BIM 技術在橋梁施工監控中的應用

張國平

湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北 武漢 430000

1 BIM 技術在橋梁施工監控中的應用現狀及特點

1.1 應用現狀

BIM 技術已經成為建筑設計和施工中的重要工具，并且發揮了顯著的作用。隨著我國交通建設的不斷推進，越來越多地理條件復雜的地區開始進行橋梁施工建設，由于施工區域地理環境限制，很多橋梁工程施工難度較大，而BIM 技術的應用極大減小了施工難度，促進了橋梁施工質量和安全性的提升。同時，國家有關部門也出臺了相關政策推動建筑行業信息化水平的提升。在這一背景下，BIM 技術在橋梁施工監控中發揮了巨大的作用，但是仍然需要進一步的推廣普及。

1.2 應用特點

（1）可視化。隨著社會經濟發展和城市化水平的不斷提升，交通建設的意義越發凸顯，橋梁工程不僅能夠幫助人們跨越河流，還能應用于跨越深溝峽谷以及城市立體道路建設，相應橋梁工程的質量和安全性也更加為社會各界所重視。傳統的設計模式主要是通過圖紙展示設計平面，隨著橋梁結構設計的復雜化，圖紙已經無法滿足當前的設計需要，難以體現設計的空間性。而且BIM 技術具有可視性的特點，能夠將設計圖紙以3D 立體模型的方式呈現出來，使員工更加直觀地了解設計方案，也能夠更加全面可靠地進行橋梁監控。

（2）協調性。橋梁工程建設規模大，施工耗費時間長，容易受到風險因素的影響，而橋梁工程施工工序較為復雜，設計包含多方面的專業知識，要想保證施工的質量和安全，就必須對各個工種、各個環節的施工進行協調，才能使橋梁工程施工有條不紊地順利進行，也能夠實現縮短工期的目標。而且BIM 技術集成的共享數據庫能夠實時更新，可以幫助各單位的工作人員迅速獲取方案的變更信息，提升溝通效率，還可以提前對施工情況進行模擬，以便規劃出最佳的工序流程，提升施工現場管理水平，減少各單位施工沖突，促使施工團隊更加協調。

（3）優化性。橋梁工程施工周期長、施工環境較為惡劣、施工環節復雜，在施工過程中容易出現各種各樣的問題，導致施工進度延誤，難以如期完工。而且BIM 技術可以對施工中的各項數據信息進行集成，并形成三維模型，還可以通過調整參數模擬施工情況，有助于設計人員在完成設計后對方案進行測試和優化，也能夠更加直觀地體現出設計中的缺點和施工中的不足之處，通過BIM 技術預測施工發展還有助于避免出現施工安全問題。

2 橋梁施工監控的主要內容

各種橋型施工監控的內容有所差別，以斜拉橋施工監控為例，主要包括幾何監測、應力監測、索力監測以及溫度場監測等。

2.1 幾何監測

幾何監測包括主塔變位監測和主梁線形監測。在橋梁施工過程中，橋梁結構常常由于多種原因的影響發生形變，從而與設計圖紙產生偏差，因此必須對橋梁進行幾何監測，以便了解和掌握橋梁結構的幾何形態和相關數據，并采取相應的措施。幾何監測主要可以分為兩部分內容，一是主梁標高監測，即監測橋梁的實際高程；二是偏位監測，即監測順橋向變位值等。

2.2 應力監測

橋梁結構的應力情況直接影響施工的安全性，并且會在施工過程中不斷發生變化，因此必須對橋梁結構的應力狀態進行長期監測，保證其不超出安全范圍。應力監測的對象主要是主梁和主塔。對主梁應力狀況進行監測時，要關注主梁應力是否超限和每一施工階段前后的應力差兩個方面；對主塔應力狀態進行監測時，必須科學選定監測點。此外，應力監測的精度和傳感器的可靠性十分重要，因此一般會采用精度較高、故障率低的振弦式混凝土應力傳感器。

2.3 索力監測

索力測試是橋梁施工監控的特殊內容。隨著大跨徑橋梁工程項目的不斷增多，纜索承重結構的應用越來越多，索力監測也越發重要。索力監測對象通常是單根索力，采取千斤頂壓力表法與振動頻率法相結合的方式來開展。

2.4 溫度場監測

當環境溫度發生變化時，橋梁結構的溫度也會隨著發生變化。一般情況下，材料的溫度變化將引起結構構件的變形，從而在構件內部產生應力。由于組成斜拉橋結構各個部分的材料、尺寸和結構形式不同，環境溫度變化將使橋梁內各部分的溫度呈復雜的分布形式。了解橋梁所處的環境溫度變化和橋梁結構上溫度梯度變化情況，掌握各部分的溫度分布規律，對于估算由溫度引起的結構變形和應力具有重要的意義。

3 BIM 技術在橋梁施工監控中的應用

3.1 搭建橋梁構件庫

按照橋梁類型建立橋梁核心構件庫是建立BIM 模型的基礎。根據橋型不同，對各種橋梁類型的構件進行分類和編碼，且每個構件和編碼均是對應和唯一的，形成核心構件庫，建模時，從核心構件庫中選擇所需構件進行拼組，即可建立橋梁所需的BIM 模型。其中，橋梁構件分類編碼要求基于國家相關部門頒布的現有標準和規范對模型構件進行分類和編碼。對于懸臂澆筑的斜拉橋建模，每一個梁段、每一根斜拉索、主塔每個澆筑節段等均可以根據施工現場實際情況進行細化分類編碼，從而建立斜拉橋構件庫。在橋梁施工監控過程中，根據橋梁施工實際進度，選擇不同構件進行拼裝，形成施工階段模型。

3.2 構建施工監控的管理平臺

企業應積極進行統一的管理平臺的開發，根據施工現場實際情況的施工設計等內容，借助BIM 技術構建統一的管理平臺，使各部門、單位可以通過統一的管理平臺上傳和獲取橋梁模型和數據信息，以此為基礎進行智能終端App的開發。在此過程中，一方面要在橋梁結構上設置傳感器，為應力、標高測量提供便利，并將測量結果上傳到管理平臺。另一方面，要在管理平臺上設置自動報警程序，當檢測結果出現異常數據，超出設置的安全范圍時，自動報警程序將會啟動，及時對監控管理人員發出警示，以便設計人員及時改進施工方案，保證實際施工符合設計圖紙和施工方案要求，確保橋梁工程的整體質量和安全性，延長橋梁運營壽命。其中要特別關注的一項工作內容就是對傳感器開展編碼。為了將模型和監測數據一一對應，使BIM 技術的模型呈現出更好的可視化效果，應結合傳感器的位置和功用開展編碼工作。編碼時應采取固定的方法和模式，以便編碼和數據能夠更好地被計算機處理。傳感器編碼必須具備規律性并且一一對應，不能出現重復的現象，否則計算機將無法準確識別編碼對象，難以確定數據的正確含義。另外，還必須保證編碼能夠正確識別，并在管理平臺上校準傳感器信息。

3.3 研發智能手機端App

企業在借助BIM 技術進行智能手機端App 研發的過程中，必須對相關功能進行科學設計，主要包括設計方案獲取、共享數據和文件、應力、幾何監測及溫度監控、質量檢測、即時溝通等內容。監控單位可以采取人工方法對監控數據進行定期采集，然后將數據信息文件上傳至智能手機端App，但最好的方法是借助無線傳感器對橋梁進行實時監控，并自動將監控數據實時上傳到智能手機端App。在此過程中需要特別關注以下兩點：一是應力及溫度監控功能的設置。這要求借助傳感器等實時上傳和記錄相關監測數據，并設置自動報警程序。監測人員可以通過這一功能獲取實時的應力、溫度數據，還可以通過查看橋梁應力、溫度變化圖形或者直接搜索某時間橋梁的相關監測數據來獲得有效信息。自動報警程序會在橋梁關鍵部位應力、溫度超出設定的安全范圍時立刻發出警報，一般監控管理人員需及時處理。這樣有利于監測人員隨時隨地獲取橋梁應力、溫度信息等，并第一時間解決問題，有利于橋梁施工順利進行，保證施工安全。二是幾何線性控制。在監控過程中，監控管理人員可以借助傳感器及其他設備結合的方式，獲得準確的橋梁關鍵部位坐標，及時發現實際施工與設計方案中不相符的地方。與此同時，監控管理人員還能夠借助統一管理平臺，將測量數據信息上傳到Web 端，并借助智能手機App 進行線性控制，設置警報程序，在兩者線性誤差的系數超出規定的安全范圍時及時示警，向監控人員、施工人員進行提示。

3.4 搭建監控信息反饋和交流模塊

傳統的施工監控指令流轉采用紙質版指令表由參建各方依次流轉簽認，具體流程如下：監控單位分析數據、下達監控指令表→設計單位復核簽認→監理單位同意實施簽認→施工單位按指令施工。整個完整的流程周期需1.5d 左右，同時還耗費相應的人力和物力。將基于BIM 技術施工監控平臺集成監控指令信息反饋模塊，由監控單位查看分析橋梁施工的各階段數據，并在平臺上下達監控指令，及時推送到參建各方，能夠迅速完成整個監控指令的流程過程。與傳統的施工監控流程相比，大幅度節約了時間成本，溝通更加流暢，從而縮短了整個橋梁建設的工期。

4 結束語

綜上所述，利用BIM 技術能夠將橋梁施工監控過程的數據、資源等信息完整呈現出來，將參建各方整合在一起，共享施工監控過程。BIM 技術不僅可以提高施工監控的效率，同時還能保證施工監控現場的安全，為橋梁建設行業產業升級和高質量發展提供了可靠手段。