BIM技術在橋梁工程設計與施工中的應用研究

朱紅軍 孫建鋒

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

0 引言

BIM技術屬于新一代的設計技術與設計理念，其已經被歐美國家用于各種建設項目中，被譽為繼CAD之后的又一次重大變革。然而，對于橋梁工程建設而言，BIM技術處于初步探索環節，其應用的案例比較少，應用成功的案例有新白沙沱長江大橋、滬昆客專北盤大橋。首先，我們應充分了解BIM技術的基本概念，以便更好地開展后續的分析與研究工作。

1 BIM技術的基本概述

BIM即建筑信息化模型，其是一個比較完整的信息化模型，可將建筑工程全生命周期每個階段的資源、工程信息都集中在一個模型之中，然后被項目參與方所應用[1]。其借助三維數字技術來模擬建筑工程的真實信息，可為項目設計與施工提供有效的信息模型，以實現設計施工一體化的效果。據估測，預計在未來的幾年內，我國BIM技術的應用率比較高的企業數量會呈現出108.0%的態勢增長。

2 BIM技術在橋梁工程設計施工中產生的作用

2.1 提升設計方案的精準度

在橋梁設計和施工過程中，應重視對BIM技術的應用，這樣可構建比較完善的信息化模型，且此種三維橋梁模型設計和二維橋梁模型是存在一定差異的，三維效果更加理想、直觀，便于相關工作人員更好地調整參數。也就是說，在構建建筑工程信息化模型時，可真實地模擬橋梁建設情況，便于提升計算的精準度[2]。同時，BIM技術的應用能減少計算過程中的誤差，可以從本質上提高整個方案的精準度與可行性。

2.2 提高生產效率

當發現圖紙存在問題應該 經過討論與商量后才能修改，問題處理效率低。將BIM技術應用到橋梁工程施工過程中，可以替代以往的運行模式，使橋梁工程信息更加豐富，即使發生問題，也能及時對橋梁模型信息予以修改，使工程滿足具體的需求，降低風險，從而大大提高生產效率。

2.3 提高橋梁后期的維護與管理水平

BIM技術在橋梁工程施工中的應用，能對橋梁的具體建設情況進行及時的更新，可以提高人員參與率，在參與項目的過程中會加深對項目的了解。應用BIM技術能更好地開展安全管理與養護維護工作，使得維護與管理工作的可行性更強，可以開展針對性的質量管理和監督管理，這是確保橋梁工程施工質量的重要途徑。

3 BIM技術在橋梁工程設計階段的應用

BIM數據庫主要分為BIM設計、BIM施工與BIM運維，3個平臺相互協調才能確保整個BIM底層平臺運行的高效性。在BIM設計階段，也就是建模平臺，需要結合橋梁工程實況來打造三維協同化的設計平臺，實現族庫積累，還要將BIM技術和分析軟件進行有機的整合，然后通過BIM的二次開發，從而得出最終的橋梁施工圖紙，如圖1所示。

以某橋梁工程為例，主橋部分主要是設計成高低塔單索面混凝土斜拉橋，其整體長度是680.0 m，跨徑最大數值是338.6 m。該橋梁的具體情況如下。1）高塔的塔柱高度達到180.0 m，總共有29對斜拉索。2）低塔塔柱高度是122.3 m，總共有15對斜拉索。東引橋的總長度是271.5 m，西引橋的總長度是1 024.6 m。將BIM技術應用到該橋梁設計中，取得了不錯的成效。

0號節段長度為26.0 m，寬度是33.5 m，在區域內部未設計斜拉索，除了塔身自身的支撐部位，在縱向上形成大約13.0 m的大懸臂式結構[3]。而從橫向來看，懸臂大約為16.0 m。在該方案設計中，面臨的難題是從雙向大懸臂模式向上部結構形式轉變。

結合橋梁工程的基本數據，BIM建模操作人員應對相關數據進行收集、整理與分析，與橋梁工程信息化軟件進行有效的協同、合作，借助BIM技術進行開發，以獲得最終的橋梁設計圖紙。通過BIM所提供的三維圖像，我們可以得出具體的設計方案。1）落地支架現澆工藝。2）托架現澆工藝。把這2項施工設計方案導入到BIM模型，對2組設計方案進行對比分析。通過BIM模型的三維化模擬與分析，2個方案操作起來都會存在一定的難度，還從經濟角度出發，分析其經濟價值，從而產生了第三個設計方案，即把0號節段縱橋向實施2次澆筑。可利用BIM模型進行真實情況的模擬，首次澆筑時，應用托架澆筑的方法，長度大約是11.5 m，此種方式能減少工程量，以降低設計難度系數。在開展二次作業時，可借助BIM模型嘗試著模擬利用掛籃來開展懸臂施工模式。通過BIM模型的模擬，我們了解到第三種方案既可降低項目的設計難度，還能提升技術的可行性，從而達到控制成本的目的。此外，還可使用達索V6開展初期方案設計，結合橋梁的基本結構類型選擇統一標準來構建構件模板，使用程序來實現模板的自動化拼裝與調整，還對工程的設計變更進行了模擬，主要是為了驗證BIM技術在設計變更方面的適用性[4]。

而就某鐵路橋梁工程而言，對以CATIA為條件的設計流程展開了相關的分析與研究，這為后期的數據查詢、管理模型數據提供了方便。還有專家采取CATIA設計引橋與Solidworks設計主橋的方式，實現了參數化建模、碰撞檢查、材料信息賦予、結構仿真分析、指導項目施工工序等目標。由于CATIA與Solidworks均屬于達索公司，因此，能避免出現信息丟失與數據割裂的情況[5]。

圖1 BIM模型的運行系統

4 BIM技術在橋梁工程施工階段的應用

BIM技術在橋梁工程施工階段的應用，主要包含BIM-4D施工進度管理與BIM-5D計量支付管理2個方面。施工人員可通過BIM模型來跟蹤施工團隊的具體施工進度，施工團隊需要及時將日進度計劃、月進入計劃等以電子數據形式傳入到項目信息化管理系統中，BIM技術操作人員可結合系統數據來追蹤項目的執行情況，能實現4D化的進度管理，從而提高進度管理水平。例如，橋梁工程橋墩部分施工完畢，施工人員將橋墩部分的施工數據、施工進度等轉化成電子數據，上傳至信息化管理系統，此時，BIM模型就會對數據進行記錄，實現數據庫的及時更新。同時，工作人員還能借助BIM平臺實現對橋梁工程計量與支付情況的5D化管理，能及時了解項目工程量與款項支付情況，以便決策人員做出更為高效而合理的決策。從具體的施工效果來看，將BIM技術滲透到斜拉橋施工環節，使得施工難度大大降低，讓施工人員可以借助三維系統平臺來獲取重要數據與信息，會讓整個橋梁建設構圖更加立體化、詳細化，能大大提高施工質量。

此外，還有部分專家選用Navisworks來模擬整個施工過程，使得構件預拼裝、局部與整體模型的碰撞檢查得以完成。同時，專家們還對以BIM技術為基礎的橋梁工程可視化情況進行了研究，涉及BIM技術在碰撞檢測、施工場地布置、施工管理、施工模擬以及交底等方面的具體應用。部分專家以某結構較為復雜的變截面斜拉橋為例，先運用一定的軟件構建了臨時施工設施與橋梁的BIM模型，然后選用Navisworks構建4D施工進度模型，旨在對整個施工進度情況進行模擬。結果表明，設計環節所構建的BIM模型無法直接轉化成施工應用類模型，并且我國的設計師還不適應BIM模型的三維設計模式。

5 結語

綜上所述，如果要將BIM技術更好地滲透到橋梁工程領域中，國內外學者與工程人員都進行了相關的探索與開發，使得BIM技術的應用范圍不斷擴大。在橋梁工程設計環節中，還要重視對核心建模軟件的開發，確保能夠將模型數據真實而準確地傳輸到施工環節；而在橋梁工程施工環節，應該及時處理好BIM技術在重要節點使用中所存在的問題，嘗試將BIM技術連續地應用到橋梁的整個施工過程中。同時，還要重視將BIM技術應用到運維階段，以構建更加科學的管理規范與管理系統，這是確保BIM技術應用效果的重要保障。