BIM技术在桥梁工程中的运用及展望

(重庆交通大学 重庆 400074)

由于计算机技术在本世纪的飞速发展，BIM技术也同时孕育而生。BIM技术的核心问题是通过建立虚拟的建筑工程3D模型，利用相关数字化技术，为设计模型提供详细的、符合实际情况的信息库。设计人员和施工人员等相关负责人员可以借助这个有各种工程信息的三维模型，大大地提高了集成化程度也加快了一些效率。BIM技术的价值有很多方面是领先目前一些工程软件和设计软件的。比如：参数化和信息化、多元化集成、施工阶段模拟展示、全周期设计等。桥梁工程相关技术虽然已经发展了很多年了，但是因为有些问题一直存在，大大降低了工程进度和加大了成本，甚至带来了很多安全问题。BIM技术和桥梁工程的结合会解决一些现存问题并会进一步完善和发展桥梁工程和自身。

一、BIM技术在设计阶段的应用

目前桥梁工程设计阶段是复杂而又分工明确的，但是设计分工太多通常又会造成设计统一难的问题。模型和图纸的离散化问题是目前桥梁工程设计阶段存在的一个明显问题。

(一)参数化建模

在中国目前修建的公路桥梁中很多桥梁都有一定的相似性，比如简支梁，在跨径确定后的配筋等构造都是可以确定的了而且技术还相当成熟，同时对于桥墩等桥梁的下部结构都具有一定的相似性，在桥梁设计过程中这些工作繁琐而又枯燥！

BIM技术可以实现参数化设计的目的，这项功能可以很好的解决目前桥梁工程设计中问题。它可以实现一些桥梁和一些隧道结构的参数化，以及桥梁附属构件的参数化。通过建立3维的桥梁的上部结构和下部结构的标准化的综合信息库，如：墩台、梁截面、承台基础、桩基等；再根据已有的设计资料，进行自动化的设计出图工作和批量化的实现桥梁的设计建模全过程。

(二)可视化与协同设计

桥梁的设计需要对地形信息经行采集整理，这样工程量极大，而在投标阶段通过卫星和无人机等现代化工具可以对场地经行快速建模，对桥梁设计方案的选择和调整以及优化。而传统的这个阶段投标方大多数给出的是相关渲染模型，而BIM技术可以利用VR技术实现对于设计桥梁结构经行身临其境的体验，而这种体验方式正是在传统设计和投标中难以实现的，这对于各方认识和深入了解结果有着巨大的直观作用！

在目前的桥梁设计过程中，各方都有着详细的分工，但是没有体现设计的整体性。通常难以协调各方工作，这就会造成一些设计问题的出现，协调性的问题目前相当突出。

BIM技术中的协同设计可以系统的管理整个设计流程，并可以与设计其他部门的信息管理系统实现高度集成，从而形成高度统一的设计企业信息化系统。通过协同设计系统设计，这样比起传统的设计模式将会大大的提高设计信息流转效率，决策效率也极大提高

二、BIM技术在施工阶段的应用

目前桥梁施工阶段是基于图纸的二维问题，可能会出现相关的图纸问题以及图纸问题带来的碰撞问题，而且施工阶段都是根据图纸进行的，有些施工问题只有在施工过程才会出现，这个时候可能会引发安全问题。施工监控过程如果有一种可视化和过程化模型就会让施工过程更合理更安全可控。BIM技术在这个阶段就会大展身手，让施工过程实现预定目标。同时，施工过程的合理管理问题也是一个一直让人头疼的问题。同样，BIM技术也可以实现施工过程的系统综合管理，让管理更加高效和经济。

(一)施工方案可视化

由于在桥梁施工中使用的BIM模型是各个专业的集成模型。因此设计人员可以在模型组装在一起后，进行不同专业模型之间的碰撞检查。这样设计人员就可以及时发现之前设计中需要解决的问题。与此同时，施工人员可以通过上述集成的模型从而了解整个设计概况，进而考虑施工的可行性和及时配合相关人员进行施工方案的及时调整和修改，达到降低施工难度和预算的目的。

BIM技术所使用的三维设计模型可以很方便地与施工方案和材料成本进行集成，进而形成施工信息模型。这种模型可以全周期的动态模拟施工阶段的各个过程。施工人员可以通过这个模型方便和直观地检查施工方案的可行性和正确性或者对不同的施工方案进行反复比较，最终优化选择全方位最佳的施工方案。选择的方案可以控制施工风险在可控范围，同时考虑施工成本要素，达到降低施工成本的目的实现经济最优。此外，构建的模型也是参与者们之间沟通的重要方式。通过模型演变各个施工的过程，便于参与者理解每个阶段自己需要完成的工作。

在桥梁工程的施工阶段，BIM模型是不断扩张和实时更新的。施工完成后，完成的设计也可保存在BIM模型中，形成完整的竣工模型。通过竣工模型，业主方便可以为后续的运行维护工作进行准备工作等。

(二)施工阶段协同管理

桥梁施工项目的规模是比较大的，它涉及设计方，监理方，施工方等一系列的相关工程单。这便让信息沟通十分复杂，与此同时伴随这个过程生成的文件和相关数据也是很庞大的，如:设计图纸，材料规格，相关报告等，它们包含了大量信息。如何有效地进行沟通同时要确保无误和版本一致问题，这是必须要解决的问题。

BIM技术通过一个基于统一的高度集成的模型可以使管理桥梁施工过程的各个参与方和使他们协同工作，而目前在这方面存在一些困难，因为参与施工过程的人员实在是太多了，而且流动性大，考虑的因素又要扩大。虽然现目前，系统管理问题还不太成熟，但是在未来在这方面的优化和发展有着广大的前景和空间!因为单纯以成本作为计量，一个合理有序的管理计划会减少成本，而这正是业主方最希望看见的情况了》

三、BIM技术在运维阶段的应用

通常桥梁工程竣工后，施工方和设计方会交付为甲方一些图纸和设计资料，这些东西需要具备相关专业知识的技术人员才能看懂。同时，图纸量大，不直观的问题也突出，这就会给运营带来一定困难。同时在运营维护阶段需要考虑一些安全问题和成本问题，这些都是图纸不能够提供的。而在整个运营和维护阶段中BIM技术可以在下列方面中得到运用：竣工模型交付和维护计划、资产管理和防灾计划与灾害应急模拟等

(一)维护计划和竣工模型

竣工模型的交付和维护计划:完成施工后，BIM模型将进行一系列的测试和具体调整并提交给甲方。运营维护管理团队不仅可以获得设计图纸和竣工资料，而且还能够得到反映施工修改和设计修改后累计到实际情况的最后竣工的BIM模型中。竣工BIM模型包含了诸如设计修改记录、全阶段施工过程记录、材料记录等信息。BIM技术它可以有效地合理地整合建筑空间数字化信息、全周期信息和其他相关信息。结合运维管理系统，充分发挥空间定位和数据记录的优势，合理制定运维管理方案，最大限度地减少运维过程和有效的预防紧急情况的出现。

(二)资产管理和防灾模拟

BIM技术可以纪录维护工作的历史记录以及可以跟踪设备和检查设备的工作状态，从而预先判断某些重要设备的适用状态。同时，并根据已有的维护记录去自动指示需要维护的设备和设施。实现对过程管理的全过程记录，包括：记录设备从维修到竣工验收等过程。此外，最近一段时间内物联网发展逐渐成熟，5G网络也即将普及，如果BIM技术中的资产管理系统可以与5G等现阶段的高科技通信工具相结合的话，比如智能预警系统，维护系统等，来实现所有系统之间的实时定位，互连，通信和信息共享的目的。

BIM模型是交互式的，它可以改变格式在一些灾害模拟软件上进行分析，比如：分析病害形成原因，制定相关的防灾措施和灾害应急预案等。灾难发生后，将为救援人员提供直观的BIM模型，以便他们能够快速找到正确的救援路线并提高救援效果。

四、结语

在未来很长一段时间内，BIM技术将会有更加开放的发展机遇和更加无限的发挥空间。我强烈地相信在未来BIM技术在桥梁工程各个阶段的运用也会更加丰富和多层次。在桥梁工程设计阶段，BIM技术会提供更多的设计参数化数据库，让设计更加快捷；在桥梁工程的施工阶段中，BIM技术会更细致和全面的展示施工阶段的各个过程和控制因素以及系统高效的管理和运营，使桥梁工程的各个施工阶段更加安全和经济最优以及有序；在桥梁运营维护阶段，BIM技术可以让运维成本更低和运维过程更加高效，让运维阶段更经济和规范。综上所述，BIM技术和桥梁工程将会更加紧密结合，相辅相成，互相促进发展！我还建议全国各个高校都应该与时俱进，开设与BIM技术相关的课程，培养未来建设的时代人才！