BIM技術在公路橋梁改擴建工程中的應用研究

段宗國

（安徽省公路工程建設監理有限責任公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

BIM 技術是一項綜合技術，可以基于3D 數字技術對改擴建工程進行動態模擬，在此基礎上增加幾何信息、非幾何信息、公路橋梁建設可測量部分數據和其他相關信息。公路橋梁改擴建工程建設的路線較長，涉及的環節較多，為保證數據準確、方案科學，應引入BIM 技術。在改擴建工程中，BIM 技術應貫穿全程，包括項目方案設計、工程造價和后期維護等方面。BIM 技術可以還原既有工程，明確新舊結構的銜接點，模擬改造過程，提升勘察設計質量。目前BIM 技術的應用仍處于初級階段，加強BIM 技術的研發，可以更好地提升建筑質量和水平。

1 BIM 技術的應用意義

在信息技術迅速發展的背景下，建筑信息模型技術應運而生，其應用大大提高了工程建設的安全性和穩定性。

在施工中，應用BIM 技術可以對施工全過程進行監測，包括建設方案、工程施工和工程報價等內容。建筑信息模型可以為施工作業提供可視化圖像，直觀地呈現項目設計圖紙，模擬改造過程，以此來保證改造工程質量[1]。

在公路橋梁改擴建工程建設等公共設施的建設項目中應用BIM 技術，可以快速提取信息、構建數字模型、清晰呈現原有橋梁結構，設計人員結合改擴建要求進行改造設計，設計完成后，利用BIM 技術呈現改造效果，明確改造設計中的不足，并進行深入優化。

BIM 是極其復雜的程序。BIM 圖像看似是CAD圖像，實則不然。在制作組件時，需要結合建筑實際情況，明確各組件之間的關系，呈現精確、完整的工程布局，使設計人員、施工人員了解整個改擴建的流程和重點內容。在施工中，依托BIM 技術可以規避潛在風險和安全隱患，確保各環節的有效銜接，使施工處于動態智能化分析狀態，可以對施工進行有效的把控、監督。

公路橋梁改擴建工程范圍很廣，在前期工作中，需做好現場勘察工作，通過實地勘察，了解公路橋梁工程所在地的地形地貌，建立數據庫。進入新時代，效率成為競爭的關鍵，BIM 技術能夠很好地實現數據的管理和應用，依托GIS、CAD 等先進技術，彰顯信息化、智能化的技術特點，實現新舊結構的有效銜接[2]。

2 BIM 技術的特點

2.1 綜合性和可視化

BIM 技術是近些年來應用于工程建設領域的一項新技術，是一個完整的綜合體系，可以貫穿工程設計、施工的整個過程，呈現清晰的可視化圖像，實現施工作業的動態模擬分析。

BIM 技術并不是單一的技術，而是擁有多個軟件的大型智能軟件系統，其中的3D 模擬數據庫可以為工程建設提供有力的保障，準確反映施工的整體過程，使施工處于可視化的狀態下開展[3]。

BIM 技術的綜合性表現在其能夠應用于公路橋梁改擴建工程的整個施工過程中，可視化的數據和圖像信息能夠為施工提供更多可能性，通過整理和分析數據，可以得出更符合實際情況和改建需求的施工方案。在施工中實現了全程監控，確保各環節的施工質量，降低設計變更概率，保證改擴建工程質量達到國家和行業標準，延長公路橋梁使用年限。

BIM 技術能夠彌補傳統平面設計圖紙的不足，利用計算機技術將傳統的平面線條圖像轉變為3D 立體模型，清晰地呈現建筑結構、細化構件信息、真實反饋各構件之間的關系。在實際應用中，工作人員可以借助3D 立體模型協調工作、優化設計，解決施工重點、難點問題。

與此同時，BIM 技術在3D 的基礎上引入4D 和5D模式，可以直觀地呈現出設計信息，使設計人員明確新舊結構的差異，理清二者之間的關系，進而完善設計方案，促使公路橋梁改擴建工作有序推進。

2.2 多種項目模擬性

公路橋梁改擴建工程需要考察原工程的基礎條件和情況，通過測量建筑物實際長度和公路橋梁的實際情況，模擬出改擴建方案的所有可能性。在這過程中，公路橋梁的實地勘探需要考慮施工中的所有情況。

BIM 技術是3D 信息模擬技術，可以呈現出不同階段的工程模型圖，通過對比設計方案和模擬施工建設情況，利用大數據和智能化計算篩選出最優改建方案。在公路橋梁改擴建工程方案設計之初，設計實操性判斷是重大難題，BIM 技術的應用能夠很好地解決這一困難。施工預案通過軟件進行優化組合和智能計算，可以得到最佳方案，保證各施工環節環環相扣、皆有明確的質量標準，降低施工中各類不良事件的發生概率。

2.3 完整性和系統關聯性

BIM 技術能夠應用于公路橋梁改擴建工程的整個生命周期，具有完整性和系統關聯性。

除常規的幾何信息外，物理、時間等非幾何信息，可以為工程建設提供參考和幫助。工作人員利用完整性、系統性的數據，模擬具體的施工流程和改建效果，為整個施工過程保駕護航。

BIM 技術呈現出的大數據庫可以對整個施工內容進行可行性分析，得到解決辦法，相較傳統的平面設計，具有完整性、系統關聯性的特點。項目方案、可行性分析、工程施工和工程報價的過程是相互聯系的整體，貫穿施工全過程，整個工程建設的生命周期皆可通過BIM 技術全程監測。在監測中不斷更新系統數據，完善模型，這為工作人員的設計、施工提供了極大便利。同時，BIM 技術的融入，可以有效把控成本，使工程建造效益最大化。

3 公路橋梁改擴建工程勘察設計的難點

3.1 老舊公路橋梁數據勘察

在城市化進程逐步推進的背景下，經濟發展速度加快，以往建造的公路橋梁承載力難以滿足需求，亟須推進改擴建工程。老舊的公路橋梁使用年限過長，會出現崩裂損壞的情況。在施工前，采集公路橋梁的路基性能數據，能夠在模擬原有公路結構的基礎上得到符合實際需求的改擴建方案。數據的采集和分析對工程建設質量是至關重要的，BIM 技術能夠全面整合數據，滿足公路橋梁改擴建工程勘察所需。

3.2 公路橋梁周圍構筑物的勘察

老舊公路橋梁的改擴建是在原有基礎上進行的。在城市發展的過程中，城市中的建筑物逐漸增多。在改擴建工程中，需要考慮周圍建筑物的情況、勘察周圍的地形地貌、結合實際數據模擬3D 實景圖。由于公路橋梁的跨度大，不同地區的地形地貌、地質條件有所不同，工作人員應進行全面勘察，這是改擴建的難點。在施工前，利用傾斜攝影技術、無人機航拍技術、3D 激光掃描測量技術、GIS 技術等，掌握公路橋梁周圍建筑物的實際情況，勘測地形地貌，結合勘測數據，構建實景模型，有效還原勘測情況。

3.3 公路橋梁現存的安全隱患排查

公路橋梁作為公共設施之一，在城市建設發展中發揮著至關重要的作用。作為綜合性工程，在改擴建的前期，需要深入分析和挖掘現有公路橋梁的安全隱患，將其作為重點、難點問題開展研究，方可明確改擴建方向。公共設施的安全穩定是城市運行的前提，因此，利用BIM 技術整合勘測數據，可以呈現出公路橋梁的內部結構和周圍情況，方便工作人員從多維度、多方向進行分析，結合工程力學等專業知識，尋找公路橋梁改擴建工程的突破點，解決公路橋梁原有工程的實際問題，實現公路橋梁改擴建工程的質量升級。

4 BIM 技術在公路橋梁改擴建工程勘察設計中的實際應用

4.1 建立建筑工程模型

公路橋梁改擴建工程的工程量較大，涉及內容較多，可以將其拆分成不同的環節和階段，針對各環節的地形地貌進行分析，通過復刻CAD 圖紙，可以建立可視化、動態化的BIM 模型，在模型中呈現出各環節的聯系和邏輯，明確改擴建的突破方向。與此同時，智能化的數據分析可以篩選出便捷、有效的施工方案，節省人力和物力，大幅度提升精確度和準確性。

BIM 技術是一個完整的合成工藝，容納不同的數據分析處理方法。可以基于數據信息構建原有公路橋梁工程模型、改建工程模型、拆除工程模型、各節點改造模型等，通過分析模型的優勢和不足，優化改擴建方案。建立工程模型可以為后期施工提供巨大支持，提高工作效率，縮短作業時間，解決施工中各環節的銜接問題，確保施工有效推進。

4.2 復核模擬工程設施建設

公路橋梁在進行改擴建之初，需要對原有公路進行全面的勘探和考察。繪制上千張的圖紙對于建設工作人員而言，工作量巨大。為了降低施工中設計變更頻率，工作人員需要熟悉圖紙。在反復分析圖紙、對比圖紙、理解圖紙的過程中，普遍存在誤差，處理這些誤差不僅要耗費大量的人力、物力，而且難以確保改擴建的成效，致使生產效益不高。

BIM 技術是結合大數據、互聯網的一項新技術，其CAD 制圖功能及可視化的特點能夠為施工中的專業人員提供方便。技術人員只需通過建立工程電子實物模型，就可以了解工程的復雜構造、捋順施工過程。

公路橋梁建設有許多不規則圖形，傳統圖紙呈現效果不佳，對不規則圖形進行人工幾何計算和測量的工作量是極大的。而BIM 技術能夠在復核模擬工程建設過程中表現出明顯的優勢，可以利用軟件復核模擬數據，在模型中突出重點位置的施工過程、工程整體脈絡等，以可視化的形式呈現復雜的工程結構，降低理解、分析的難度。

4.3 高效完成工程造價

在公路橋梁改擴建工程中，工程造價對工程質量和施工進度影響很大。然而工程造價貫穿工程全程，內容煩瑣，需要耗費大量的時間、人力和物力，適時融入BIM 技術，可以為工程造價提供有力支持。應用軟件可以明確具體的施工流程和施工內容，工作人員結合施工情況確定施工所需，進而把控施工成本。

在后期施工中，公路橋梁數據將發生變化，此時可以借助BIM 技術進行計算，在計算中適時調整施工中材料的用量，以此來實現材料的有效應用。

與此同時，BIM 技術具有監測作用，通過分析大數據、應用計算機軟件，管理人員、設計人員可以依托施工數據和3D 模型，規范施工過程，提高施工的安全性。

4.4 施工過程的數據勘探

在公路橋梁改擴建工程中應用BIM 技術，可以充分發揮海量信息的積極作用。公路橋梁改擴建工程屬于大型工程，涉及面較廣，數據信息較多，可以利用GIS 系統勘探公路橋梁的地形地貌、地質條件及周圍構筑物的實際情況，呈現出空間數據信息，使數據為改擴建方案設計、拆除工程設計提供支持。在公路橋梁改擴建工程中，應用地理信息系統能夠以3D 的形式表達分析地理空間狀況，運用計算機軟件對空間信息進行計算、分析和處理，可以細化內部構造，優化工程設計。

4.5 施工建設中的3D 建模

在采集公路橋梁改擴建工程的前期數據后，將數據信息輸入系統，在系統運行中，構建清晰的3D 模型。BIM 技術在建模的過程中，面臨著巨大的工作量和對工作細節的嚴格要求。

首先，從原有公路橋梁的實際情況出發，結合公路橋梁改擴建工程所要達到的預期目標，綜合考慮工程施工中地貌、周圍環境等影響因素，制定改擴建規劃和方案。其次，利用BIM 技術呈現方案，應關注改擴建細節及重點部位的銜接。最后，在進行模擬的過程中，要保證數據的真實性和完整性。科學、合理的工程建設圖紙是未來施工的主要參考，因此，利用BIM 技術整合原始數據，可以清晰地呈現原有公路橋梁的內部結構，明確結構中的問題，結合問題進行改造、規劃，形成完整的鏈條和環環相扣的改擴建施工體系，保證后續施工有據可依。

5 結語

現階段社會發展日新月異，公路橋梁的改擴建工作關系到城市發展、社會進步，是必然趨勢。在改擴建工作中引入BIM 技術，其集數據、勘測、模擬、復核數據等功能為一體，可以構建可視化的3D 立體模型，呈現出改擴建路段的實際情況，確保改擴建工程與城市發展需求相符，使其成為惠民生、解民憂的暖心項目，推動城市化進程。在建設過程中依托BIM 技術，使勘測、設計、改造、施工融為一體，動態監測工程建設過程，確保建設質量。

本文闡述了BIM 技術應用的意義、特點及其在公路橋梁改擴建工程勘探設計中的實際應用。BIM 技術通過使用自動化設計軟件、智能化建模等技術手段，呈現出公路橋梁的空間信息情況，明確建成后公路橋梁的構件、參數變化。在BIM 技術的支持下，可視化圖紙及3D 設計的應用促使施工作業順利完成、質量可控。