BIM技術在橋梁工程領域的應用及前景

文 / 寇婷葦

一、概述

BIM（Building Information Modeling, 建筑信息模型）是在計算機輔助設計（CAD）等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術。它可以對橋梁工程的物理和功能特征進行數字化承載和可視化表達，以完成橋梁工程項目全生命周期或各階段的計劃、決策、設計、建造、運營等工作。目前，BIM技術已經廣泛應用在建筑行業中，但在橋梁工程領域的應用相對落后。

為提高道路橋梁等行業普遍存在預算超支、工期拖延、效率低等問題，各個國家已經開始了BIM技術在橋梁工程中的應用研究和工程實踐。王強對BIM+GIS技術在輔助橋梁設計、可視化表達設計意圖、協助領導決策和傳遞成果信息方面所表現出的優異性進行了研究。陳竟翔、曾明根、孫麗明以范蠡大橋項目為例,借助BIM工具建立了全橋及地形環境的整體信息模型，并進行施工過程各階段的仿真模擬，以探索BIM技術在大型復雜橋梁工程施工階段的應用。崔小芳以重慶某高速公路橋梁為背景，以建設和養護一體化信息管理為目標，將施工階段的BIM技術成果轉化為養護數據，從而得到管養決策信息和管養報告。吳巨峰、祁江波、方黎君、左小明、趙訓剛以湖北省武漢市的青山長江公路大橋為背景，綜合運用物聯網、大數據、云計算、無人機傾斜攝影等新興信息技術構建基于BIM的全生命期信息管理平臺。在我國南京長江第五大橋、南沙大橋、深中通道等大型橋梁工程中，已經成功應用BIM技術進行可視化交底、成本管理、進度工序模擬等工作。

綜上，可以看出BIM技術在橋梁工程領域的實用價值已經不可估量，它可以在橋梁設計、施工中為新時期的項目管理提供新思路，推動傳統設計、施工、管養模式的更新與變革，促進各單位之間的信息傳遞與共享，在未來必將發揮它的潛在價值。

二、BIM的特征

（一）可視化

BIM采用梁、墩、柱等三維參數化單元進行建模，與CAD軟件中簡單的幾何元素相比，它可以將橋梁工程中各構件進行參數化和可視化的模擬，以此幫助設計、施工、管理人員實現可視化操作，提高溝通效率、降低操作失誤率等。

（二）完整性

信息的共享與集成是BIM應用的精髓，BIM技術不僅可以直觀展示橋梁工程的3D幾何模型，模擬施工現場涉及到的各個場景，還可以描述橋梁工程項目中完整的設計信息、施工信息和運營養護信息，來保證項目相關各方的協同作業。

（三）協調性

BIM技術憑借其可視化、完整性等特征，實現橋梁工程項目全生命周期建設質量和效率的提高，實現多工種、多行業的協同工作。同時，BIM技術可以針對橋梁項目中出現的設計、施工、養護不合理等問題提出可行性建議。

（四）模擬性

BIM技術可以對工程建設環境、進度、成本等進行多方面模擬，比如，現常應用于施工階段的三維模型+進度4D模擬和三維模型+進度+成本5D模擬等。同時，在施工過程中，BIM技術還可以與數碼設備現結合，實現數字化的監管模式。

三、BIM在橋梁工程中的應用

（一）方案論證階段

在橋梁工程項目的方案論證階段，憑借BIM技術建立包含橋址處交通網信息、社會經濟信息、地質地貌信息等的整體三維信息化模型，進行特定橋梁方案的車流量、人流量預測，從而驗證橋梁工程項目建設的必要性。

（二）設計階段

在橋梁設計階段應用BIM技術，具有幫助設計者進行施工圖設計、工程量提取、協同設計等方面的優勢。

在施工圖設計工作中，BIM技術與以往的二維平面設計方式不同，采用三維立體模型設計功能，幫助設計者實現橋梁工程項目的綜合設計。同時，BIM技術根據不同的施工需求，進行相應二維平面圖紙的優化輸出，以清楚指導具體的施工操作。

在工程量提取工作中，橋梁構件具有構件少、異形多等特點，BIM憑借精細化的三維建模水平，可以幫助設計者準確計算出橋梁工程設計方案的構件使用量、土石方工程量，以及其他材料的用量提取。

BIM技術由于其特性，可以進行一系列的協同設計，對實現橋梁智能化設計提供了基礎條件。協同設計使各類設計人員不需要遵循傳統自上而下的設計流程，他們可以全程參與整個設計階段的設計和優化。這樣就可以在相互充分溝通的基礎上，協同完成三維信息化模型，從而提高橋梁項目的整體設計質量。

（三）施工階段

BIM技術應用于橋梁施工階段可以對施工進度、施工材料、施工成本、施工環境進行全過程的管理，以確保橋梁項目施工始終處于一個良好的管理狀態下。

在施工進度管理工作中，BIM技術可以將施工規劃和施工周期相關聯，在出現工期延長或提前的現象時立刻給出預警，以幫助管理者及時了解施工狀態并調整施工方案。在施工材料管理工作中，BIM技術可以準確計算并直觀顯示出材料的具體用量、構件的尺寸等，可實現施工材料的規范化管理，降低施工過程中的失誤率和返工率。在施工成本管理工作中，BIM技術可以為施工方制定“分段式”資金需求計劃、借助無人機技術對橋梁工程量進行準確計算等，在縮短施工周期的基礎上最大程度地提高經濟效益。在施工環境管理工作中，BIM技術可以對施工現場環境進行準確模擬，同時對施工環境的潛在安全隱患進行智能評估，最大程度地保護施工人員的安全，實現對施工現場的合理化控制。

（四）管養階段

在橋梁管養階段，橋梁項目方案論證、設計、施工階段所形成的BIM應用成果和相關數據可以用于橋梁管養一體化平臺的建立。這種管養模式可以保證橋梁全壽命周期的數據共享，實現橋梁養護和運營的一體化、標準化、可視化和可溯源化。

目前，BIM技術主要與橋梁健康監測相結合，從而成功應用于橋梁管養階段。以BIM技術、BIM數據模型、空間定位與互聯網技術等為依托，為健康監測的數據采集、數據共享、數據分析、狀態評估等提供全面的信息化解決方案，以實現監測數據的BIM可視化、監測數據的自診斷、運營狀態的實時預警、極端事件下的安全評估等。

四、 BIM應用現狀及改進建議

在BIM技術的研究過程中已經顯示出其在橋梁工程建設中的顯著優勢，但是BIM卻沒有憑借這些優勢廣泛應用于橋梁建設中，這主要歸結于：（1）BIM技術與橋梁工程技術原本屬于不同的技術領域，兩者的成功應用需要合理的專業交叉。（2）在設計過程中，BIM技術需要在原本CAD軟件二維設計圖紙的基礎上進行重新翻模，生成可視化三維模型。但是這一過程在設計之初會成倍增加設計工作量，增加人力成本。（3）現有的BIM軟件大多是針對建筑工程進行開發，而橋梁工程與建筑工程相比，構件形狀與受力行為比較復雜，建造方法、工藝及流程對結構受力影響較大，使用環境相對惡劣，運維重點為結構安全性及耐久性。故針對橋梁工程建設仍需開發適合其的BIM軟件，或提高已有軟件的共通性。（4）在施工過程中，BIM技術的初步應用需要投入較大的資金，工作量增加會影響施工進度，無法滿足甲方要求。

針對上述問題，為推動BIM技術在橋梁工程領域的廣泛應用，保證橋梁工程的安全性和耐久性，特別提出以下幾點改進建議：

（1）完善法律法規，推動全過程BIM技術的應用。目前，國家層面還未出臺關于BIM技術應用于橋梁工程領域的標準和要求，導致設計單位不愿提供完整真實的BIM模型，施工單位不敢使用設計單位提供的BIM模型。應該明確投資規模較大的橋梁建設項目中，必須在全生命周期內應用BIM技術，理清建設過程中各單位的職能與責任。

（2）推廣BIM技術在裝配式橋梁建設中的應用。BIM技術適合于裝配式建筑結構物的建設，以及全生命周期或在更高城市級層面上的應用。針對目前BIM技術僅在橋梁工程建設局部階段應用這一現狀，應該推動各單位參與方在設計階段就參與到項目中來，共同改進和完善設計，共擔風險和收益。

（3）著力于先進技術的引進。通過全面引入先進的城市級BIM技術及人才，提升橋梁工程領域應用BIM技術的可行性，創新橋梁可行性分析、設計、施工、管理模式，提升橋梁全生命周期管理和養護水平。

五、結語

本文主要探究了BIM技術在橋梁工程項目全壽命周期內的應用，并根據橋梁工程設計、施工、管養階段存在的問題，對BIM技術在橋梁工程中的應用提出相應建議。通過對BIM技術未來發展趨勢的判斷，明確了我國BIM技術在橋梁信息化建設領域的努力方向，希望能為橋梁工程技術人員提供參考。