BIM技术在桥梁施工中的应用研究

雷向军

摘要：桥梁行业通过多年的发展，对于各个阶段的要求也越来越高。在桥梁设计、施工和运营过程中，涉及的单位众多，这对各个单位和部门之间的协调配合提出了很高的要求。BIM技术可以保证桥梁全生命周期，各单位有序地配合。通过对桥梁BIM模型的建立以及相关软件的应用研究，提出了BIM系列软件应用的新思路。近些年来，BIM技术在政府的支持下，发展成果有目共睹。

关键词：BIM;施工过程;信息化;模拟

中图分类号：U445 文献标志码：A

0引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，在我国发展较晚，2004年建筑类行业才尝试将该技术引入。尽管如此，在国家的鼓励下，相关高校和科研单位都积极投身于BIM技术的学习研究中。短短几年，相关论文和工程应用实例层出不穷。

目前，BIM相关软件有很多，而不同的软件针对于不同的行业领域。本论述采用Bentley公司系列软件建模和应用研究。

1工程概况

本论述选取高墩连续刚构作为研究对象，其桥跨结构布置为（75+3x140+75）m。引入BIM软件，建立桥梁模型，并对系列软件进行研究。桥型布置图如图1所示。

2工程实施难点

该桥为变截面连续箱梁。（1）梁体内普通钢筋、钢绞线管道以及各种预埋件种类繁多，数量较大，施工过程中，经常会出现碰撞冲突问题。（2）该桥无论上部结构还是下部结构，钢筋、混凝土等材料用量较大，对工程量统计和工程造价提出了很高的要求。施工模拟。除此之外，该桥桥墩均超过100m，在施工过程中，施工人员和设备都受到场地限制，没有可行的施工方案，极易出现安全事故。引入BIM系列软件，避免资源浪费，消除安全隐患。

3模型建立

3.1族库建立

在BIM系列软件中，有一个“族”的概念。“族”可以看作建筑物的基础元素，在建立这些元素之后，就可以通过拼接或者参考的方式将这些元素搭建成建筑物。一般情况下，“族”文件可以分为标准构件文件和特殊构件文件。标准构件文件可以将以前建立过的元素文件直接调取使用。特殊构件文件无法通过“族”库直接使用，需要根据实际工程情况重新建立。

“族”以文件形式存储，可以直接调取拼接或者通过“参考”命令使用，在保证建模精度的前提下，降低模型的存储空间，提高模型运行速度。图2—6为部分BIM“族”文件。

3.2整体模型

通过直接拼装或者“参考”命令进行全桥模型建立，在执行“参考”命令时，须注意各个文件的嵌套关系和相对坐标。桥梁模型如图7所示。

4BIM技术在碰撞检测中的应用

在一座桥梁的全生命周期内，项目运转需要各个专业领域的技术人员协调合作。在此过程中，传统的二维模型可视化效果差，信息传递的准确性完全依赖相关技术人员的专业水平。

即使经验再丰富的专业技术人员，也很难保证，在信息传递的整个过程中，不会有失误，导致体积碰撞。这种情况在设计阶段很难发现，只有在施工过程中容易遇见，此时已经对工程成本控制和施工安全有了影响。

为了避免这一问题，本论述利用BIM软件建立了全桥的模型。针对复杂的下部结构，BIM相关技术可以进行桥墩钢筋和承台钢筋的碰撞检测。在施工之前找到碰撞冲突点，可以有效避免资源浪费、消除安全隐患。

在ProStructure软件中，找到工具菜单中的碰撞检测，如图8所示。

碰撞检测操作后，得到模型碰撞位置的三维示意图，如图9所示。

5BIM技术的工程量统计

一个工程除了安全质量，成本控制也很重要。控制成本须有比较精细的工程量统计来支持。

在该桥梁模型建立过程中，利用ProStructure功能建立对O#块普通钢筋模型，再对其进行工程量统计的工作，如图10、11所示。

6BIM技术的3D输出技术

传统的二维图纸可视化差，对于一些复杂的结构，则依赖专业技术人员的识图能力。BIM技术的3D输出解决了这一问题，利用Bentley的三维打印功能，可将该桥结构输出为3D-PDF，该文件可以在电脑、手机等移动设备中查看，如图12、13所示。

7BIM技术在施工进度模拟中的应用

以薄壁空心墩施工为研究对象，模拟施工的整个过程。墩身挂架系统主要由预埋件、承重系统以及模板工作平台等装置构成。

将BIM系列软件建立的桥墩模型和挂架系统以.dgn的格式导入到Navisworks软件中去，再通过各个阶段的时间和实体划分，实现薄壁空心墩的全过程施工模拟，如图14所示。

首先，进行桥墩第一节段模板的搭设、桥墩钢筋绑扎，如图15所示。

当桥墩第一节段模板搭设和钢筋绑扎完成之后，进行混凝土浇注，待龄期达到规范要求，进行模板拆除，如圖16所示。

桥墩第一节段模板拆除后，重复之前的步骤，进行下一阶段的施工，如图17所示。

8BIM导出模型至有限元计算软件

Midas FEA是一款空间有限元仿真程序。它有简洁的操作界面，可以直观地进行模型建立和数据分析。特别是在工程中遇到的比较复杂、受力不明确的问题，可以利用该软件有效地解决。

MicroStation软件与其他三维建模软件有较强的数据交互能力，可以实现与Midas FEA软件的交互，在保证建模精度的同时，减少了Midas FEA重复建模的时间。

在变截面箱梁施工过程中，桥梁零号块受到较大的负弯矩，是施工中的关键工序，重要程度不言而喻。

本论述通过MicroStation软件建立零号块1/4模型，再利用MicroStation软件和Midas FEA软件的交互，将模型导入，对其进行网格划分、边界约束，并对其施加荷载和单元温度，即可得到该模型在z轴方向的位移图。计算结果如图18、19所示。

9结论

本论述以高墩连续刚构为研究对象，经过模型建立以及相关技术研究，得出以下结论：

（1）BIM相关软件在国内引入时间晚，相关技术还不成熟，目前还处于探索研究阶段。即便如此，随着该技术在工程实践中发挥的作用越来越不可替代，国内相关科研单位都响应国家号召，进行BIM技术的相关研究工作。

（2）利用BIM系列软件，建立了桥梁施工过程中的基础构件模型，并通过参考等方式搭接主体结构的BIM模型。

（3）研究了BIM在桥梁各个阶段中的应用，主要包括碰撞检测、工程量统计、3D输出、施工进度模拟以及BIM与有限元计算软件的交互使用等。

本论述对BIM系列软件的部分功能进行研究，对于行业内的BIM应用有一定的参考、借鉴的价值。