道路橋梁施工管理中BIM技術的應用

張璐

海南省交通工程建設局 海南海口 570203

公路建設關系著國家宏觀戰略、地方經濟發展和居民日常出行，公路設計的科學性、合理性對公路建設起到決定性作用。目前，基于CAD的公路設計方法多以“3-2-3”設計思路為主，用二維的CAD圖紙表達三維設計創意，之后創建三維實體模型，其設計過程不可避免地會出現設計意圖表達不準確、空間信息丟失和錯漏碰缺問題。建筑信息建模（Building Information Modeling，BIM）在三維空間進行設計與協同，為公路工程的設計與優化帶來了新的思路與機遇。

1 工程概況

海南鋪前跨海大橋橫跨海南島東北部的鋪前灣海域，項目起點與文昌濱海旅游公路相接，終點與海口江東大道二期工程相接，大橋連接海口江東大道和文昌市濱海旅游公路，是“海澄文”經濟圈的交通控制性工程，海南鋪前大橋項目全長5.597公里，其中跨海大橋長3.959公里，橋頭引線長1.638公里，采用雙向六車道一級公路標準，設計速度80公里/小時，橋梁寬度32米。文昌側引橋長1110米，其中水上部分引橋長300m，采用6跨50m等截面現澆預應力混凝土箱梁，陸上部分引橋長810米，采用27跨30m等截面現澆預應力混凝土箱梁；通航主橋橋長460米，采用（230+230）米獨塔斜拉橋，塔高151.8米；海口側引橋總長2381米，其中跨斷層引橋采用10跨等截面簡支鋼箱梁，長581米，普通段引橋采用36跨50m等截面預應力混凝土箱梁，長1800米。

2 BIM 技術應用

BIM是一個可進行信息化處理的數據庫，是一個協同工作平臺。海南鋪前大橋作為海南省最大的獨立跨海橋梁，率先在工程中應用了BIM技術，具體包括：進行設計碰撞檢查復核，主要為結構中鋼筋、鋼箱梁板單元等施工提供指導；通過BIM系統施工數據的錄入及設計變更數據的更新實現施工階段數據的積累；通過BIM系統進度數據的錄入，實現項目的4D進度管理；實現基于BIM系統的移動終端現場安全、質量、環保管理；實現基于BIM系統的構件、人員及機械的二維碼信息管理；實現基于BIM系統的現場視頻監控管理；實現基于BIM系統的施工可視化模擬及技術安全交底。

2.1 在設計階段的應用

（1）在“預可報告”中，通過設計不同的橋型方案，對其工程造價、投資效益和回報等相關問題進行初步的估算。本階段通過建設不同的橋梁模型能夠對不同的方案進行初步的工程造價和效益估算。而且可以對其周邊的地形進行模擬創建，在美觀、環境的保護和可持續發展等方面也能夠為設計者提供參考和建議，以便于選擇更合適的橋梁方案，提高橋梁項目順利通過的效率和可能性[1]。

（2）“工可”階段，利用BIM技術能夠在橋梁的建設規模、施工工藝、設備性能對比、環境等多個方面實現可視化。如使用Revit等BIM軟件建立的橋梁模型不僅可以使設計人員直觀準確地了解橋型設計方案，而且還能對橋梁模型中的材料、尺寸等信息進行編輯，從而使設計人員能夠更清楚地從橋梁施工技術、成本的控制、工程的狀況等多個角度對項目進行調查研究和分析比較。

（3）在橋梁的初步設計階段，利用BIM技術能夠輕松地完成建筑材料以及工程量的統計，為編輯施工圖設計文件、施工準備等提供依據。同時也能夠通過BIM模型來檢查圖紙的準確性，避免施工過程中發現錯誤修改圖紙導致的工期延誤，以及由此產生的工程浪費。

（5）橋梁施工圖設計，該階段中，BIM技術的數字化、可視化等特點能夠發揮很大的作用。該階段需要對橋梁結構強度進行仔細的計算，確保橋梁結構的強度、變形等條件能夠滿足運營要求。人為的設計不但費時費力而且很容易出現計算失誤，利用BIM技術能夠快速準確計算橋梁配筋、截面以及形狀等相關數據，而且系統會自動生成詳細的報表，查看時一目了然。即使出現錯誤，也能夠很快的改正。

2.2 施工階段的應用

2.2.1 施工進度可視化管理

以工序卡控和檢驗批填報生成實際施工進度，實時反饋計劃進度差異，并與BIM模型關聯，用不同顏色區分各施工狀態，實現對施工整體進度的可視化把控。同時，選中關聯的構件模型，可查詢構件的屬性信息、施工起止時間及完成狀態；對施工計劃時間段內的各項工程數量及任務進行統計，形成產值報表，實現對工程量的可視化預估，自動生成勞動力、機械設備、物資材料等資源計劃清單，便于統籌優化，合理調配資源，實現精細化管理。

2.2.2 質量安全協調管理

質量安全管理以工序管理為核心，工序與安全隱患和質量檢查庫關聯，海南鋪前跨海大橋各施工標段在平臺內按照不同橋型、不同施工部位完成1680個施工工序的配置。根據這些配置的實際施工工序和施工進度，工序報驗及時推送給監理，完成施工過程質量驗收的流程審批，并在BIM管理平臺的WEB端或者移動智能終端APP發起相應質量安全問題處理流程。問題一旦發起，各施工標段安全員與項目經理會收到信息提醒，BIM模型會在具體工程部位以警示燈的方式提醒直至問題整改完成，實現基于模型可視化的質量安全閉環管理，為橋梁施工安全管理提供支持及保障[2]。

2.2.3 施工技術交底

將BIM技術應用于施工技術交底能夠將整個施工過程進行虛擬仿真，以動畫的形式呈現出來。在技術交底的過程中，施工動畫能夠讓技術交底更加直觀、易懂，提高技術交底的準確率。該項目制作施工動畫的方式：將已經建好的三維模型導出FBX格式，然后導入廣聯達BIM-FILM虛擬施工系統軟件設計交互，導出成動畫，再配上語音和字幕，最后形成一個MP4格式的施工技術交底視頻。施工人員可以隨時使用支持播放MP4格式的設備進行觀看，既降低技術交底的時間成本，又提高了技術交底的準確率。

2.2.4 4D 施工模擬

利用Navisworks軟件，將建好的全橋模型與施工組織設計中的施工計劃進行相關聯。在3D模型中加入時間進度維度，將BIM模型與傳統的施工計劃整合，先為關鍵節點和工序制作相應的施工模擬動畫進行可視化技術交底，再結合4D施工模擬，讓項目參與人員能夠清晰地了解整個項目的進度安排，及時發現每個施工環節將會出現的問題，制定更加合理可行的施工進度安排。合理科學的施工進度安排不僅可以指導施工現場，還能為建設、管理單位提供直觀的進度管理依據，保證整個項目實施的過程中人、材、機的合理安排，減少彼此的溝通時間，縮短工期，降低成本[3]。

2.2.5 施工現場布置

與傳統中平面化、固定化的圖紙方案不同，BIM技術下的數字化模型圖紙、信息化施工方案是可控制、可流動的。在橋梁工程的建設實踐中，相關人員可依托各類傳感裝置對BIM軟件平臺進行現場情況的實施反饋，從而充分發揮出工程模型對材料進場路線規劃、施工人員現場調度、施工工序動態調整等方面的支持作用。此外，相關人員還可在工程模型中標記出高風險區域，并將配備有傳感裝置的安全帽發放給一線施工人員。這樣一來，一旦有人員進入到高風險區域當中，工程模型或安全帽便會出發告警機制，從而有力保障橋梁工程施工活動的安全化、穩定化運行。

合理的場地布置方案能夠為施工單位減少成本，提高項目的經濟效益。傳統的施工現場布置往往是技術人員根據以往的經驗用CAD進行大致的布置，沒有具體的三維模型，很難發現現場布置中存在的問題，更不能對施工現場布置方案進行優化。將BIM技術應用于施工現場布置，對項目部、鋼筋場、施工現場進行三維布置規劃并形成最終的布置方案，最大化利用了臨時租用地，達到了材料轉運次數最小化，減少損耗，降低項目成本。

2.3 BIM 技術在運營階段的應用

目前BIM技術的研究和應用更多的集中于橋梁工程的規劃設計及施工的前期階段，對于后期的橋梁工程運營階段的應用尚不成熟。現在后期運營很大程度上是人工操作進行數據采集和常規檢查，管理效率低下，在我國橋梁檢測行業發展如此迅速的時代背景下，人工的檢測難以有效的應付如此海量的橋梁工程信息數據收集、管理以及對病害的檢測和評估。

BIM技術在橋梁運營方面的應用相比于人為管理展現了諸多的優勢。我國主要依靠CBMS（China Bridge Management System即“中國公路橋梁管理系統”）對橋梁進行運營維護。但是由于我國橋梁眾多、情況復雜，而且橋梁的評估體系并不完善，加之信息不能夠第一時間準確的搜集，使得橋梁運營管理系統還存在一些不足。BIM技術的信息即時更新能夠有效地彌補目前CBMS存在的缺陷。若是能夠將BIM技術與橋梁的運營緊密結合，就能夠使CBMS系統得到更有效地應用。

除此之外，在橋梁的日常安全管理方面，采用BIM技術的橋梁安全管理系統能夠有效地將橋梁構件的所有數據結合起來，可以實現對橋梁的實時監測。利用BIM的可視化特性以及情景動畫模擬可以提出應急預案，并對工程人員進行相關的應急培訓，在橋梁的安全應急管理方面就能夠發揮非常重要的作用。當面對不可抗力、交通事故等突發性事件時，給出安全完整的應急措施。未來BIM技術在橋梁運營維護方面的應用無疑會更加廣泛。

3 研究成果的應用情況及對社會的意義

3.1 應用情況

相對于房建領域，如今橋梁工程領域的BIM技術應用仍處于探索階段，BIM技術應用，可以發現部分設計圖紙問題，同時通過施工方案模擬和BIM協同平臺的應用，解決了現場施工中碰到一些問題，有效的指導了項目的施工。基于BIM的專項施工方案，可以直觀反應施工現場情況，達到可視化交底的目的，從而保障了施工的各項技術指標、安全指標。同時，BIM技術的引入，使得工程各組成部分具有責任的可追溯性，也減少了項目實施過程中的未知，讓管理變得輕松和精細化，給參建各方帶來了巨大的經濟效益。

在橋梁施工階段引用BIM技術進行項目施工過程的管理，目光僅局限于設計和施工階段，對項目的全生命周期運用不足，沒有考慮對模型的進一步運用，尤其對于項目后期，項目的運營管理。由于BIM技術是新興技術，處于新老技術交替階段，技術人員的適應性還不是太強，但在費用管控方面，效益非常明顯，整個項目從建筑的構件入手，一個個構件組成了完整的整體，這種方式有利于業主對變更引起的費用進行把控。

3.2 應用情況

本課題研究的海南鋪前跨海大橋的研究，促進了BIM技術在橋梁建設行業特別是大型橋梁施工中的發展，通過直觀的虛擬建模推演，極大地提高了設計和項目管理水平、施工質量及參建各方溝通效率，有效地縮短了設計和施工周期，加快了橋梁工程建設步伐，BIM模型的全生命周期應用價值，也有力地提升了后期運營維護管理的能力。

4 結語

BIM技術以其協調性、可視化、模擬性、優化性和可出圖性展現了其巨大的優勢。本文研究分析了BIM技術在橋梁工程全生命周期中各個階段的應用，得出在設計階段和施工階段應用較多，但是在后期運營管理階段應用較少。較房屋建筑工程而言，我國BIM技術在橋梁工程方面的應用仍然不夠全面深入。另外研究發現，橋梁BIM建模軟件種類繁多，難以確定核心建模軟件，不利于BIM技術的推廣。且BIM建模主要依靠國外的BIM軟件，想要與國內管理軟件順利對接，不僅要考慮到我國的國產軟件與國外軟件之間的兼容問題，而且需要進行大量的二次開發，給BIM技術在橋梁工程方面的應用造成阻礙，BIM技術的不完善在一定程度上制約了BIM技術在橋梁工程中的應用和發展。

總之，在橋梁工程中，BIM技術的推廣，核心BIM軟件的確定，BIM技術與橋梁運營管理軟件的結合，以及相關規范的形成等，可以加快BIM技術在橋梁工程全生命周期中的應用，為我國的橋梁工程事業快速發展插上騰飛的翅膀。