BIM技术在上黄墩大桥全生命周期管理中的应用

王金华，陈松良，朱中全，陈胜杰

（1.武夷学院 土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300；2.南平武夷新区绕城高速公路有限责任公司，福建 武夷山 354300）

据交通运输部发布的《2019年交通运输行业发展统计公报》中数据显示，截止2019年末，全国公路桥梁有8.783×105座，6.063×107m，比上年增加2.68×104座、4.949×106m，其中特大桥梁5 716座、1.033×107m，大桥108 344座、2.924×107 m[1]。从上述数据来看，近年来我国的桥梁建设速度和规模不断刷新纪录。每座桥梁因其建设场地条件、施工条件、建设工期等各不相同，使得每一座桥梁的建设具有独特性、同时桥梁施工过程中具有很多的不确定性，使得桥梁工程建设施工质量难以控制、安全事故频发等现象。

BIM技术始于美国，随后在欧洲、亚洲等国家逐渐发展起来，因BIM技术具有可视化、可模拟性、协调性、可优化性等优点，使其在建筑业中得到广泛的发展，而BIM在桥梁工程中运用起步较晚，目前还缺少针对桥梁工程的核心建模软件、针对BIM技术在桥梁工程全生命周期的研究还相对较少。交通运输部于2018年3月发布了《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》，引导高校、科研机构和软件开发商积极参与，吸引了越来越多的学者和专业人士投身到BIM技术研究行列当中。很多学者和工程技术人员对BIM技术在桥梁工程中的运用展开了研究，并取得了一定的成果，诸如姜科平[2]、王学峰等[3]、张海华等[4]、刘彦明等[5]、张为和[6]、董莉莉等[7]、Shin等[8]、Wang S等[9]等学者和工程技术人员。总体来说，国内针对BIM技术在桥梁工程中的研究尚处于初级阶段。BIM技术因具有可视化、可模拟性等优点，在今后的桥梁建设中将发挥着重要作用。本文以上黄墩大桥工程建设为工程背景，在南平地区公路建设领域第一次开展BIM技术在桥梁建设全生命周期中的应用研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要现实意义。

1 项目概况

新建上黄墩大桥桥梁中心桩号为K8+483.25，上部结构采用（4×30 m+4×30 m）PC连续T梁；下部构造采用柱式墩配桩基础，肋式台配桩基础，桥长为243.5 m。本桥处于直线段上。桥孔T梁直梁预制，通过调整内外翼缘宽度或防撞栏位置变化来调整路线线型，墩台沿径向布设。桥台处设D-80伸缩缝，桥墩处设D-160伸缩缝，设置L=8 m搭板。

2 BIM技术在上黄墩大桥全生命周期中的运用

2.1 BIM技术在上黄墩大桥施工图深化设计中的运用

传统的桥梁设计图都是二维CAD图纸，二维图纸因其可视性比较差，无法直观的反映出建成以后的真实情况，对于非专业的技术人员来说，无法及时发现设计中存在的问题，各专业之间的协调性比较差。基于此考虑，在本项目施工之前，采用Revit软件建立上黄墩大桥三维BIM模型，包括桥梁细部构件三维模型，具体有桩基、系梁、墩柱、盖梁、T梁、桥面铺装、防撞护栏等三维模型，建立每个构件的钢筋、预埋件等细部构件模型，对二维施工图进行深化设计，采用Navisworks软件对复杂构件之间、预埋件等部件是否存在碰撞问题进行检查，经检查该图纸中存在部分预埋件位置与主体结构钢筋位置存在冲突问题，在施工图深化设计阶段及时发现，避免施工时应预埋件安装不上而返工，从而节约工程造价、保证施工进度。部分构件钢筋三维模型图如图1、图2所示。

图1 墩柱、盖梁、支座、挡块连接细部构造三维模型图Fig.1 Three-dimensional model diagram of connection details of pier column,capping beam,support and stop block

图2 梁片整体三维模型图Fig.2 Overall three-dimensional model diagram of beam piece

2.2 BIM技术在上黄墩大桥施工阶段中的运用

2.2.1 三维技术交底

基于深化施工图设计阶段建立的桥梁三维模型，将每个细部构件的三维钢筋模型用彩色打印机打印出来并张贴在施工现场，技术人员利用三维彩色模型对现场施工人员进行技术交底，三维彩色模型因具有很强的可视性，方便现场操作人员掌握，这对于像T梁等复杂构件来说，尤为重要。另外在施工前，基于BIM技术对施工过程中的重难点施工工艺进行模拟，将模拟视频发送到每个参与人员中，实现三维可视化技术交底，提高技术交底效率，减少因施工人员未能充分理解技术交底的内容而导致的返工等。部分重难点施工动画截取如图3、图4所示。

图3 梁片吊装施工动画Fig.3 Animation of beam lifting construction

图4 现浇带施工动画Fig.4 Construction animation of cast-in-place belt

2.2.2 施工进度管理

传统的施工进度管理主要是采用甘特图来表示，无法形象的反映出现场的实际情况。而将Revit建立的三维模型导入到EBIM平台中，将桥梁模型与施工进度计划、实际施工时间结合起来，形成上黄墩大桥的4D模型，不仅能展现出传统的形象进度管理，而且可以形象的反映现场的形象进度，更直观、精确地反映出整个桥梁在不同时间段的施工形象进度。在进度管理中，基于EBIM平台，通过“进度计划”项目中的任务管理添加任务，包括输入任务名称、实施工期、计划开始和结束时间、关联相关模型等。点击进度模拟，输入想要查看的日期，就可以看到当天项目施工的进度。手机端也可以接收当天的进度计划。方便管理者随时查看整个项目的进度安排及某个时间点的项目实际进展情况。施工进度管理如图5所示。

图5 施工进度管理Fig.5 Construction progress management

2.2.3 质量安全信息管理

桥梁工程作为公路建设中的一种重要性构筑物，在施工过程中，要按公路建设的基本程序进行报检，填写质量检验批报送监理审核，这将产生大量的纸质资料，纸质资料不利于保管和查阅，将这些纸质资料扫描成PDF并上传到EBIM平台中进行分类管理。同时在施工过程中，各参建人员可以利用手机拍照功能记录现场的质量安全情况，上传到EBIM平台中，并与模型进行关联，记录现场是实际情况，以便今后进行质量溯源。这对于资料查找及查阅来说是非常方便的，并可以将质检资料与相应的模型构件关联起来，建立一套可溯源的质量管理体系。质量安全资料管理如图6所示。

图6 质量安全信息管理Fig.6 Quality and safety information management

2.2.4 物资设备等管理

在本项目施工过程中需要用到大量的机械设备和原材料等。因项目工期短、任务重，物资设备若跟不上将影响整个项目的工期，在项目施工过程中根据上黄墩大桥BIM模型施工进度计划，合理安排每个阶段所需材料和机械设备的进场计划，并做好预警，材料进场后施工单位可将材料相关信息上传到EBIM平台中，报给监理单位进行审批。在材料设备使用阶段，根据材料的使用情况，动态的与模型构件相关联。做到物资设备使用情况可查。

2.2.5 协同管理

在项目施工过程中，项目各参加人员通过EBIM平台进行交流，提高了办事效率。基于EBIM平台对项目进行管理，可以将项目施工过程中存在的问题反映到模型上，同时项目各参与方通过EBIM平台进行交流，都会留下相应的痕迹，有助于事后的责任追究与倒查。

2.3 BIM技术在上黄墩大桥运维阶段中的运用

桥梁工程是交通路网中的重要构筑物之一，桥梁结构安全与否关系到过往车辆的行车安全。桥梁在使用过程中，受各种不利荷载作用，结构将产生劳损等破坏，如何保证桥梁安全是桥梁运营阶段管理人员需要考虑的首要问题。

项目建成后，虽然施工单位需要将所有的施工图、竣工图、质检资料等资料整理归档到建设单位或档案馆中，但这些资料大部分都是纸质材料，在保管过程中很容易丢失，而且这些信息很难和模型关联起来。在本项目中，基于施工阶段建立的BIM三维模型，将所有与本项目有关的资料上传到EBIM平台中，并与模型构件相关联，做到施工信息永久保存，作为本项目竣工BIM模型。在项目运维阶段，可以随时调取施工阶段的相关信息，并将日常养护信息等上传到BIM模型中，形成运维阶段BIM模型，为本项目的大、中修提供决策。

3 结语

以上黄墩大桥为工程背景，采用Revit软件建立了桥梁细部构件模型，包括桩基、系梁、墩柱、盖梁、支座垫石、挡块、T梁、横隔板、后浇带、护栏等细部结构，对这些构件进行拼装，拼装后倒入，Navisworks软件里碰撞检查,对于检查中存在的问题及时与设计单位沟通协调解决，从而节约工程造价与缩短工期。在项目施工过程中，制作复杂工艺施工动画，在施工现场张贴三维模型图等方式对现场操作人员进行三维技术交底，一线操作人员达到零失误。基于EBIM平台，对项目的施工进度计划进行管理，对物资设备进行跟踪管理，对项目的质量、安全等进行管理，建立了一套可溯源的质量管理体系，为项目的运维阶段提供了基础数据，达到了信息化管理的目的。BIM技术在本项目的顺利实施，提高了管理效率、节约了工程造价与缩短工期，对于推进BIM技术在桥梁工程中的运用具有一定的意义。