BIM技術在橋梁施工中的應用研究

鄔麗娟

(黑龍江省交投信息科技有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

如今，橋梁已經成為公路的重要組成部分，隨著公路工程建設的不斷發展和通行要求的不斷提高，對橋梁建設也提出了很高要求，橋梁等級、規模都得到了很大提升，這無疑對施工技術和管理都提出了極高要求。在這種情況下采用傳統施工和管理模式將無法滿足實際需要，亟需通過對BIM技術的引用提高施工技術水平和施工控制及管理水平。

1 工程概況

大橋位于縣城市中心區，交通路網發達，人群分布密集，橋梁施工對周邊環境的干擾較大，結合橋位周邊地形狀況以及道路通行要求，大橋主梁采用頂推法進行施工，由于南岸進場道路受限于限重20 T，導致鋼箱梁進場困難，于是本工程采用全橋由北向南單向頂推的方式進行施工。由于主梁采用變截面鋼箱梁形式，頂推法施工時需增加臨時輔助措施使箱梁底面處于同一平面內，便于頂推施工的進行。場地屬淺丘陵剝蝕地貌，低洼地帶為原河流沖積區域，為郁江一級階地，現地形較平緩。場地北側主要為岸坡，高程分布為202.50～245.96 m，地形坡度變化較大，現多為河堤及公路，兩旁分布有居民住房。橋位河段具有山區性河流地形地貌特點。橋位處地形為南高北底，線位距地面約12 m，江底河槽兩岸陡峭，河槽較為平坦，主通航孔為中部。

2 橋梁施工特點與面臨的挑戰

橋梁復雜程度正日益提升，結構類型也在持續增多，并且受到不同因素的共同影響，使橋梁施工日趨復雜，具體表現在以下幾方面。

(1)橋梁施工環境難以控制其復雜多變，無法從根本上避免安全隱患。橋梁和一般項目有所不同，橋梁的施工環境通常都十分復雜且多變，難免需要從山谷、河流上跨越，基于此，每個橋梁項目都要根據環境條件編制專門的施工方案[1]。除此之外，雖然橋梁施工機械設備與施工工藝均處在持續更新的狀態，但需要人員從事大量高空作業的現狀仍然無法改變，這就導致施工中必然存在安全隱患。在這種情況下，無疑對方案制定及施工管理都提出了極高的要求。當采用傳統施工模式時，不論方案制定或施工管理實施，大多以來工程人員自身經驗，而針對環境極為復雜的橋梁項目，即便工程人員有豐富的經驗，也很難確保方案具有良好的有效性及可行性。在橋梁建設項目中引入BIM技術，可充分利用其施工模擬功能對橋梁施工過程進行提前預演，以此將可能發生的所有問題都消除在施工開始前，并能對實際施工予以動態監控，有效保證施工安全。

(2)預制構件數量較多，對精度有較高的要求，且體積龐大。不論鋼橋或鋼筋混凝土橋梁，基本都需要用到很多預制構件，構件的生產方法包括現場生產或工廠生產。施工開始前進行構件預制能減少現場作業量，具有加快施工效率的作用，但要想使所有構件在拼裝過程中都能達到尺寸匹配，則對尺寸設計和加工精度都有很高要求[2]。在這種情況下借助BIM技術進行數字化生產，能更加高效且精確的進行構件生產。數量與體積均十分龐大的構件，在對其進行運輸與吊裝時也存在很多問題，為了使施工管理達到優化，相關管理人員不得不對運輸與吊裝設備及構件進場實施反復驗證，大量實踐表明，人為驗證不僅效率低下，而且精度不足。此外，構建吊裝對橋梁施工能否順利進行和達到預期進度與質量目標有直接影響，根據以往經驗制定的施工該方案很難做到有效預測，更無法提前發現和解決各類問題，往往只能在問題產生以后重新進行設計與規劃。而通過對BIM和RFID技術的引入，可以為以上環境的人工操作提供高效輔助，解決單純采用人工存在的缺陷和不足。

3 橋梁施工中BIM技術應用

BIM已經在規劃和設計過程中得到了廣泛應用，目前正逐步向工程施工及運營環節發展，實際的應用程度已經從初級逐漸變為高級。BIM應用初期，主要在規劃階段中使用，用于對復雜結構進行可視化演示，之后開始在結構設計階段應用，包括三維建模和碰撞檢測等，同時能提供施工詳圖，為之后的施工提供可靠依據，在4D與5D技術的加持下，BIM開始應用于工程的施工節段，加上國家相關政策大力引導，有更多的施工企業將BIM技術應用作為重點工作[3]。

在橋梁施工過程中應用BIM技術具有以下價值。

(1)施工單位可將BIM模型作為參考依據，初步估算項目的施工成本，并對施工場地布置進行優化，對各類施工機械設備與施工需要使用的物料進行合理調配。

(2)通過對4D模型的建立與碰撞檢測的實施，對整個施工過程予以可視化模擬，以此在正式施工開始前就發現可能產生的各類問題，據此對施工方案進行針對性調整能減少或避免不必要的損失。

(3)項目的所有參與方使用同一個模型，包括建設方、設計方、監理方與施工方等，這樣能在發現問題后十分方便的進行溝通與解決[4]。

(4)在項目施工過程中采用BIM可以對構件制作過程進行高精度模擬，并能對施工所需物料的實際運輸進度進行實時跟蹤。

隨著BIM技術實際應用的日益深入，工程人員逐漸發現只有最大限度發揮出BIM技術在工程施工階段中應用具有的中價值，才可以使施工管理達到精細化，減小工程能耗，實現預期的智慧施工目標。

現階段我國應用較多的項目管理方法為DBB，即所有項目都需要按照先設計、再招標、后建設的總體順序實施。對橋梁工程而言，首先建設方需要委托設計院完成橋梁設計，設計院在得出設計成果后，采用圖紙的形式進行交付，建設方得到設計圖紙后采用招標的方式選擇合適的施工單位，最后中標的施工單位以設計圖紙為依據開展施工[5]。

在BIM技術出現并應用于工程施工階段后，設計院和施工單位之間的連接——設計圖紙，將改變成三維模型。雖然按照BIM相關理論，設計院和施工單位應共同使用同一個模型，但考慮到兩者工作目標并不相同，故對模型有不同的需求，所以BIM技術在不同階段中應有具有不同的內涵。從設計院角度將，模型的構建主要用于是橋梁結構達到可視化，同時通過計算分析確保結構符合各項力學要求；而從施工單位角度講，模型的構建目標包括保證施工精度、對施工方案進行優化和降低工程造價。

基于此，BIM應用在設計和施工兩個階段中的應用有很大差異，具體表現在以下三個方面。

(1)在模型自身方面，當BIM應用于設計階段時，模型主要包含工程的結構信息，如主梁、橋墩和橋面等各類構件的模型，而當BIM應用于施工階段時，模型主要包含工程的施工信息，如臨時支撐結構、掛籃和塔吊等施工關鍵部分的模型；

(2)在信息表達方面，當BIM應用于設計階段時，模型主要表達橋梁結構施工完成后的理想狀態，而當BIM應用于施工階段施工，模型主要表達橋梁結構目前施工階段所處實際狀態；

(3)在應用意義方面，當BIM應用于設計階段時，模型能提高設計效率，而當BIM應用于施工階段時，模型能提高工程的施工質量，并能降低工程造價[6]。

由此可以看出，設計和施工兩個階段在需求上的差異決定了BIM技術在不同階段中應用具有的價值。設計階段中應用BIM模型的本質在于使傳統的二維圖紙變成三維模型，而施工過程中以BIM技術為基礎進行的一系列工作是BIM技術核心價值主要體現。

在實際的橋梁工程施工過程中，以橋梁的施工特點為依據，BIM技術可以在很多方面進行應用，具體表現在以下方面。

(1)在深化設計過程中應用，實現碰撞檢測，對設計模型進行優化，為其在施工中的應用創造良好條件；

(2)施工仿真模擬，即對施工過程進行模擬和虛擬，為施工方案的針對性優化提供參考依據；

(3)施工進度模擬，根據工程的施工計劃對施工進度進行模擬；

(4)施工過程模型建立，能將所有階段包含的施工信息統一存儲到模型當中；

(5)工程量統計，對工程量進行準確統計，并據此編制材料采購計劃；

(6)施工場地布置，對施工所需各類臨時設備在場地范圍內的布置進行合理規劃；

(7)物料設施監管，通過對RFID技術的合理應用實現構件定位與追蹤[7]。

通過以上對BIM技術具體應用特點的分析，以及施工過程中BIM技術基本應用原則，即確定各種BIM應用存在的關系，特別是信息交換需要，可以得出以下施工階段中BIM技術應用流程：首次采用BIM技術進行施工模型的建立，包括施工場地模型、結構BIM模型和施工構件模型，然后據此建立3D模型、4D模型和5D模型，其中，3D模型用于實現碰撞檢查、施工圖輸出、工程量統計和材料管理，4D模型用于實現施工模擬、進度控制、現場布置、物料監控和虛擬拼裝，而5D模型用于實現成分分析和造價控制，最后實現預期的優化設計、三維交底、資源優化配置、施工工序優化和現場合理布置等目標。

通過在橋梁工程建設施工中應用BIM技術，可得出BIM技術具體應用存在很多特征和優勢，具體表現在如下幾方面。

(1)以BIM模型為基礎開展的碰撞檢測能及時發現碰撞問題，以此在很大程度上準確反映出施工中可能產生的沖突碰撞，將此問題有效解決于正式開工之前，進而在降低安全風險系數的同時，從根本上解決由于采用人工進行反復檢查存在的效率低下和成本較高等實際問題[8]。

(2)采用BIM模型能對報表進行自動輸出，從而大幅提高工程量統計工作的效率，防止采用人工進行工程量統計產生錯誤，同時還能實現實時更新，使項目在施工過程中有效解決由于設計變更導致的一系列問題。

(3)BIM軟件具有十分強大的出圖功能，且可讀性很高，能為構件生產加工及現場拼裝施工創造很大便利，無論是生產車間的工作人員還是現場施工人員都能正確理解設計要求，減少或避免由于理解錯誤或存在偏差造成的返工。

(4)以BIM技術為基礎的數控加工能大幅提高各類構件的生產精度，并大量減少材料消耗和浪費，從而降低工程的生產成本。

(5)在BIM技術基礎上結合使用RFID技術，可以有效提高橋梁施工中的物料管理和施工控制水平，實現對資源的優化安排，加快工程的施工進度。

4 結 語

綜上所述，在橋梁施工過程中引入BIM技術，依靠BIM模型具有的碰撞檢測功能，能從根本上改變以往單純依靠二維圖紙對沖突和碰撞問題進行檢測的方法，避免由此造成的效率低下和施工成本增加等實際問題，將所有可能發生的問題都解決到正式開工以前，從而降低工程施工的安全風險系數；依靠BIM提供的工程量統計功能，能改善以往依靠人工進行統計的問題，能快速對圖紙的更改作出正確反映，解決統計效率較低和容易出現錯誤等實際問題；依靠BIM提供的三維模型，可輸出不同的圖紙，并提高可讀性，為構件生產、現場施工均創造極大便利；依靠BIM進行數控加工，能從本質上防止材料浪費，并在精準翻樣基礎上提高構件加工精度；通過對BIM和RFID兩項技術的充分結合能提供流通回路，從構件生產到現場安裝施工，采用RFID技術將記錄到的各類信息快速反饋至數據庫，而且數據庫包含的信息又能為反向為施工提供指導，采用該信息回路能十分方便的完成物料管理，使現場布置更加合理，從而幫助管理人員實現對施工全局的掌控。