基于BIM技術的橋梁工程設計與施工優化分析

劉京宇

摘要：在建筑領域的發展過程中，橋梁工程由于其自身的特殊性質，占據了重要的地位，因此，建筑施工企業均應給予高度重視。不論是施工管理、施工進度、施工設計還是其他具體環節，利用BIM技術可以有效提高施工質量與施工效率。

關鍵詞：BIM技術;橋梁工程設計;施工優化

引言

將BIM技術與設計分析計算、施工控制、運營安全分析評估預警等需要大量分析計算能力的工作進行有效融合，是現階段的主要發展方向?；贐IM技術向數字孿生、智能建造逐步發展，是行業未來的主要研究方向。筆者團隊目前開發的橋梁建養一體化平臺，功能還不完善，如施工控制、智能評估預警、應急處置等功能尚有待改進，相信通過下一步持續不斷的研究加以針對性改善，將最終形成企業的核心競爭力，并進一步推動行業技術進步。

一、BIM技術簡述

BIM技術又稱建筑信息建模技術，主要是通過建筑學、工程學、土木工程以及計算機技術、信息技術等多學科知識和部分高新科技糅合而成，利用計算機技術、信息技術等高新科技，實現了對虛擬現實情境的建設，在網絡環境中，建立起貼近真實的建筑模型，避免了人工設計時出現的技術失誤，有效降低了建筑施工設計的錯誤率，提高了設計質量與效率。

二、BIM技術應用優勢

2.1模型關聯性的重要意義

根據BIM技術在橋梁施工項目中的具體應用，通過這些技術方法，獲得了理想的相關特性，通過這種結構的信息模型結構及其作用機理，可以全面、詳細地展示相關信息，保證相關人員可以依靠這種相關效果展示進行合理的設計和施工，保證最終的施工效果。

2.2提高協同水平，確保工程質量

BIM技術在深化設計階段的應用可顯著減少專業沖突，提高設計質量，大幅減少施工階段因設計缺陷導致的變更與返工。深化設計階段，BIM可以對復雜構件進行三維空間變化的表達，利于拆分設計;市政管線綜合可通過管線自動碰撞檢測提前解決管線碰撞問題，同時對市政管線的安裝有指導意義，使后期施工可以更有序地順利推進。

2.3優化施工方案，提高工程品質

橋梁施工項目中BIM技術的正確使用，可以反映出預期的視覺效果，使橋梁設計人員和施工人員能夠更好地理解具體結構，避免后續施工中的人為錯誤和其他一些問題，最大限度地提高施工效率。

三、基于BIM的工程設計與施工優化

3.1 BIM與初步設計

橋梁設計的第一步是方案設計，重點確定橋型選擇、跨徑布置、主要結構方案及尺寸、施工方案、工程經濟指標等。這一階段對BIM的研究和應用，重點在地形模型、地質模型、橋梁方案的結構模型等方面。對此，長大橋國家中心和公規院開展了智能設計研究，不同于傳統橋梁設計軟件以力學計算分析為中心，智能設計以機器學習為核心，針對橋梁的安全、經濟性、工期等多目標開展優化研究，并有針對性地設定評價指標，利用機器學習既有成功設計案例的特征點，實現由計算機提出針對目標建設條件的合理橋梁方案。

3.2 BIM與施工設計

正式動工之后，各施工環節的具體操作均需按照施工方案的要求進行，同時，加強施工人員對施工工藝的理解與運用。絕大多數的技術設計均以初步設計為基礎，也可理解為對所用設計方案的進一步加工。技術設計與施工設計是對橋梁建筑結構更深入的探究，并結合研究成果完成施工圖的設計。

3.3BIM技術在橋梁施工中的綜合優化內容

橋梁建設項目有許多復雜的結構要素，因此對于工程材料成本以及相關管理人員來說，需要動態管理。通過將BIM技術集成到橋梁施工中，可以在每個施工階段建立單獨的管理模型，包括信息檢索和4D材料管理，以顯示實際材料數量和每個施工環節的成本。通過4D進度控制，可以實現微控制施工橋梁施工規劃的優化。例如，對于提前或延遲施工的情況，可以使用不同亮度的彩色屏幕作為警告。大多數施工環境位于相對偏遠的地區或山區，BIM技術可以模擬橋梁施工區域的地形和地質特征，科學合理地選擇現場以及吊裝設備。在施工過程中，BIM可以傳遞橋梁的具體尺寸，將原二維施工圖的施工過程轉換為三維模型，并以數字形式表示橋梁部件。在施工過程中，可以方便地實時獲取實際工程數據和模型信息，并準確控制施工現場使用的材料成本。

3.4結構計算分析

從BIM模型中獲得信息用于結構的計算分析，復雜結構一般采用成熟的分析軟件，如邁達斯、ABAQUS等，簡單的結構可采用自編工具軟件進行分析。從BIM模型轉換成結構分析模型要用到幾何、材料、約束、荷載、規范等信息，這要求BIM模型帶有這些信息，由于實際結構和計算模型之間的差異，幾何模型的創建存在提取加工的過程，而屬性信息直接進行轉換即可。針對模型的轉換需要專門開發模型轉換接口，以協助完成信息提取，計算模型的創建和分析結果的反饋等工作。目前BIM模型與成熟的結構計算軟件接口還不完善，需要進一步完善。

3.5精準模擬施工現場環境

在橋梁工程施工中應用BIM技術時，還可對施工現場的具體環境加以模擬，以此為參建主體的協調工作起到一定的促進作用，避免出現承包方、施工方溝通不到位后果，降低工程項目的可控度。

3.6施工協同管理平臺

BIM技術在施工階段應用的關鍵是展示完整施工過程的BIM模型和相應的施工管理平臺，提供虛擬施工建模、圖紙和模型管理、材料管理、施工進度管理、施工質量管理、數字雙子等。通過虛擬施工仿真，可以了解整個工程在實際施工前的過程、結果和相應的施工量，為工程施工提供實時的經驗和最佳可行方案。將BIM模型附加到施工進度計劃屬性參數中，形成4D模型，可以直觀地顯示計劃的施工過程，并通過手機、iPad等終端與施工人員、監理人員和管理人員溝通，分析他們與進度的偏差，合理地修正和調整進度計劃，使管理人員對工作范圍和進度一目了然。

3.7BIM施工進度模擬

通過BIM技術，模擬施工項目的施工過程，建立4D信息模型的施工沖突分析和管理系統，實時控制施工人員、材料、機械等資源的進場時間，避免返工、進度延誤現象。通過施工模型直觀顯示施工項目進度計劃，并與實際完成情況進行對比，了解實際施工與進度計劃的偏差，合理修正和調整進度計劃。BIM4D模型讓經理對變更方案帶來的工程量和進度有一目了然的影響，是調整進度的有力工具。

3.8BIM技術對于橋梁施工安全管理

BIM技術通過模擬橋梁施工中關鍵而苛刻的施工過程，降低了安全風險。例如，碼頭和泊位吊裝作業時，在高海拔安全危險區域作業時，模板有一定的自由擺動幅度，BIM工藝模擬可以確定一定范圍的危險區域，然后調整原設計，重新調整三腳架的平臺寬度，確保施工人員的安全。大型鋼管混凝土拱橋施工期間，通過仿真建立了剛性框架模型方案，模擬了空間關系復雜、三維圖形復雜的連桿數量，并對鋼筋位置進行了預覽。從表面上看，安裝效果明顯，但很容易發現嚴重的位置沖突，必須及時調整和修改設計計劃，并進行多次模擬，直至結果合理可行。

結束語

綜上所述，在建筑領域的發展過程中，橋梁工程由于其自身的特殊性質，占據了重要的地位，因此，建筑施工企業均應給予高度重視。不論是施工管理、施工進度、施工設計還是其他具體環節，利用BIM技術可以有效提高施工質量與施工效率。

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