BIM技术在铁路桥梁建设中的应用

薛洲

（贵州安六铁路有限责任公司，贵州六盘水 553000)

1 铁路桥梁建设BIM 技术相关软件

1.1 BIM 4D 模拟软件

目前，在Fuzor 平台当中应用了全新的即时预览技术，可以将Autodesk Revit 的核心设计内容和建筑咨询内容完整呈现出来，确保相关工程人员能够在设计中同步预览建筑材料的材质、物料和灯光等内容在不同天气和时间中的变化，从而获得最符合标准的建筑设计方案[1]。同时，Fuzor 平台操作具有人性化和便捷化优点，工程设计人员和承包商都可以通过Fuzor平台预览铁路桥梁工程的整体设计方案，不仅减少了彼此之间的沟通障碍，也提高了整个设计工作流程的效率。

1.2 BIM 运行维护软件

目前在铁路桥梁工程项目中应用的ArchiBUS 不仅是最高效的运营管理软件，并且提供的运营管理服务也是BIM 技术未来重点发展方向[2]。

1.3 BIM 建模核心软件

在BIM 技术具体应用的过程中，核心要点就是信息，信息在表达过程中一般会通过建模来完成。比如，在Autodesk 企业中应用的CAD 技术就为民用建筑市场发展奠定了良好基础，将其开发的Revit 软件应用在建筑领域当中，可以呈现巨大的优势。而且Revit 是一款十分成熟的软件，能够将CAD 对象系统作为基础，呈现三维化和智能化特点。在Revit 建筑信息模型中，可以将铁路桥梁工程的相关信息存放在对应的位置，任意位置发生改变，其余位置也会发生相应的变化。因此，在整个信息模型中可以清晰呈现信息更改的内容，从而对整个信息库进行良好的控制[3]。此外，Revit 软件还可以为研发人员提供更加全面的设计方案和开发方案，为他们提供更自由的空间，以便为客户设计出更加优质的方案，确保客户能够从不同的方案当中挑选出最为适合的方案。

2 铁路桥梁施工BIM 技术应用要点

2.1 多维设计与复核

以往的二维设计一般都是从静态的角度去看待铁路桥梁工程，设计人员只是采用了不同的绘图线条描述整个铁路桥梁工程结构，不同视图和不同专业之间的桥梁结构关联性需要人为构建，加大了关键信息提取的难度，也无法为后期工程设计提供可靠的支持。采用BIM 协同设计能够将整个铁路桥梁工程构件作为主要对象，从发展和关联的角度出发开展桥梁工程设计。设计人员可以灵活调整各个构件和属性之间的关联，从而顺利完成结构设计工作，为后续数据的深入挖掘创造了有利条件。另外，采用BIM 协同设计还具有自动校对和纠错功能，工程设计与复核效率得到了明显提升。

2.2 施工碰撞检查

在铁路桥梁工程建设过程中，BIM 模型利用虚拟现实技术对工程施工期间的关键点进行模拟，通过navisworks 功能完成自碰撞检验，生成相应的碰撞报告。比如，通过钢筋碰撞检查、钢绞线预留管道检查等，可以清楚了解预留管道和钢筋碰撞的具体位置，便于对钢筋的敷设位置进行改正，确保后期施工方案的可靠安全。同时，在铁路桥梁工程承台施工中，还可以利用BIM 模型对冷却水管实施三维布置，通过碰撞检验分析冷却水管与钢筋之间是否在布置过程中发生了碰撞，提高铁路桥梁工程施工方案的整体可行性。在墩身施工期间，预埋件位置和通风孔、预埋件与墩身钢筋等位置存在相互干扰的关系。采用碰撞检验功能，能够以三维模型的方式表达出这种关系，便于在施工之前做出调整，在施工期间，提醒相关作业人员在每次循环施工中埋设相应的管道和预埋件。

2.3 可视化交底与工序模拟

一方面，在部分施工结构较为复杂的方案编制过程中，由于铁路桥梁工程的整体结构模型十分复杂，给建筑工程的优化工作带来了不少困难。对此，采用可视化技术能够将复杂的建筑结构模型以动态漫游的方式呈现出来，为建筑设计方案优化提供有力支持。如果在技术方案交底工作中不够清楚、无法细化，就无法解决实际工程问题。利用4D 虚拟动画技术，可以将整体设计方案更加直观地呈现给施工方。施工方在分析和观察技术方案的前提下，对技术应用期间的关键要点给予重视，提前了解可能出现的问题，保证铁路桥梁工程的整体质量。另一方面，通过BIM 技术可以将三维模型和施工方法结合在一起，让施工人员清楚了解各个施工工序之间可能出现的问题，判断现有的施工工序和桥梁工程预制构件吊装程序是否合理，从而能够在短时间内作出调整，形成一个高效可行的施工方案，提高整体的施工质量。

3 BIM 技术在铁路桥梁建设中的具体应用

3.1 BIM 技术在设计过程中的应用

与传统二维设计方法相比，BIM 技术能够有效提高团队效率、设计质量和材料统计的精准性，改善了传统方法的不足。首先，BIM 技术在应用过程中主要是以桥梁构件为主要对象，从发展彼此关联方面展开设计。从目前实际情况来看，构建BIM 构件库主要采用了两种方式：一是采用先进的商业化软件参数建模功能，将整体设计过程封装为参数构件库，以此来保证设计工作的质量和效率。二是采用编程的方法，在对软件进行二次开发的前提下，利用编程手段构建参数构件库。第一种方法虽然较为简单，但是能够实现的功能非常少，对计算机硬件要求非常高。从桥梁结构设计角度来看，铁路桥梁结构和线路、测绘与地质模型之间的关联性十分重要，建立起这些关联关系能够通过编程提高效率。

其次，以往的设计资料与会审方式都会在不同专业人员的协同配合下进行，要求审核人员必须具备丰富的经验，可以与工程设计人员展开交流，共同检验构件的合理性。但是这样的方式会出现以下几个方面问题：一是不同的设计人员只能针对自己的方案进行调整。二是在具体评审和修改过程中，实际提交时间会存在滞后性。三是不同专业的设计人员缺少专业协调性，设计修改内容经常会出现无法及时得到响应的问题。除此之外，在BIM 协同设计中，其关键要点就是要求模型可以在不同的专业之间流转和重用。在BIM 协同设计过程中，专业接口也是核心内容。只有将铁路桥梁工程BIM 模型和测绘、线路等模型结合在一起，才能够对工程的日照和排水等空间进行全面分析。经过BIM 协同设计之后，专业设计人员可以利用BIM 参数化调节最终的设计结果，生成能够影响最终结果的专业BIM 模型。

最后，二维设计在铁路桥梁工程设计碰撞检查过程中，可以打印不同专业的设计图纸，利用人工方式展开检验。这样的方法不仅效率很低，而且图纸精准度也无法得到保证。伴随着BIM 技术的广泛应用，可以通过计算机技术配合检查工作，在三维模式下展开分析，不仅更加便捷，而且精准程度较高，甚至还可以满足标准施工要求。对于空间结构较为复杂的结构，优势十分突出。

3.2 BIM 技术在钢梁制造中的应用

在铁路桥梁建设工程中，钢桁梁制造加工步骤主要包括加工数控代码、钢板下料、焊接、试拼装以及制孔等。将BIM 技术应用在钢梁制造过程中，能够在BIM 模型中生成数控代码，完成数字化预拼装，减少了加工步骤的同时提高了整体的加工效率。从具体层面来看，将条形码技术应用在铁路桥梁工程结构设计中，能够对整个工程实现全周期管理。钢构件在出厂之后，就已经拥有了独一无二的条形码，可以和BIM 模型相匹配。施工单位直接采取扫码的方式可以获取构件的具体位置、施工需求和技术条件等施工信息，为后期判断钢构件是否满足拼装施工需求提供了可靠的信息数据支持。同时，板材利用效率的高低由板材面积的使用程度决定。在板材消耗工艺定额具体制定过程中，必须要充分结合BIM 模型三维空间与材料信息内容，制定出更加合理的方案，通过计算机辅助技术来减少板材的实际消耗量，提高板材利用率，使铁路桥梁施工企业可以获得良好的经济效益，最大限度地降低生产成本。在铁路桥梁工程钢梁制造过程中，因为设计阶段没有考虑实际施工工艺问题，导致设计与具体制造不相符。采用BIM 技术之后，可以实现技术制造一体化发展，改变了以往的设计理念，其内容也可以和整个市场工艺需求相吻合。利用BIM 技术实现钢梁制造一体化，将BIM 模型数据和数控机床联系在一起，减少了人工二次转换的工作量，提高了钢梁制造的精准性。以BIM 技术为基础的钢梁制造一体化流程如图1所示。

图1 以BIM 技术为基础的铁路钢梁制造一体化流程

由于铁路桥梁钢构件的形式十分复杂，构件之间的空间关系也十分紧密，对制造精度要求十分严格。所以，为了能够确保现场安装需求得到满足，通常都会在工厂完成预拼装工作。应用BIM 模型完成的数字化拼装不会受吊装设备和施工周期等因素的影响，效率非常高。在完成杆件制造之后，可以采用三维数字摄影技术或激光扫描技术来探测实物尺寸，获取精度更好的数字化模型。之后利用仿真检测技术对BIM 标准模型进行复模。随后，将模拟构件放入三维坐标系统，以轴线交点作为基准点摆放所有模拟构件，完成构件预拼装。最终完成虚拟拼装检查。

3.3 BIM 技术在建设管理中的应用

将BIM 技术应用在铁路桥梁工程管理中，可以将工程运维过程、铁路设计施工和相关数据集成一个多维度的数据库，经过计算处理、共享和数据应用实现BIM 实时化和共享化管理，提高BIM 模型在整个工程项目中的精细化程度，确保施工质量、投资、施工进度和安全性得到精细化管控。在此基础上，利用BIM 模型还可以对桥梁设计进行动态可视化展示，为参与建设的各方提供直观的设计方案，从而对整个设计过程进行优化。

与此同时，BIM 在铁路桥梁工程中的一项重要应用就是实现BIM 可视化交底。传统施工技术交底在二维图纸局限性的影响下，大部分施工图纸要依靠绘图规则和文字描述表达设计意图，而不同的使用人员业务知识也存在明显差异，会出现不同的理解和应用。在具体施工过程中，有时还会发生设计图纸误读的问题，说明二维图纸不够具体和直观。在应用BIM模型之后，可以利用其立体、可视化和全角度等特点，对以往的技术交底工作进行合理优化，制定完善的BIM 可视化交底，包括施工指导书、模拟视频、施工步骤连环画等。BIM 可视化交底还可以在短时间内清晰表达施工步骤，减少了误读，避免因安全问题和质量问题出现的返工情况。

除此之外，在铁路桥梁工程全桥模型上附带施工进度计划属性参数，可以形成较为完善的4D 模型，更加直观地呈现桥梁在建造过程中的实际情况。并能够与设计方案进行对比，从而了解实际施工和计划方案之间的偏差性，科学合理地纠正施工进度计划，确保管理人员可以直观了解变更方案带来的影响。还有最重要的一点就是利用BIM 模型信息可以对整个施工过程的进度进行模拟演算，对局部方案和大部分节点工程方案进行对比，挑选出最佳的施工方案，从而获得最理想的施工效果。

在建筑工程成本管理方面，5D BIM 技术通常都建立在3D 建筑信息模型基础上，融入时间进度信息和成本造价信息，形成了全新的五维建筑信息模型。不仅可以更好地统计工程量，还能够将建筑构件中的3D 模型和施工进度结合在一起，对整个工程变化进行动态模拟，确保施工进度可以得到精准控制，实时监控成本造价。

同时，为了提高铁路桥梁工程的整体质量，必须要保证材料质量，对相关资料进行整理分析，与样品一同上交监理单位进行严格审核。在BIM 质量管理过程中，很多材料信息都被记录在了模型中，与构件部位之间的关系十分密切，材料管理信息变得更加精准，查阅工作也会变得更加方便。尤其是对于一些较为复杂的工程项目，必须要尽可能地记载施工内容，合理应用结构化BIM 数据。

4 结语

综上所述，在BIM 技术快速发展的背景下，为我国铁路桥梁设计、建造和施工等流程搭建了对话的平台，利用BIM 协同设计改变传统生产模式。同时，将BIM 技术引入铁路桥梁工程中的钢梁制造环节，实现建造和设计一体化发展，为制造单位提供创新升级的机会。另外，将BIM 技术应用在铁路桥梁建设工程施工管理中，实现精细化管理，不仅提高了整体生产效率，也会推动铁路桥梁工程生产模式朝全新的方向变革发展。