BIM技術在橋梁工程方面的應用研究

吳得卿、張廣海

（中電建路橋集團有限公司，北京 100000）

0 引言

伴隨著社會經濟的飛速發展，我國交通建設行業也得到了長足發展，尤其橋梁工程項目的建設數量和建設規模日益壯大。橋梁工程極易受到周邊各種不確定因素的影響，導致橋梁的耐久性和安全性降低。在現階段的橋梁工程施工中，傳統方式的橋梁工程設計和構造主要依托CAD（計算機輔助設計軟件）。BIM 技術能夠實現信息集成化，以及橋梁工程構建設計、施工管理和養護維修三位一體化，不僅能夠有效滿足當前建筑行業現代化的高標準要求，而且有利于加快實現低消耗、低污染的可持續發展目標。

1 BIM 技術概述

BIM 技術作為一種信息化技術，在建筑行業中的應用越來越廣泛。眾所周知，橋梁工程是建筑行業以及基礎設施建設中重要的組成部分。橋梁工程因其建設周期較長，施工難度大，涉及的施工工序和施工環節繁雜，施工過程中的不確定因素極易影響橋梁工程的施工質量和安全性[1]。針對這種情況，利用BIM技術的數據信息化共享功能，建立橋梁工程的仿真建筑物。同時通過BIM 技術的可視化特征，不斷優化、調整橋梁工程施工方案，有利于確保橋梁工程有序有效地開展。除此之外，將BIM 技術應用于橋梁工程建設、設計、施工以及后期運營管理等全過程中，能夠促進我國建筑行業實現健康可持續發展。

2 BIM 技術在橋梁工程中的應用優勢

2.1 協同設計更高效

傳統方式下，在橋梁工程建設過程中，由于施工工序和施工環節繁雜，極易導致各部門的設計圖紙版本不一致的情況，嚴重影響整個橋梁工程的施工進度和施工質量。區別于傳統方式，在橋梁工程建設過程中，采用BIM 技術協同模式能夠實現各部門的設計圖紙同一平臺、同一標準、同一目標、同一環境，有效避免各部門的設計圖紙在溝通過程中大量反復修改，在保證橋梁工程的施工效率和施工質量的同時，確保施工進度符合項目建設要求。

2.2 方案設計成果可視化

在傳統橋梁工程方案設計階段，往往通過CAD 畫出橋梁平面圖和橋型布置圖后，結合橋梁的平面圖、立面圖和橫面圖，展現整個橋梁的外觀設計情況。這種方式不僅程序煩瑣，不利于橋梁工程設計各部門之間的交流與溝通，而且不能形象、直觀地展現整個橋梁的外觀。針對這種情況，在橋梁工程方案設計過程中，通過應用BIM 技術模型設計，形成三維實景模型，不僅能夠實現對整個橋梁外觀的可視化；而且能夠進一步通過渲染和動畫，展示橋梁的整個施工過程以及竣工效果，更加科學合理地優化和完善橋梁工程方案設計，有利于推動整個橋梁工程建筑行業的可持續發展[2]。

2.3 提高施工質量，節約施工成本

在橋梁工程設計階段，應用BIM 技術，通過三維實體渲染，不僅能夠在建模過程中，第一時間發現施工和設計過程中存在的問題，并及時進行整改優化，而且能夠發現橋梁施工中材料的損耗點，并進行合理優化，控制材料損耗，提升橋梁工程項目施工質量的同時，最大化提升施工材料的利用率，有利于推動整個橋梁工程項目實現經濟可持續發展。

3 我國BIM 技術發展現狀

雖然現階段我國的建筑行業，尤其橋梁建筑行業得到了突飛猛進的發展，BIM 技術已經被建筑行業應用，但從總體上來看，我國橋梁建筑行業的企業對BIM 技術的應用還處于研究階段。根據有關調查研究分析，雖然我國橋梁建筑行業的大部分企業已經對BIM 技術有所了解，但是將BIM 技術應用到實際的橋梁工程建設中的企業少之又少，甚至有小部分橋梁建筑企業對BIM 技術的了解甚微。由此可見，BIM 技術在我國橋梁建筑行業的發展還處于探索起步的階段，未來BIM 技術在我國的橋梁建筑行業發展中將具有廣闊的空間。

4 BIM 技術在橋梁工程方面的應用

4.1 BIM 技術在可行性研究階段的應用

在橋梁工程建設過程中，傳統方式下往往需要建筑企業深入施工現場，進行選址、方案規劃等方面全方位的研究評估，進而確保整個橋梁工程建設的科學性、可行性。這樣一來，不僅耗時較長，而且難以有效防范橋梁工程建設過程中出現的各種風險。然而，通過引進BIM 技術，搭建橋梁三維模型，實現橋梁的選址、施工方案以及橋梁的外觀面貌可視化。一方面，BIM 技術能夠實現對橋梁工程建設的各種參數數據信息的全方位展示，有利于第一時間發現在橋梁工程建設過程中存在的風險，并及時采取優化措施；另一方面，借助三維橋梁模型，能夠科學合理地統計分析施工現場所耗用的材料成本，有利于實現在橋梁工程建設過程中，各種施工材料的精細化管理。

4.2 BIM 技術在設計階段的應用

通常情況下，橋梁工程設計主要包括預可階段、工可階段、初步設計階段、技術設計階段、施工圖設計階段等五個階段。

4.2.1 預可階段

在橋梁設計的預可階段，建筑企業往往通過設計不同的橋型方案，編制橋梁的工程造價。通過BIM 技術，對建筑工程現場的周邊地形進行模擬創建。一方面，相關設計人員能夠根據不同的橋梁模型，設計橋梁工程設計方案，并進行科學合理的工程造價和效益估算；另一方面，通過3D 模型能夠實現對橋梁周邊環境保護，以及可持續發展方面的可視化，為設計者提供科學合理的參考建議，有利于設計者選出最優橋梁工程設計方案。

4.2.2 工可階段

在工可階段，通過BIM 技術創建三維模型。一方面，能夠使設計人員結合橋梁工程項目的建設要求，在模型中標記橋梁的建筑尺寸、材料參數等數據信息，有利于實現橋梁施工技術、成本等各方面的精細化管理和控制；另一方面，利用BIM 技術創建的三維模型，使設計人員能夠可視化、全方位、精細化地了解橋梁橋型設計方案，并且能夠結合多方面因素，實現對橋梁工程設計方案的可行性和經濟性的最優化選擇，如圖1 所示。

圖1 某過街天橋橋型方案之一

4.2.3 初步設計階段

將BIM 技術應用于橋梁的初步設計階段，一方面，能夠借助BIM 模型最大程度地提升設計圖紙的科學合理性，從而有效避免傳統方式下圖紙出現錯誤而導致的工程變更情況，致使建筑企業的施工成本增加；另一方面，設計人員通過BIM 技術結合施工工程項目建設要求，在創建的三維模型上編輯施工材料、施工設備參數等，有利于實現建筑材料與工程量的科學合理統計，進而提升各項材料的利用率。

4.2.4 技術設計階段

傳統方式下，在橋梁工程建設過程中，一旦工程設計方案發生變化，將會嚴重影響施工進度和施工質量。利用BIM 技術的協同化特點，不僅能夠在工程設計方案變更的同時，通過對橋梁結構進行深入精細化的細節處理，實時更新施工各部門設計方案，實現工程量的實時更新，能夠有效避免傳統方式下施工進度延誤的情況；而且采用BIM 技術，能夠極大地提升橋梁工程項目的設計效率和設計質量[3]。

4.2.5 施工圖設計階段

在橋梁施工圖設計階段，相對于傳統方式下設計人員費時費力的人工方式，利用BIM 技術的可視化、數字化特點，不僅能夠實現對橋梁結構強度的精細化計算，確保橋梁結構強度等參數滿足工程建設要求；而且能夠利用BIM 技術精準化計算橋梁配筋等相關參數，并且系統自動生成詳細的材料報表。除此之外，當施工圖中某一參數出現錯誤時，利用BIM 技術的協同化特點，能夠實現整個橋梁施工圖數據的實時更新，極大地提升了橋梁施工圖的設計效率和質量。

4.3 BIM 技術在施工階段的應用

為了進一步詳細了解BIM 技術在橋梁工程建設中的實際應用效果，以實際案例進行闡述。案例中的橋梁建設長度為974m，橋形是目前國內普遍采用的懸臂澆筑法施工單箱梁體最寬的矮塔斜拉橋，其中主橋長660m。施工項目預期工程造價約4.04 億元，計劃施工周期30 個月。

4.3.1 數字信息化施工

在該案例中，利用BIM 技術進行數字信息化施工，不僅能夠加強施工各部門之間的交流協作，促進提升各部門信息溝通的質量，而且有利于提升橋梁工程的建設效率和建設質量。不同于傳統方式，在橋梁工程施工階段構件生產過程中，受施工環境不確定因素的影響，導致施工構件質量大打折扣。通過BIM 技術實現橋梁工程的數字信息化，一方面橋梁的構件能夠跨越區域同時生產，有利于提升橋梁建設的實際效率[4]。與此同時，還可以通過預制構件的方式進行構件加工，有效確保構件質量的穩定性。另一方面，通過BIM 技術能夠實現橋梁工程施工信息化管理的同時，確保橋梁的施工進度和施工周期滿足工程建設的預期要求。

4.3.2 施工模擬

在橋梁工程建設過程中，通過BIM 技術的三維建模方式能夠模擬各個工序和施工環節，有利于最優化選擇科學合理的施工方案。首先，在利用BIM 技術虛擬模塊的過程中，應該模擬在橋梁工程建設過程中，每一項施工工作建立獨立的設計模塊。其次，通過設計各個環節的獨立的設計模塊，綜合分析和探討之后，建立起橋梁工程的完整施工模型，能夠確保實際的橋梁工程施工質量和施工進度。

4.3.3 管理物資

首先，工作人員要結合實際情況和BIM 技術，對施工材料進行科學合理的規劃。其次，工作人員可以利用BIM 技術，將實際施工中的各個項目通過編碼的形式儲存到相應的物資管理數據庫中。一方面，能夠自動化計算出工程建設所需的工程量；另一方面，在物資管理數據庫中，將購買的材料和實際工程量所需的材料進行分析比對，能夠實現對物資和設施的實時統計和管理，有效防范施工材料缺失的情況發生，確保橋梁工程的實際施工進度和施工質量。

4.3.4 數據管理

在橋梁工程建設過程中，針對施工工序繁雜、施工周期較長、施工環境復雜的特點，為了確保實際施工質量和施工進度，需要對各個環節的施工質量進行嚴格監督和管理。傳統方式下，質量監督控制環節往往需要用人工方式對大量的橋梁工程施工數據進行分析比對，不僅耗費大量的人工，而且質量監督和管理效果并不樂觀。利用BIM 技術的信息共享功能和協同作用，結合橋梁工程的數據信息，建立有效的數據信息處理平臺，不僅能夠促進各部門對橋梁信息數據的溝通交流，有利于實現各環節施工質量的監督管理，而且能夠實現實時監控，極大地提升了管理的效率和質量。

4.4 BIM 技術在運營階段的應用

眾所周知，我國橋梁眾多，情況復雜，橋梁工程項目的后期運營管理大多數依賴于人工方式進行數據采集和常規檢查和CBMS（China Bridge Management System，即中國公路橋梁管理系統）開展運營管理工作。但是，在我國橋梁工程項目建設規模和建設數量與日俱增的時代大背景下，依靠CBMS 和人工數據采集和常規檢查方式，已經難以滿足當前橋梁運營管理工作的實際要求。通過引入BIM 技術，利用BIM 的信息即時更新功能和協同功能，能夠有效彌補當前CBMS 存在的不足，促使BIM 技術和CBMS 系統協同工作。一方面，能夠有效促進提升我國橋梁檢測行業的數據收集和常規檢查工作效率和質量；另一方面，在橋梁的日常安全管理方面，也能夠發揮至關重要的作用[5]。

在橋梁的日常安全管理方面，利用BIM 技術的可視化特點，將橋梁工程建設的所有信息數據收集起來，形成3D 模擬動畫，不僅能夠實現橋梁后期運營管護階段的實時監控，而且通過3D 模擬動畫分析出潛在風險，并提出相應的優化方案。除此之外，在實際的橋梁工程建設過程中，當面臨不可抗力、交通事故等突發性事件時，利用BIM 可視化的特點創建3D 模擬動畫，及時提出科學可行的應急預案，有利于促進提升橋梁工程建設安全應急管理的實際質量和效果。不難看出，未來BIM 技術在橋梁運營維護方面無疑具有廣闊的發展空間。

5 結語

綜上所述，將BIM 技術應用于橋梁工程建設的前期階段和后期運營階段等全過程中，充分利用BIM 技術的可視化、數據信息共享、協同性等特點，不僅能夠實現橋梁工程建設全過程的全方位精細化管理，分析、研究、制定最優化的工程設計方案，而且能夠通過BIM 技術的可視化模型展示，結合工程項目建設要求的施工參數，實現精確化的工程造價預算，為項目決策層提供科學合理的參考依據。除此之外，通過利用BIM 技術的協同化特點，在橋梁工程建設過程中，出現施工方案變更時，實時調整施工進度和施工方案，有效避免傳統方式下工程項目變更導致的施工成本增加和施工進度延誤的情況，確保施工進度和施工質量。通過將BIM 技術應用于橋梁工程項目，有利于促進管理模式向高效、科學的方式轉變。