巨大的直觀作用！

在目前的橋梁設計過程中，各方都有著詳細的分工，但是沒有體現設計的整體性。通常難以協調各方工作，這就會造成一些設計問題的出現，協調性的問題目前相當突出。

BIM技術中的協同設計可以系統的管理整個設計流程，并可以與設計其他部門的信息管理系統實現高度集成，從而形成高度統一的設計企業信息化系統。通過協同設計系統設計，這樣比起傳統的設計模式將會大大的提高設計信息流轉效率，決策效率也極大提高

二、BIM技術在施工階段的應用

目前橋梁施工階段是基于圖紙的二維問題，可能會出現相關的圖紙問題以及圖紙問題帶來的碰撞問題，而且施工階段都是根據圖紙進行的，有些施工問題只有在施工過程才會出現，這個時候可能會引發安全問題。施工監控過程如果有一種可視化和過程化模型就會讓施工過程更合理更安全可控。BIM技術在這個階段就會大展身手，讓施工過程實現預定目標。同時，施工過程的合理管理問題也是一個一直讓人頭疼的問題。同樣，BIM技術也可以實現施工過程的系統綜合管理，讓管理更加高效和經濟。

(一)施工方案可視化

由于在橋梁施工中使用的BIM模型是各個專業的集成模型。因此設計人員可以在模型組裝在一起后，進行不同專業模型之間的碰撞檢查。這樣設計人員就可以及時發現之前設計中需要解決的問題。與此同時，施工人員可以通過上述集成的模型從而了解整個設計概況，進而考慮施工的可行性和及時配合相關人員進行施工方案的及時調整和修改，達到降低施工難度和預算的目的。

BIM技術所使用的三維設計模型可以很方便地與施工方案和材料成本進行集成，進而形成施工信息模型。這種模型可以全周期的動態模擬施工階段的各個過程。施工人員可以通過這個模型方便和直觀地檢查施工方案的可行性和正確性或者對不同的施工方案進行反復比較，最終優化選擇全方位最佳的施工方案。選擇的方案可以控制施工風險在可控范圍，同時考慮施工成本要素，達到降低施工成本的目的實現經濟最優。此外，構建的模型也是參與者們之間溝通的重要方式。通過模型演變各個施工的過程，便于參與者理解每個階段自己需要完成的工作。

在橋梁工程的施工階段，BIM模型是不斷擴張和實時更新的。施工完成后，完成的設計也可保存在BIM模型中，形成完整的竣工模型。通過竣工模型，業主方便可以為后續的運行維護工作進行準備工作等。

(二)施工階段協同管理

橋梁施工項目的規模是比較大的，它涉及設計方，監理方，施工方等一系列的相關工程單。這便讓信息溝通十分復雜，與此同時伴隨這個過程生成的文件和相關數據也是很龐大的，如:設計圖紙，材料規格，相關報告等，它們包含了大量信息。如何有效地進行溝通同時要確保無誤和版本一致問題，這是必須要解決的問題。

BIM技術通過一個基于統一的高度集成的模型可以使管理橋梁施工過程的各個參與方和使他們協同工作，而目前在這方面存在一些困難，因為參與施工過程的人員實在是太多了，而且流動性大，考慮的因素又要擴大。雖然現目前，系統管理問題還不太成熟，但是在未來在這方面的優化和發展有著廣大的前景和空間!因為單純以成本作為計量，一個合理有序的管理計劃會減少成本，而這正是業主方最希望看見的情況了》

三、BIM技術在運維階段的應用

通常橋梁工程竣工后，施工方和設計方會交付為甲方一些圖紙和設計資料，這些東西需要具備相關專業知識的技術人員才能看懂。同時，圖紙量大，不直觀的問題也突出，這就會給運營帶來一定困難。同時在運營維護階段需要考慮一些安全問題和成本問題，這些都是圖紙不能夠提供的。而在整個運營和維護階段中BIM技術可以在下列方面中得到運用：竣工模型交付和維護計劃、資產管理和防災計劃與災害應急模擬等

(一)維護計劃和竣工模型

竣工模型的交付和維護計劃:完成施工后，BIM模型將進行一系列的測試和具體調整并提交給甲方。運營維護管理團隊不僅可以獲得設計圖紙和竣工資料，而且還能夠得到反映施工修改和設計修改后累計到實際情況的最后竣工的BIM模型中。竣工BIM模型包含了諸如設計修改記錄、全階段施工過程記錄、材料記錄等信息。BIM技術它可以有效地合理地整合建筑空間數字化信息、全周期信息和其他相關信息。結合運維管理系統，充分發揮空間定位和數據記錄的優勢，合理制定運維管理方案，最大限度地減少運維過程和有效的預防緊急情況的出現。

(二)資產管理和防災模擬

BIM技術可以紀錄維護工作的歷史記錄以及可以跟蹤設備和檢查設備的工作狀態，從而預先判斷某些重要設備的適用狀態。同時，并根據已有的維護記錄去自動指示需要維護的設備和設施。實現對過程管理的全過程記錄，包括：記錄設備從維修到竣工驗收等過程。此外，最近一段時間內物聯網發展逐漸成熟，5G網絡也即將普及，如果BIM技術中的資產管理系統可以與5G等現階段的高科技通信工具相結合的話，比如智能預警系統，維護系統等，來實現所有系統之間的實時定位，互連，通信和信息共享的目的。

BIM模型是交互式的，它可以改變格式在一些災害模擬軟件上進行分析，比如：分析病害形成原因，制定相關的防災措施和災害應急預案等。災難發生后，將為救援人員提供直觀的BIM模型，以便他們能夠快速找到正確的救援路線并提高救援效果。

四、結語

在未來很長一段時間內，BIM技術將會有更加開放的發展機遇和更加無限的發揮空間。我強烈地相信在未來BIM技術在橋梁工程各個階段的運用也會更加豐富和多層次。在橋梁工程設計階段，BIM技術會提供更多的設計參數化數據庫，讓設計更加快捷；在橋梁工程的施工階段中，BIM技術會更細致和全面的展示施工階段的各個過程和控制因素以及系統高效的管理和運營，使橋梁工程的各個施工階段更加安全和經濟最優以及有序；在橋梁運營維護階段，BIM技術可以讓運維成本更低和運維過程更加高效，讓運維階段更經濟和規范。綜上所述，BIM技術和橋梁工程將會更加緊密結合，相輔相成，互相促進發展！我還建議全國各個高校都應該與時俱進，開設與BIM技術相關的課程，培養未來建設的時代人才！