關(guān)于BIM技術(shù)在橋梁工程施工建設(shè)中的應(yīng)用

張子麟

渥太華大學(xué) 加拿大 渥太華 K1N6N5

引言

隨著中國(guó)科技技術(shù)的不斷向前發(fā)展，BIM技術(shù)在我國(guó)各個(gè)行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用越來(lái)越普遍，同時(shí)所發(fā)揮出的作用和優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。在我國(guó)一些大型的橋梁工程項(xiàng)目、公路橋梁工程建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，通過(guò)BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可以對(duì)傳統(tǒng)工程項(xiàng)目施工存在的局限性和缺陷問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，可以提高橋梁工程項(xiàng)目施工的現(xiàn)代化集成程度，為工程項(xiàng)目建設(shè)單位帶來(lái)更高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。BIM技術(shù)主要是基于現(xiàn)代科技技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)，在我國(guó)各大橋梁工程項(xiàng)目施工當(dāng)中，基于BIM技術(shù)可以全面提高橋梁工作項(xiàng)目的施工管理工作質(zhì)量以及提高工程施工效率，可以對(duì)橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工提供出更加科學(xué)及時(shí)的信息參數(shù)，滿足橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)工作要求和標(biāo)準(zhǔn)。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)屬于一種建筑信息結(jié)構(gòu)模型，最早由美國(guó)的Autodesk公司創(chuàng)造出其概念并開(kāi)發(fā)一系列相關(guān)應(yīng)用軟件。BIM屬于一種物理和功能性數(shù)字的表達(dá)，同時(shí)也屬于一個(gè)共享知識(shí)資源，在橋梁工程施工過(guò)程中，項(xiàng)目不同的施工階段，不同施工單位可以在BIM建筑結(jié)構(gòu)模型當(dāng)中，提取、更新以及修改各種工程施工信息，同時(shí)還可以幫助各個(gè)工程施工單位相互之間協(xié)調(diào)施工和作業(yè)，加大了工作單位之間的信息交流。現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在世界上各個(gè)國(guó)家當(dāng)中應(yīng)用非常普遍，尤其是一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)BIM技術(shù)的研究和使用程度相對(duì)較高。在中國(guó)隨著改革開(kāi)放之后，建筑產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展速度不斷加快，BIM技術(shù)在我國(guó)各大橋梁工程施工過(guò)程中發(fā)揮出了至關(guān)重要的作用。當(dāng)前BIM技術(shù)在我國(guó)一些大型復(fù)雜的土木工程施工、古建筑施工以及其他類(lèi)型的橋梁工程施工中應(yīng)用效果非常明顯[1]。通過(guò)BIM技術(shù)的有效運(yùn)用，大大降低了從工程施工過(guò)程中的誤差概率，并且從參建方工作角度上來(lái)看，減少錯(cuò)誤率對(duì)控制工程施工成本有著重要的幫助，在很大程度上縮減了同工程施工周期，以此實(shí)現(xiàn)工程施工單位的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

2 工程概況

結(jié)合我國(guó)某地區(qū)一處大型橋梁工程項(xiàng)目施工案例進(jìn)行分析和研究，本次橋梁工程項(xiàng)目使用的是孔跨20~40的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)，橋梁工程施工總長(zhǎng)度800m，橋梁的右幅橋分為四聯(lián)，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)使用的是墩柱式承臺(tái)結(jié)構(gòu)，橋墩使用的是柱式墩結(jié)構(gòu)，包含等截面空心墩和變截面空心墩。本次橋梁工程項(xiàng)目施工當(dāng)中使用25~30m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工技術(shù)方案，總共分為六聯(lián)橋梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用的是柱式臺(tái)結(jié)構(gòu)，橋墩使用的是柱式墩薄壁墩，同時(shí)墩臺(tái)均使用鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。結(jié)合本次橋梁工程項(xiàng)目實(shí)際施工情況，工程施工單位通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)橋梁工程建設(shè)施工展開(kāi)模擬和分析，對(duì)一些關(guān)鍵性的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行把控。

3 工程施工中BIM技術(shù)的具體應(yīng)用策略

3.1 前期準(zhǔn)備工作

3.1.1 模擬施工。在本次橋梁工程工程施工過(guò)程中，有效運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)工程施工進(jìn)行模擬和分析，根據(jù)設(shè)計(jì)的橋梁類(lèi)型,結(jié)構(gòu)類(lèi)型和地質(zhì)類(lèi)型使用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行3D建模。根據(jù)工程數(shù)據(jù)信息情況進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，有效保證3D結(jié)構(gòu)模型的全面性和準(zhǔn)確性。通過(guò)在BIM模擬技術(shù)中構(gòu)造并應(yīng)用3D模型，計(jì)算機(jī)得以活靈活現(xiàn)的模擬工程施工狀況并預(yù)見(jiàn)施工中可能出現(xiàn)的潛在問(wèn)題，避免后續(xù)出現(xiàn)返工問(wèn)題形成更大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)BIM技術(shù)的模擬施工，為整個(gè)工程的施工進(jìn)度以及施工過(guò)程中的安全防護(hù)工作進(jìn)行了保障，有效提高整個(gè)橋梁工程施工的效率和質(zhì)量[2]。

3.1.2 施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底。在橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作中，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)化布置，同時(shí)需要做好相關(guān)的技術(shù)交流工作。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以通過(guò)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)的可視化模擬和分析，根據(jù)工程施工的具體施工要求，比如施工材料、施工機(jī)械設(shè)備等對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性布置，以可視化的形式展現(xiàn)出來(lái)，對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的施工組織以及工作劃分來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)，有效保證工程施工現(xiàn)場(chǎng)的施工效率以及組織工作效率。在傳統(tǒng)的同工程施工過(guò)程中，技術(shù)交底工作通常采用的是二維圖紙，通過(guò)BIM技術(shù)使用之后支持三維技術(shù)交底工作，有效提高了整個(gè)技術(shù)交底工作的水平和質(zhì)量。通過(guò)BIM技術(shù)所形成的三維圖紙，相關(guān)工作人員可以更加清楚地掌握橋梁工程施工工藝以及相關(guān)施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，以此來(lái)有效保證工程施工人員對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容加以把握，提高橋梁工程整體的施工質(zhì)量和效果[3]。

3.1.3 碰撞檢查。橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工當(dāng)中，傳統(tǒng)工作模式下如果在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中在碰撞問(wèn)題，很難在二維的圖紙當(dāng)中進(jìn)行呈現(xiàn)，同時(shí)工作人員無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，很難定位出問(wèn)題的具體施工位置，因此需要結(jié)合很多張復(fù)雜的圖紙，反復(fù)篩選其中的信息才能找到最終的問(wèn)題，并且這一問(wèn)題通常會(huì)在橋梁工程施工到一定程度之后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)工程施工返工等情況。基于BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)將圖紙當(dāng)中的各種專業(yè)模型進(jìn)行有效整合，然后對(duì)橋梁工程不同構(gòu)件相互之間的碰撞問(wèn)題進(jìn)行全面篩查。由于BIM技術(shù)模型主要是基于橋梁工程施工圖紙的真實(shí)尺寸大小來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)建立，因此傳統(tǒng)的CAD平面圖紙當(dāng)中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的一些隱藏性問(wèn)題，可以在BIM中清晰的進(jìn)行呈現(xiàn)，不同的專業(yè)和不同圖紙當(dāng)中的沖突問(wèn)題可以得到有效解決，避免工程施工出現(xiàn)返工情況，加快工程施工進(jìn)度，提高工程整體施工效率。

3.1.4 BIM電子沙盤(pán)。將BIM技術(shù)模型和GIS地理信息之間進(jìn)行集成化處理，制作項(xiàng)目為BIM電子沙盤(pán)，可以對(duì)橋梁工程項(xiàng)目施工區(qū)域地理?xiàng)l件情況進(jìn)行展示，標(biāo)注出地理坐標(biāo)、橋梁工程施工高程信息查詢等，快速統(tǒng)計(jì)出工程量大小，輔助工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行計(jì)量工作模型計(jì)算工程量。通過(guò)對(duì)比圖紙總量、預(yù)算總量保證整個(gè)橋梁工程施工預(yù)算信息的精確性，并且可以對(duì)橋梁工程施工材料消耗總量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)工程項(xiàng)目施工成本進(jìn)行科學(xué)化管理[3]。

3.2 通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行4D進(jìn)度計(jì)劃編制工作

通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行工程施工進(jìn)度計(jì)劃，編制工作主要是將工程施工進(jìn)度計(jì)劃內(nèi)容，資源信息等和BIM三維模型之間進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，可以全面實(shí)現(xiàn)4D工程施工進(jìn)度計(jì)劃和編制。通過(guò)Project編制橋梁工程施工進(jìn)度計(jì)劃，同時(shí)通過(guò)總承包單位編制出橋梁工程施工，整體施工進(jìn)度計(jì)劃，并且對(duì)整個(gè)工程施工流程進(jìn)行分解，基于各分包工作單位的工作能力，制定出科學(xué)合理的工程施工進(jìn)度控制工作目標(biāo)。基于橋梁工程施工進(jìn)度計(jì)劃信息，對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行WBS分解處理，通過(guò)WBS編碼可以實(shí)現(xiàn)在Navisworks當(dāng)中進(jìn)行編制，也可以在project軟件當(dāng)中來(lái)進(jìn)行編制，將編制完成之后到WBS編碼直接加入到Revit模型屬性信息當(dāng)中。通過(guò)插件可以將橋梁工程模型，直接導(dǎo)入到模擬分析軟件內(nèi)部，根據(jù)相關(guān)配置規(guī)則以及定義字段，將橋梁工程施工記錄信息和工程施工模型之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)橋梁施工進(jìn)度信息與模型信息之間的有效集成。

3.3 基于BIM技術(shù)工程施工進(jìn)度計(jì)劃模擬與分析

在橋梁工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度進(jìn)行模擬和分析該項(xiàng)技術(shù)也稱之為BIM 4D技術(shù)，相關(guān)工作人員基于BIM管理工作平臺(tái)，將橋梁工程施工過(guò)程進(jìn)行更加直觀的呈現(xiàn)和展示，并且在4D可視化工作條件下，可以對(duì)橋梁工程施工作業(yè)流程加以明確，可以更加清晰地看到整個(gè)工程施工過(guò)程中存在的一些錯(cuò)誤性問(wèn)題，并且對(duì)橋梁工程施工作業(yè)面沖突問(wèn)題進(jìn)行有效控制。通過(guò)智能施工模擬技術(shù)，可以根據(jù)需要把施工計(jì)劃劃分為以小時(shí)，日或月間隔的階段性計(jì)劃，可以更加科學(xué)的分配工人施工任務(wù)。通過(guò)模擬工程施工進(jìn)度計(jì)劃當(dāng)中的資源配置工作情況，可以更加容易的評(píng)估出橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工可行性問(wèn)題。不但如此，通過(guò)BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可以對(duì)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)的人力資源、機(jī)械設(shè)備、施工空間和資源等配置情況進(jìn)行全面優(yōu)化和完善，整體而言通過(guò)BIM可視化模擬和分析保證工程施工進(jìn)度，符合規(guī)劃要求，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)施工資源配置的可靠性，達(dá)到縮短工程施工周期，降低工程施工成本的效果。

3.4 BIM技術(shù)進(jìn)行工程施工信息收集

在橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)關(guān)鍵性的施工信息進(jìn)行收集工作，主要是基于系統(tǒng)工作平臺(tái)手機(jī)端來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。在信息收集工作過(guò)程中，具體的工作過(guò)程如下：第一，工程施工進(jìn)度管理工作人員攜帶手機(jī)、平板電腦等各種設(shè)備，對(duì)項(xiàng)目工程施工現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)日常巡視工作，同時(shí)需要使用手機(jī)對(duì)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行關(guān)鍵施工位置的拍照和記錄，將其直接與BIM 4D管理工作平臺(tái)之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)和對(duì)接，有效形成工程施工管理工作模塊。工程施工進(jìn)度管理工作人員在平臺(tái)手機(jī)端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施性施工情況進(jìn)行全面掌握，對(duì)橋梁工程施工資源消耗量大小進(jìn)行更新，同時(shí)根據(jù)工程實(shí)際施工條件，對(duì)平臺(tái)當(dāng)中的WBS編碼工程施工工序進(jìn)行有效調(diào)整，刪除其中一些不必要的施工作業(yè)內(nèi)容，或者是添加一些新的作業(yè)內(nèi)容[4]。

在平臺(tái)端根據(jù)工程施工現(xiàn)場(chǎng)所涉及的關(guān)鍵性施工信息以及施工資源等，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比和分析，從中可以看出橋梁工程施工中影響到橋梁工程施工進(jìn)度等方面的問(wèn)題，同時(shí)采取針對(duì)性的糾正措施來(lái)進(jìn)行控制預(yù)防橋梁工程施工中存在的潛在性風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。基于BIM 4D管理工作系統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)端，工程管理工作人員可以對(duì)整個(gè)橋梁工程師現(xiàn)場(chǎng)的施工情況以及工程施工計(jì)劃信息進(jìn)行掌握。在BIM 4D系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置出橋梁工程施工網(wǎng)絡(luò)圖、甘特圖、橋梁施工進(jìn)度曲線以及資源曲線等多種工程施工進(jìn)度分析工作方式，可以更加直觀顯示出工程施工進(jìn)度和實(shí)際施工條件之間存在的差異性，對(duì)橋梁工程施工資源進(jìn)行科學(xué)合理的配置，幫助決策工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程項(xiàng)目施工中存在的各種問(wèn)題，及時(shí)制定出針對(duì)性的解決控制方案來(lái)加以調(diào)整。

3.5 工程施工安全管理

在同工程施工過(guò)程中項(xiàng)目管理工作對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，并且起到了良好的工程施工效果。在整個(gè)工程施工安全管理工作方面，由于橋梁工程施工所采用的施工工藝具有一定的復(fù)雜性，同時(shí)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較混亂，在施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在大量的施工機(jī)械設(shè)備，同時(shí)很多施工人員在施工現(xiàn)場(chǎng)穿梭，加大了工程施工的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)施工人員的人身安全造成了較大威脅。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)運(yùn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)行相應(yīng)的安全隱患分析，有效保證各個(gè)環(huán)節(jié)施工安全管理工作加以落實(shí)。整體而言，橋梁工程施工作業(yè)環(huán)節(jié)，需要在施工前期搭建起數(shù)據(jù)信息輸入系統(tǒng)，然后進(jìn)入后續(xù)的正式工作環(huán)節(jié)，在操作后臺(tái)可以使用監(jiān)控設(shè)備或者傳感器設(shè)備來(lái)進(jìn)行操作，對(duì)整個(gè)橋梁工程的施工安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)和判斷。對(duì)其中存在的各種安全隱患問(wèn)題及時(shí)通知到施工人員來(lái)進(jìn)行處置，防止出現(xiàn)橋梁出現(xiàn)倒塌等嚴(yán)重安全事故。完成安全隱患排查工作之后，需要通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行二次復(fù)查，充分保證整個(gè)通用工程施工作業(yè)的安全性[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)此，橋梁工程施工單位需要對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用加以重視，并且在橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工當(dāng)中進(jìn)行合理應(yīng)用，有效保證橋梁工程施工的有序開(kāi)展，降低施工中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)施工單位的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。