基于BIM技術的路橋工程全過程應用研究

王鑫炎

（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）

0 引言

路橋工程是推動城市發展的重要交通基礎設施。傳統的路橋工程在設計、施工和運維階段存在著溝通不暢、協調困難等問題，導致工程質量和施工效率無法得到有效提升。

隨著信息技術的不斷發展，BIM 技術被逐漸引入路橋工程，為解決傳統問題提供新的思路和方法。BIM 技術是一種基于三維模型的綜合型建筑項目管理方法，能夠實現項目全生命周期的信息集成和共享，提高工程的設計、施工和運維效率，降低施工成本，提升項目的可持續性。

1 BIM 技術在路橋工程設計階段的應用

1.1 三維設計與模型協調

BIM 技術應用于路橋工程設計階段最明顯的優勢是實現了三維設計和模型協調（見圖1）。傳統設計方法通常是基于二維平面圖紙進行設計，難以準確地表達設計意圖和協調不同專業之間的關系。而利用BIM 技術，設計團隊可以使用三維建模軟件創建真實的、可視化的模型，在模型中準確地呈現各個構件的尺寸、形狀和位置。這有助于設計師更好地理解和評估設計方案，發現和解決潛在的問題。通過模型協調，各專業的設計團隊可以將其設計模型進行集成，實時檢測和解決沖突。

圖1 橋梁施工三維模型

例如，結構設計團隊可以將其設計模型與道路設計團隊的模型進行對比，檢查是否有潛在的沖突，如管線與橋梁設計的交叉等。通過這種協調和沖突檢測，可以在設計階段盡早發現和解決問題，避免在施工階段造成額外的成本和延誤。

1.2 施工沖突的檢測和解決

BIM 技術在設計階段的另一個重要應用是施工沖突的檢測和解決。在傳統設計中，施工沖突常常出現在設計與實際施工之間，導致工期延誤和額外的成本。BIM 技術可以幫助設計團隊在設計階段檢測潛在的沖突并予以解決，從而避免這些問題。對于一座橋梁的設計，BIM 技術可以將橋梁構件的幾何形狀和尺寸與施工團隊的施工設備進行模型匹配[1]。設計團隊可以使用BIM 軟件模擬施工過程，檢查施工設備是否可以順利完成施工任務，是否會發生碰撞或其他沖突。如果有潛在的沖突，BIM 技術可以幫助設計團隊及時予以調整和解決，確保施工順利進行。

1.3 設計變更管理

在傳統設計中，設計變更是常見的，但是往往會導致額外的成本和工期延誤。BIM 技術提供一種更為高效的設計變更管理方法。通過BIM 模型的建立和更新，設計團隊可以更加容易地進行設計變更的管理和評估。例如，當設計需求發生變化，需要對橋梁的高度進行調整。在傳統設計中，這可能需要重新繪制和修改大量的圖紙，非常耗時費力。使用BIM 技術，設計團隊只需修改模型中的參數，即可自動生成相關的圖紙和計算結果。這樣，設計變更可以更快速地實現，既減少設計團隊的工作量，又提高了設計的準確性。

2 BIM 技術在路橋工程施工階段的應用

2.1 施工進度管理

BIM 技術應用于路橋工程施工階段可以顯著改善施工進度管理。傳統施工進度管理通常基于二維計劃表和進度圖，無法準確地反映施工過程中的空間關系和工序安排。然而，利用BIM 技術，施工團隊可以建立三維施工模型并將其與進度計劃進行關聯，實現空間與時間的統一管理。具體而言，對于一座橋梁的施工，BIM 模型可以包含具體構件的各個施工階段，并與施工進度進行關聯。這樣，施工團隊可以通過BIM 模型直觀地了解不同施工階段所需的時間和資源，并評估整體施工進度是否符合計劃。同時，BIM模型還可以實時更新施工進度信息，提供準確的進度報告，幫助項目管理團隊及時發現并解決延誤問題。

2.2 資源管理與優化

BIM 技術在施工階段還可以用于有效的資源管理和優化。傳統施工項目中，人力、材料、機械設備等資源的管理常常存在困難和浪費。而BIM 技術能夠為施工團隊提供更好的資源管理工具，實現資源的合理配置和利用。

例如，在橋梁施工過程中，BIM 模型可以包含各個構件的信息，如材料類型、數量和規格要求。基于這些信息，BIM 可以幫助施工團隊進行材料和設備的準確量化，預測并計劃所需的資源供應。這種資源管理的優勢在于確保項目能夠按時提供所需的材料和設備，避免不必要的停工和延誤[2]。通過BIM 模型的可視化和模擬功能，施工團隊可以評估不同資源配置方案的效果，找到最佳的施工方法和工序安排。例如，通過模擬施工過程，施工團隊可以發現并解決施工沖突、優化施工序列，從而減少不必要的重復工作，提高施工效率。

2.3 施工模擬與可視化

在路橋工程施工階段，施工模擬和可視化是BIM技術的重要應用之一。利用模擬和可視化工具，施工團隊可以更好地理解和規劃施工過程，優化施工序列，減少沖突和風險，并最終提高施工的效率和質量。施工模擬是利用BIM 模型和相關軟件來模擬施工過程的執行順序、交互關系和資源利用情況。通過施工模擬，施工團隊可以預測和評估施工活動的順序、時長和資源需求，從而更好地規劃和組織施工工作。具體而言，施工模擬可以幫助施工團隊發現和解決施工沖突。在BIM 模型中，各種施工活動的空間和時間關系得到了準確的表達。團隊可以通過模擬施工過程，檢查是否存在構件之間的沖突，如管線穿越結構的問題、狹窄空間下機械設備的通行等。通過發現沖突并進行調整，可以避免現場施工時的糾紛和延誤，從而提高施工效率。與施工模擬相伴的是施工可視化技術。通過將BIM 模型與可視化技術相結合，可以將施工過程以圖形化的方式呈現給相關利益相關方，使他們更容易理解和參與施工計劃。

例如，在橋梁施工中，施工團隊可以使用可視化技術展示各個施工階段的進展情況，并說明各個施工工序的執行方式和相關要點。這樣，不僅可以幫助利益相關方更好地了解整個施工過程，還可以提前發現和解決潛在的問題。另外，施工可視化也可以用于培訓和溝通。通過將BIM 模型轉化為可視化場景，施工團隊可以為工人提供訓練和指導，使他們更好地理解和掌握施工方法。同時，在與業主、設計師和監理等利益相關方的溝通中，施工可視化也能起到直觀展示和解釋施工計劃的作用，減少誤解和糾紛的發生。

2.4 質量控制與安全管理

在路橋工程中，質量控制和安全管理是至關重要的。BIM 技術在質量控制和安全管理中的應用可以幫助提高工程的質量，并確保施工過程的安全性。首先，BIM 技術可以用于建立一個包含工程質量標準和規范的模型。通過將標準和規范納入BIM 模型，可以方便管理人員和施工人員在施工過程中參考和遵循相應的要求。這種標準化的模型可以減少質量問題和錯誤的發生，從而提高整個工程的質量水平。例如，在某橋梁項目中，施工人員需要安裝鋼筋。通過使用BIM 模型，可以在模型中標識出鋼筋的尺寸、間距要求以及安裝位置等信息。施工人員可以根據模型中的指示進行準確定位和安裝，確保鋼筋的安裝質量符合設計要求。BIM 技術可以用于監測和識別施工過程中的質量問題，通過將實際施工數據與BIM 模型進行比對，可以發現施工過程中與設計模型不符的地方，并及時予以糾正。這種實時監測和識別能力可以幫助管理人員和施工人員快速發現和解決質量問題，避免問題進一步擴大。例如，施工過程中可能出現墻體垂直度不符合要求的情況，利用BIM 模型，管理人員可以在模型中顯示設計要求的垂直度標準，然后在實際施工中使用測量工具進行測量并與模型進行比對。如果發現墻體垂直度超出允許的范圍，可以采取相應的措施進行調整，從而確保施工質量滿足要求。

2.5 協同施工與作業協調

在路橋工程中，協同施工和作業協調是關鍵的任務之一。BIM 技術在協同施工和作業協調中的應用可以幫助不同工種和團隊之間實現信息共享和有效溝通，以提高施工效率和減少協調問題。

一方面，BIM 技術可以提供一個共享的平臺，用于團隊之間的信息共享和協作。通過在BIM 模型中集成各種信息，如設計數據、施工進度、材料供應等，不同團隊可以隨時查看和更新這些信息，以保證大家對整個項目的統一理解。例如，在某橋梁項目中，設計師、施工人員和供應商可以共同使用BIM 模型。設計師可以在模型中標注出設計意圖和需求，施工人員可以在模型中提供施工方法和要求，供應商可以在模型中更新材料供應信息。這樣，不同團隊之間可以通過模型進行快速的信息交流和共享，避免信息傳遞不暢或產生誤解。

另一方面，BIM 技術可以用于施工過程的協調和施工沖突的檢測。通過將不同工種的施工模型整合到一個統一的BIM 模型中，可以檢測出模型之間的沖突和不一致之處。這樣，在實際施工之前，就可以通過BIM 系統進行協調和調整，以減少施工過程中的沖突和問題[3]。

例如，在某橋梁項目中，梁段的安裝需要涉及鋼筋和預制混凝土結構。通過將鋼筋和預制混凝土的模型整合到BIM 模型中，并進行碰撞檢測，可以發現鋼筋與構件是否存在沖突。如果發現沖突，可以及時調整鋼筋的布置或修改構件的尺寸，以保證施工順利進行。BIM 技術還可以用于施工進度的協調和優化，通過將施工進度信息與BIM 模型進行集成，可以在模型中可視化展示不同工種和任務的工期安排。這樣，管理人員可以更好地進行施工計劃的協調和調整，以確保整個項目的進度和交付時間。總之，BIM 技術在協同施工和作業協調方面的應用可以提高施工效率和減少協調問題，通過信息共享和溝通、沖突檢測和施工進度協調，不同團隊可以更好地協同工作，減少誤解和沖突，提高施工的整體效率和質量。

3 BIM 技術在路橋工程運維階段的應用

3.1 設備管理與維護

在路橋工程運維階段，BIM 技術可以應用于設備管理與維護。利用BIM 技術，可以建立起精確的設備模型，包括設備的幾何信息、材質屬性、功能特性等。這些模型可以與實際設備進行對比，識別出設備的位置、狀態以及維護需求，從而幫助管理人員有效地規劃和執行維護工作。假設一座大橋上有多個監測傳感器用于收集橋梁結構的數據。利用BIM 模型，可以將這些傳感器的位置和數據與橋梁模型進行關聯。當傳感器監測到異常數據時，BIM 系統可以自動識別并在模型中標記出故障點，同時生成維護任務。維護人員可以利用BIM 模型查看故障點的具體位置和細節，并且可以獲得相關數據和維護指導，以便迅速響應和修復。

此外，BIM 技術還可以用于設備維護計劃的制訂和管理。通過將設備的保養周期、維修歷史和維護要求等信息整合到BIM 系統中，可以實現對設備維護工作的全面監控和管理。

3.2 數據管理與維護

在路橋工程的運維階段，BIM 技術還可以用于數據管理與維護，即對施工過程進行記錄和反饋。在實際施工中，利用BIM 技術可以實時記錄施工過程中的關鍵數據和信息，并將其與設計模型進行對比和分析，以確保施工的質量和安全。BIM 技術可以用于記錄施工過程中的施工時間、材料使用情況、施工人員等關鍵信息，施工人員可以利用移動設備將這些信息輸入BIM 系統，并與BIM 模型關聯起來，便于將施工數據與設計模型進行比對，如果出現偏差或錯誤，可以及時糾正和調整。BIM 技術還可以用于施工問題的標記和反饋。

例如，當施工人員在實際施工過程中發現設計模型存在問題或不合理之處時，可以進行標記并將問題反饋給設計師和管理團隊，這些反饋的問題可以通過BIM 系統進行收集和跟蹤，以確保問題得到及時解決和處理。

4 結語

本文通過對BIM 技術的路橋工程全過程應用進行研究，發現BIM 技術在設計、施工和運維階段都能夠發揮其強大的優勢。在設計階段，通過三維設計和模型協調，可以減少設計錯誤和沖突，提高設計質量；在施工階段，通過施工進度管理和資源管理，可以提高施工效率和減少成本；在運維階段，通過設備管理和數據管理，可以延長工程壽命和提高運維效率。因此，BIM 技術應用于路橋工程是具有重要意義的。未來，可以深入研究BIM 技術在路橋工程中的應用推廣和標準化問題，促進BIM 技術在實際工程中的應用水平進一步提升。