BIM在橋梁工程中的應用研究現狀及展望

李偉 高騰飛 劉立亮

摘要：BIM即建筑信息模型，在房建、交通、水利等領域應用廣泛。公路工程通過BIM模型構建，可實現勘察設計、施工建造到運維管養的工程信息流轉與應用，為交通領域全生命周期的工作要求提供了技術支撐。本文對BIM在橋梁工程中的應用研究現狀及展望進行分析，以供參考。

關鍵詞：BIM;橋梁工程;應用展望

引言

BIM作為建設行業信息化重要支撐，在建筑行業運用已較普遍，而在交通行業正處于探索階段。斜拉橋作為高次超靜定結構，操作過程復雜，影響參數眾多，對線形、內力、位移等控制要求也極其嚴格。通過對施工現場數據的動態采集、分析及反饋，為施工提供更準確、更精細的數據支持，為同類型橋梁施工的監測與控制提供一定的借鑒。

1橋梁工程設計與施工特征

1.1結構設計復雜

隨著橋梁工程在建筑領域整體的占比越來越重，建筑企業愈發重視橋梁結構設計的合理性。在進行橋梁工程設計時，設計人員需要利用力學知識，確保橋梁結構各處連接點的穩定性。國內現有的力學結構設計相對復雜，通常情況下，傳統的力學結構設計方案，即便發現問題也不可能及時解決。

1.2施工現場環境復雜

由于橋梁的作用非常關鍵，應用范圍相對廣泛。不同的橋梁工程面臨不同的施工環境，故而不可完全借鑒之前的設計與施工設計經驗。在正式施工之前，技術人員要結合施工現場的實際情況，進行科學的建設規劃，以提升橋梁工程的施工效率與建設質量。

2施工監控BIM應用

2.1施工監測內容

橋施工過程復雜，為了防止不利受力情況出現，準確的主塔節段定位、合理的索力和合理的主塔主梁合龍工藝非常重要，需要采取嚴格措施，如控制主塔節段定位坐標、主塔混凝土澆筑時間、主梁混凝土澆筑方量誤差、預應力鋼束張拉、施工荷載的堆放、控制施工步驟和工況、施工工藝以及增加高程測量和索力測量次數，并限制其主塔兩側不對稱性等。本橋施工主要監測內容有主橋監測、定位側移沉降監測、鋼錨箱的應變—應力測量、斜拉索索力測試、現場混凝土試驗等幾大方面。主橋監測主要內容有：1）鋼混組合交叉曲線拱主塔監測。主要有主塔鋼節段施工定位控制監測、主塔塔頂側移的工況監測、索塔鋼結構應力—應變監測、測點的溫度測量、氣溫記錄等。2）預應力混凝土主梁監測。主要有主梁全線標高的測量、主梁關鍵截面應力—應變的監測、主梁斜拉索錨管空間空位控制、橫梁監測等。3）鋼絞線斜拉索監測。主要對斜拉索索力進行監測。4）主橋基礎監測。主要是對沉降和變形開展監測。5）混凝土材料性能監測。在橋梁施工過程中，對主塔C40與主梁C50的實際抗壓強度、抗壓彈性模量及主梁C50的抗彎彈性模量等進行混凝土材料試驗。6）預應力鋼束損失參數的驗證。通過實際有效永存應力現場試驗，驗證設計參數正確性。7）混凝土裂縫檢查。每個節段施工完成后對主橋結構進行關鍵重點部位的裂縫普查，對出現的裂縫進行長期監測，防止和避免裂縫出現引起意外問題。

2.2施工模擬

工程施工模擬主要是可視化模擬及有限元模擬兩方面。通過BIM呈現動態可視化模擬，分析工序及資源配置等可行性，處理模擬中出現的問題，提前排除危險，優化方案。同時，BIM模型是一個數據集成體，通過相關插件轉化成有限元模型，進行施工監測分析，減少重復勞動。

2.3數據可視化分析及反饋

在BIM模型中將施工現場監測數據及有限元模擬的理論數據以應力、變形“云圖”的樣式呈現，達到監控數據可視化分析及評價。結合環境等因素，偏差對比分析，自動糾偏，取得關鍵指標，再下達后續指令，達成全過程監控;若應力變形超過誤差界限，則自動預警，暫停動工，調整方案。

3 BIM在橋梁工程中的應用

3.1二維施工圖紙創建

橋梁在設計過程中的計算較為復雜，對構件的細部尺寸修改也較為頻繁，且現階段對于復雜構件也缺少專門的繪圖軟件。傳統二維設計在設計時每一個視圖都需要手動繪制，相類似的剖面也需要復制已有的二維圖進行修改，造成工作量大、重復和效率低下。設計過程中，通過復雜構件的BIM模型，可直接生成三維視圖、立面圖、平面圖和多個剖視圖等，并輔以標注和附注添加等工作，完成相應的施工圖圖紙創建，這種圖紙創建方式主要有以下優點：①可保證出圖的準確性和質量。通過三維模型三維投影出圖，減少了傳統的人工出圖可能出現的缺漏錯現象，另外還可考慮到箱梁縱坡等因素，相比傳統的二維圖更準確;②可提高出圖效率。通過BIM技術生成的工程圖是與三維模型相關聯的，只要三維模型發生變更，相應部位的所有工程圖都隨之改變，可大大降低工作量，提高設計效率，節約設計成本;③出圖更靈活。通過對BIM模型進行任意角度剖切，并輔以標注和附注添加等，可生成各種圖紙，滿足業主和施工單位多種出圖要求。

3.2工序優化

BIM技術能夠更全面地展現橋梁工程的整體施工流程，讓技術人員與施工人員均可充分理解設計方案，集思廣益，共同探討設計方案的可行性。在此期間，如果發現任何問題，均可在數字化建筑模型上直接進行修改，然后進行二次模擬，直到設計方案符合所有建筑要求。

3.3管理優化

不論是橋梁工程還是其他交通運輸工程，始終存在生產安全問題，為了有效解決此類問題，技術人員可運用BIM模擬施工，充分發揮其積極效用。具體而言，技術人員可利用BIM技術對施工管理的方式進行針對性的調整，從而達到解決問題的目的。

4思考與展望

（1）部分施工管理平臺的BIM模型封裝性、合法性存在隱患。目前市場上有很多用于施工管理的BIM平臺，有些平臺讀取模型的時候，通過其他軟件作為中間軟件進行處理，會造成進入平臺的模型不具備封裝性，在施工階段使用時會帶來隱患，該文提供的數據接口開發技術可保證模型具有足夠的封裝性，建議平臺研發過程中，直接使用由設計單位提供具有封裝性的模型，并由設計單位對模型的正確與否負責。（2）一套模型難以在多個階段通用。目前，不同階段的BIM應用時，由于需求不同，往往會存在多套模型。建議設計單位建模的時候，充分考慮后續階段各單位的使用需求，另外BIM軟件商加強對BIM軟件平臺中模型和信息的合并、分割和調整等功能的研發。（3）BIM技術的成果提交尚不明確。BIM技術在橋梁全生命周期的應用過程中，需要在不同的階段不斷附加信息，往往會存在設計階段模型、施工管理平臺、運維管理平臺、交竣工模型等多個交付成果，如何明確這些成果之間的數據流程、相互關系和法律地位，為建設方提供簡單明了、詳盡清晰的BIM成果，應該是今后重要的研究內容。

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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