BIM技术在桥梁工程中的应用

张亚

摘要：BIM技术的出现解决了桥梁工程信息化、精细化的设计与施工要求。文章分析了BIM技术的优势，探讨了BIM技术在桥梁工程中设计优化、碰撞检测、施工模拟、三维技术交底等方面的应用，为后续桥梁设计与施工提供参考。

Abstract： The emergence of BIM technology has solved the informatization and detailed design and construction requirements of bridge engineering. The paper analyzes the advantages of BIM technology， and discusses the application of BIM technology in bridge design optimization， collision detection， construction simulation， three-dimensional technical analysis， etc.， which provides references for subsequent bridge design and construction.

關键词：BIM技术;桥梁设计;桥梁施工

0  引言

桥梁工程在交通工程中占有非常重要的地位，其规模大、施工环境复杂、易受外界环境的影响和干扰，这对桥梁的设计和施工提出了更高的要求。随着现代信息技术的发展，一系列先进的科学技术被逐渐应用到桥梁工程中，特别是BIM技术的发展与应用，使得桥梁工程的设计周期大幅度减少，设计人员工作强度降低，同时从二维平面向三维立体模型转变，形成4D模型，能够分析与指导桥梁的施工过程，同时进行施工模拟、施工方案优化，施工进度计划调整[1]，以及提高桥梁运营阶段的安全性，延长桥梁的使用寿命，突显出BIM技术在桥梁工程领域带来的巨大经济效益与社会效益[2]。基于此，文章从桥梁设计、施工流程出发，探讨BIM技术在桥梁工程中的具体应用。

1  BIM技术及优势

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一个以三维数字技术为基础，集成了工程项目各种相关信息的工程数据模型，建立设计单位与施工单位之间的联系，提高设计质量，提升施工质量和效率[3]。

BIM技术最早应用于建筑工程行业，随着桥梁建设信息化、精细化的要求，BIM技术也逐渐被应用于桥梁的设计与施工。其主要技术优势有：①可视化：BIM可以将桥梁的二维平面图纸转化为三维立体模型，使得项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的三维立体模型下进行。②协调性：BIM技术在桥梁设计、施工过程中可以协调设计单位与施工单位、桥梁施工过程中的各种关系。③模拟性：通过4D、5D模拟，可以展现桥梁的实际施工过程、造价控制等，从而来制定合理的方案指导施工。④优化性：通过BIM提供的桥梁结构间的几何信息、物理信息等对桥梁整体的施工方案及各个细节的施工流程进行改进和优化。⑤一体性：BIM技术是一个包含桥梁所有参数信息的三维模型数据库，可以展现桥梁设计到建成使用的全过程信息。

2  BIM技术在桥梁设计阶段的应用

2.1 设计阶段前期

桥梁工程需多方参与才能顺利完成，在桥梁的设计阶段前期需要根据业主要求进行桥梁的设计，业主需要选择设计单位的设计方案并反馈修改意见等等，在传统情况下，这种模式是在平面图纸上进行，使得设计单位和业主的思想难以统一。BIM技术的出现解决了这种问题，BIM通过参数化的建模工具对桥梁进行三维建模，得到桥梁的初步设计模型，这种方式把传统的二维平面的沟通通过立体三维模型进行动态演示，把桥梁的整体情况展示给业主，一方面业主可以根据模型提出指导性意见，方便设计方案的修改，根据修改意见在三维模型上实时修改、实时展示，同时也可以在三维模型上添加各项成本信息，根据修改随时了解成本变化情况，以便业主便捷的确定最优方案;另一方面把三维模型与谷歌地图叠加实现三维漫游，以确定设计方案与实际的地形是否存在冲突。

2.2 设计阶段后期

设计阶段后期要根据设计方案建立详细的桥梁模型，把桥梁的各个细节通过三维建模展示出来，这时可以对桥梁模型的各个细节进行校核，如碰撞检测、纠错等，桥梁结构复杂，对各项指标要求相对较高，通过碰撞检测可以发现预埋钢筋与预应力钢筋间的位置以及其他结构部件间的位置冲突等问题，图1就是通过钢筋的建模检测预应力钢筋与预埋钢筋位置冲突[4]。设计人员可以根据实际情况进行调整，避免后续施工时再进行设计变更，影响施工效率;另外还可以检查设计中是否出错，通过建模进行桥梁各个结构部件的三维展示，可以发现二维图纸设计中存在的问题，根据问题及时进行修改，以完善设计，通过检测提升了设计图纸的整体质量。

3  BIM技术在桥梁施工阶段的应用

3.1 施工场地规划

桥梁施工现场复杂，对施工场地要求高，在施工前期，根据设计建立标准化的桥梁模型数据库，把数据库中桥梁模型和谷歌地图三维叠加形成施工现场三维漫游，在三维场景的指导下，可以在室内进行施工便道规划以及施工机械位置、拌合站、材料堆放区域选址等，经过内业规划结合现场实际踏勘确定施工最优方案，以进行文明施工，经过合理的规划，一方面减少外业工作量，一方面提升施工场地规划设计的效率、提高项目施工的经济效益[5]。

3.2 施工模拟

运用BIM技术结合时间属性来进行桥梁施工的4D动态模拟，可以模拟桥梁施工的全过程，从桩基础、承台、墩柱、盖梁到梁体架设都可以通过BIM的三维可视化模拟出来，通过模拟施工流程可以发现施工过程中存在的问题，确定施工方案是否可行，效果如何，在哪些施工流程中可以节约材料、节约能源、节约人力等，另外还可以根据模拟施工流程对现场材料进行调配，确定现场材料、施工设备进场的顺序及数量，根据现场的施工进度对施工材料、施工设备进行统一部署，提高桥梁施工过程中的工作效率。

3.3 工程量统计

BIM技术在进行桥梁工程三维建模过程中，桥梁的每一个构件都是被称为软件的“族”文件，如墩柱、系梁、承台、桩基础等，“族”文件是独立文件形式存在的，并且每一个“族”文件都有相应的编码，通过调取“族”文件进行建模，得到桥梁的整体模型。那么桥梁工程量的统计可以通过“族”文件对象的编码进行，通过软件的统计功能可以实现单独一个构件、一类构件或者整个桥梁工程量的统计，图2为桥梁下部结构工程量统计。这种方式摒弃了传统二维图纸上需要手工计算，提升了计算准确度、计算效率。

3.4 三维技术交底

桥梁工程施工中，结构种类繁多，以往的技术交底是基于二维平面的纸质技术交底，受维度的限制，无法将施工信息在纸质技术交底上完全标注出来，不能充分展示设计者的意图。BIM技术是根据桥梁的真实结构、实际坐标位置、高程位置进行三维建模的，可以展现桥梁的各项参数、样式、位置信息，通过BIM管理平台与现场技术人员、施工人员的手机客户端对接，将BIM模型实时发给现场技术人员、施工人员（图3承台模型的坐标和高程信息），实现三维可视化交底，这样提升现场施工的准确性，减少纸质交底的信息缺失。

3.5 施工进度、质量控制与管理

桥梁施工过程复杂、统筹难度大，对施工进度的有效管理存在一定难度。运用BIM技术的桥梁三维可视化模型对施工流进程进行模拟，有利于施工单位对整体进度的有效把控，把握施工过程中的各个细节，对施工进程进行动态调整，针对施工过程中存在的问题及时有效的制定合理的应急方案，使得施工进程管控从被动到主动转变，确保施工过程能够按照既定目标顺利开展。

施工质量对桥梁的安全施工、安全运营有着非常重大的意义，在施工质量的管控方面，根据BIM模型模拟施工进程中各个具体的操作细节，结合现场实际情况不断对施工方案进行优化，实现对桥梁施工进程中各个细节的管控，保证桥梁施工进程中的总体质量。

4  结论

BIM把传统的二维平面图纸转化为三维立体模型，并应用到桥梁工程的设计和施工过程，为桥梁工程的设计、施工提供了技术保障，不仅节省施工成本，而且提升施工效率、质量，满足了桥梁工程建设信息化管理、精细化施工的需要。由于BIM技术还是一项新技术，在实际的使用过程中还存在一些问题：①部分设计、施工单位对BIM技术使用还仅仅存在于工程展示，没有对BIM的模拟与分析功能进行深层次的应用;②专门用于桥梁建模的BIM软件较少，这样软件中族库中专门用于桥梁的族文件较少，导致建模过程中很多“族文件”需要单独创建，增加建模工作量。

参考文献：

[1]刘德富，彭兴鹏，刘绍军，等.BIM5D在工程项目管理中的应用[J].施工技術，2017，46（增刊2）：720-723.

[2]马也犁.BIM技术在非对称外倾拱桥施工中的应用研究[D].成都：西南交通大学，2016.

[3]刘旭强.BIM技术在桥梁施工中的应用探析[J].智能施工，2019（10）：165-166.

[4]李勇，汪俊.桥梁工程设计中BIM技术的具体应用[J].公路交通科技（应用技术版），2019（07）：87-189.

[5]夏有为.BIM技术在桥梁工程施工中的应用[J].建筑技术开发，2019（01）：123-124.