基于BIM技術的橋梁工程設計與施工優化分析

康曉霞

山東東泰工程咨詢有限公司 山東淄博 256400

BIM技術在橋梁工程中的應用，大多數是針對施工服務的。主要作用如：BIM模型可以建立構件的3D模型、鋼筋模型，這些模型能準確反映構件的尺寸、數量，避免了經驗估計下料造成的材料浪費，達到節省開支的目的；BIM動態模型可以模擬施工過程，使施工工法得以清晰表達，幫助工程從業人員了解施工步驟，提高施工質量等。

1 國內研究現狀

經過國內BIM研究人員多年的研究和實際應用，許多房建項目應用BIM技術。將BIM技術應用到橋梁工程中，選擇Revit核心建模軟件，可以借鑒成功案例和經驗。目前，我國已經建成的港珠澳大橋是萬眾矚目的世界級工程，涵蓋專業多、管線復雜、施工困難等諸多問題，該項目借助BIM技術，有效解決了施工過程中管線、結構碰撞等問題，確保了工程質量和進度。通過將BIM技術應用在橋梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，節約了時間與成本。針對BIM技術在橋梁工程全生命周期中的應用指出：BIM技術在橋梁工程的應用主要是設計、施工和運維階段，通過對BIM技術的應用，使橋梁工程的全生命周期管理更為系統化，施工進度與質量均可得到有效保證，并且在運維階段可以準確進行工程量的測算以及相應人員的配備，從真正意義上推動了橋梁工程順利進行[1]。

2 BIM技術的橋梁工程設計與施工優化分析

2.1 橋梁工程設計方案調整的優化

在BIM技術的應用背景下，橋梁工程設計人員可直接對已生成的三維模型進行形態檢驗、沖突排查，并通過數據修改、圖塊編輯等方式，進行設計成果的直接調整。例如，設計人員可將已設計完成的橋梁工程土建模型與安裝模型同步提交、導入到BIM軟件平臺當中，并啟用平臺的碰撞檢查模塊，對同一工程背景下兩類專業模型的匹配情況進行排查檢驗。在模塊運行完成后，碰撞檢查的結果會自動輸出到可視化界面上，并提供出具體細致的報告文本，其內容包括碰撞點總數、硬碰撞點數量、間隙碰撞數量以及碰撞部分的具體點位、圖紙編號、處理建議等。在此基礎上，設計人員即可根據碰撞檢查報告對三維模型的相關參數、結構進行優化調整。其后，對于調整后的三維模型，重復進行碰撞檢查與優化調整，直至無碰撞情況存在，即代表圖紙方案達到最優狀態，不會在橋梁工程的建設過程中出現土建施工與安裝施工相沖突的問題。

2.2 基于BIM技術的協同設計平臺搭建

運用BIM技術建立施工環境的全模擬，建立可完全反映現實的虛擬3D模型，需要用到多種當下最先進的測繪技術，如激光掃描技術、航測遙感技術。從事專業橋梁設計的工作人員可以通過BIM技術對橋梁工程方案進行建模，使用自主研發的BIM建模軟件。首先，通過對施工環境進行科學勘察，對模型進行初步框架設計；其次，再利用設計方案中的各項數據對此模型進行操作，最后，在多個協同平臺的共同努力下，將具有初步輪廓的BIM模型與環境相融，得到了有著完整大環境的3D模型[2]。

2.3 BIM技術在橋梁施工階段的應用

①BIM實現了橋梁建設中的多方合作同時進行的理念。它能夠使用全部統一的建設項目管理平臺，各方聯系途徑大大縮短，精準對接，同時每一方均可以在自己管轄范圍以內充分調用相關數據，做到生產協同，數據同步的目的。使用BIM的技術，各種目標得以較好的實現，建設、施工更能避免盲目性。②BIM在橋梁建設時，引入BIM技術的管理平臺，通過制作管理模型，對施工進行精準化控制，此模型可以更形象、直接地反應出具體管理階段的工作內容，令效率大大提高。還可以對施工圖紙進行復核，模擬施工工序。③BIM將施工過程中可能出現的隱患降到了最低。施工中最大的隱患就是不清楚施工環境，而BIM技術可以模擬施工環境。比如橋墩施工時吊裝模板，該模板可以晃動，高空作業若存在大的晃動，安全問題就尤為突出。運用BIM技術可以模擬施工現場的環境，計算晃動的幅度，可以根據計算結果指導工人安全施工。④BIM使設計意圖更容易體現：3D技術工作交底。橋梁建設時，某一些部位的構件是很復雜的，如橋墩施工中有許多預埋構件（如人員檢查梯、一些吊桿滑槽，升降機、運輸通道和塔吊固定所用的預埋件等），采用3D模型形式，更為直觀。

2.4 橋梁工程施工活動模擬的優化

橋梁工程具有環節多樣、環境復雜、工期較長等特點，因此勢必會在實際施工中面臨多種風險問題。對此，通過BIM技術進行施工活動的預先模擬，可顯著強化施工風險的規避與應對能力，為橋梁工程建設實踐的安全施工、高效施工提供保障。例如，相關人員可依托BIM軟件平臺與可穿戴設備，進入到虛擬漫游模塊，構建出的信息化情境當中，從而沉浸式、直觀化地對施工環境的整體狀態、現場管理的視野死角、施工現場的高風險區域等進行充分感知，并制定出有效的事故應急預案、安全教育方案與施工管理策略。再如，相關人員可在三維模型的基礎上，啟用BIM軟件平臺的時間變化模塊，以此模擬出動態推進的施工活動變化周期，從而對不同施工強度、施工效率下施工進度的實際情況進行考量，由此規劃出最佳的施工進度分配方案，為橋梁工程的按時保質完成夯實基礎。

2.5 BIM技術在鋼橋細節設計中的應用

在對較復雜的地形進行公路橋梁建設方案設計時，BIM的優勢就體現出來了。BIM模型相較傳統平面施工圖紙能更清晰地反映實際情況，且在相對復雜的環境如峽谷、河流和某些非常重要的橋梁路段進行施工時，傳統的裝配式橋梁已經難以滿足需求，需要進行更加復雜的橋梁建設。BIM技術模型可將復雜的橋梁結構中的重要節點呈現出來，保障設計方案的科學合理。同時在細節設計上，通過BIM技術的自身功能，在建模完善后，可以直接在模型中設計，提升細部設計質量。

2.6 BIM技術進度模擬應用研究

運用Revit軟件建立的橋梁為3D模型，在此基礎上增加一個時間維度，結合施工進度計劃，以此實現4D的施工模擬。將此模擬與施工時間節點對應，工程師能實時地將現場施工進度情況與4D模型對比，發現進度偏差時立刻采取糾偏措施。洞庭湖項目部運用BIM技術實現4D施工模擬，將貓道的整個施工過程利用BIM進行模擬，利用模型進行現場技術交底，使施工人員清楚的掌握現場每個階段的施工任務，更高效的進行現場施工[3]。

2.7 臨建建設

項目前期結合BIM技術對拌合站合理布置優化，確保滿足現場混凝土需求，同時將工程量有效地與成本掛接，進行成本核算，加快拌合站建設方案評審效率，控制成本。針對現場梁場布置，根據工程所需橋梁預制工程量和有限空間，結合BIM技術合理優化，精細化管理，確保滿足現場生產需求，保證施工工期節點。

2.8 南錨碇散索鞍吊裝施工方案模擬

散索鞍吊裝是項目施工中一個十分重要的施工環節，也是一個大的施工難點。項目經理部前期制定了相應專項施工方案。但是紙質版的施工方案在現場無疑會帶來溝通上的困難。通過BIM技術的施工方案模擬，將施工工序分解，細化底板支架設計、門架起吊系統安裝、底板安裝、底座安裝，散索鞍安裝各個施工步驟，對現場作業人員進行可視化技術交底，大大提高了溝通效率，節省了施工工期，確保各工序有條不紊的開展。同時在本項目中BIM還進行鋼箱梁吊裝施工方案模擬、貓道架設施工方案模擬，各個施工步驟對現場作業人員進行可視化技術交底，提前進行各項施工準備，確保各工序有條不紊的開展，節約了施工工期；同時進行BIM技術在現場管理、進度管控等方面的研發和應用。

2.9 6D-BIM在橋梁中的應用分析

6D-BIM（第六維建筑信息模型）是在5D-BIM的基礎上增加了能量，具有可持續性，可以進行能耗的分析。在設計過程的早期利用6D-BIM技術可以產生更加完整和準確的能量估算，它也可以進行測量和驗證建筑物的占用期間，還可以改進在高性能設施中收集經驗教訓的過程。6D-BIM技術中模型和管理不僅包括圖形，還包括信息，允許自動生成圖紙和報告，包括設計分析、進度模擬、可持續性等信息，最終使項目決策者能夠作出更優的決策。BIM支持分布式團隊，以便該項目各參與方可以在整個建筑生命周期中有效地共享此信息，從而消除數據冗余、數據重新輸入、數據丟失、錯誤傳達和工作錯誤等問題。因此，這將有利于項目各參與方有效監控該項目的全生命周期。

3 結語

近年來，BIM技術在公路橋梁建設行業已經有了初步的應用。其不可忽視的作用在方案設計階段的各個環節都有所體現：工程細節演示、工程難點標識、改變技術交底方式等方面，都體現了BIM技術相較于傳統平面圖紙的巨大優勢。BIM技術已經被越來越多的行業內人士所認可和接受，并逐漸投入使用。而在大量的使用過后，必然會形成行業內對BIM技術應用的初步規范標準，使BIM技術的應用在國內公路橋梁建設行業得到更好的發展，而BIM技術建模將會成為我國建筑行業中不容忽視的重要技術環節。