基于BIM技术的桥梁工程设计与施工优化分析

康晓霞

山东东泰工程咨询有限公司 山东淄博 256400

BIM技术在桥梁工程中的应用，大多数是针对施工服务的。主要作用如：BIM模型可以建立构件的3D模型、钢筋模型，这些模型能准确反映构件的尺寸、数量，避免了经验估计下料造成的材料浪费，达到节省开支的目的；BIM动态模型可以模拟施工过程，使施工工法得以清晰表达，帮助工程从业人员了解施工步骤，提高施工质量等。

1 国内研究现状

经过国内BIM研究人员多年的研究和实际应用，许多房建项目应用BIM技术。将BIM技术应用到桥梁工程中，选择Revit核心建模软件，可以借鉴成功案例和经验。目前，我国已经建成的港珠澳大桥是万众瞩目的世界级工程，涵盖专业多、管线复杂、施工困难等诸多问题，该项目借助BIM技术，有效解决了施工过程中管线、结构碰撞等问题，确保了工程质量和进度。通过将BIM技术应用在桥梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，节约了时间与成本。针对BIM技术在桥梁工程全生命周期中的应用指出：BIM技术在桥梁工程的应用主要是设计、施工和运维阶段，通过对BIM技术的应用，使桥梁工程的全生命周期管理更为系统化，施工进度与质量均可得到有效保证，并且在运维阶段可以准确进行工程量的测算以及相应人员的配备，从真正意义上推动了桥梁工程顺利进行[1]。

2 BIM技术的桥梁工程设计与施工优化分析

2.1 桥梁工程设计方案调整的优化

在BIM技术的应用背景下，桥梁工程设计人员可直接对已生成的三维模型进行形态检验、冲突排查，并通过数据修改、图块编辑等方式，进行设计成果的直接调整。例如，设计人员可将已设计完成的桥梁工程土建模型与安装模型同步提交、导入到BIM软件平台当中，并启用平台的碰撞检查模块，对同一工程背景下两类专业模型的匹配情况进行排查检验。在模块运行完成后，碰撞检查的结果会自动输出到可视化界面上，并提供出具体细致的报告文本，其内容包括碰撞点总数、硬碰撞点数量、间隙碰撞数量以及碰撞部分的具体点位、图纸编号、处理建议等。在此基础上，设计人员即可根据碰撞检查报告对三维模型的相关参数、结构进行优化调整。其后，对于调整后的三维模型，重复进行碰撞检查与优化调整，直至无碰撞情况存在，即代表图纸方案达到最优状态，不会在桥梁工程的建设过程中出现土建施工与安装施工相冲突的问题。

2.2 基于BIM技术的协同设计平台搭建

运用BIM技术建立施工环境的全模拟，建立可完全反映现实的虚拟3D模型，需要用到多种当下最先进的测绘技术，如激光扫描技术、航测遥感技术。从事专业桥梁设计的工作人员可以通过BIM技术对桥梁工程方案进行建模，使用自主研发的BIM建模软件。首先，通过对施工环境进行科学勘察，对模型进行初步框架设计；其次，再利用设计方案中的各项数据对此模型进行操作，最后，在多个协同平台的共同努力下，将具有初步轮廓的BIM模型与环境相融，得到了有着完整大环境的3D模型[2]。

2.3 BIM技术在桥梁施工阶段的应用

①BIM实现了桥梁建设中的多方合作同时进行的理念。它能够使用全部统一的建设项目管理平台，各方联系途径大大缩短，精准对接，同时每一方均可以在自己管辖范围以内充分调用相关数据，做到生产协同，数据同步的目的。使用BIM的技术，各种目标得以较好的实现，建设、施工更能避免盲目性。②BIM在桥梁建设时，引入BIM技术的管理平台，通过制作管理模型，对施工进行精准化控制，此模型可以更形象、直接地反应出具体管理阶段的工作内容，令效率大大提高。还可以对施工图纸进行复核，模拟施工工序。③BIM将施工过程中可能出现的隐患降到了最低。施工中最大的隐患就是不清楚施工环境，而BIM技术可以模拟施工环境。比如桥墩施工时吊装模板，该模板可以晃动，高空作业若存在大的晃动，安全问题就尤为突出。运用BIM技术可以模拟施工现场的环境，计算晃动的幅度，可以根据计算结果指导工人安全施工。④BIM使设计意图更容易体现：3D技术工作交底。桥梁建设时，某一些部位的构件是很复杂的，如桥墩施工中有许多预埋构件（如人员检查梯、一些吊杆滑槽，升降机、运输通道和塔吊固定所用的预埋件等），采用3D模型形式，更为直观。

2.4 桥梁工程施工活动模拟的优化

桥梁工程具有环节多样、环境复杂、工期较长等特点，因此势必会在实际施工中面临多种风险问题。对此，通过BIM技术进行施工活动的预先模拟，可显著强化施工风险的规避与应对能力，为桥梁工程建设实践的安全施工、高效施工提供保障。例如，相关人员可依托BIM软件平台与可穿戴设备，进入到虚拟漫游模块，构建出的信息化情境当中，从而沉浸式、直观化地对施工环境的整体状态、现场管理的视野死角、施工现场的高风险区域等进行充分感知，并制定出有效的事故应急预案、安全教育方案与施工管理策略。再如，相关人员可在三维模型的基础上，启用BIM软件平台的时间变化模块，以此模拟出动态推进的施工活动变化周期，从而对不同施工强度、施工效率下施工进度的实际情况进行考量，由此规划出最佳的施工进度分配方案，为桥梁工程的按时保质完成夯实基础。

2.5 BIM技术在钢桥细节设计中的应用

在对较复杂的地形进行公路桥梁建设方案设计时，BIM的优势就体现出来了。BIM模型相较传统平面施工图纸能更清晰地反映实际情况，且在相对复杂的环境如峡谷、河流和某些非常重要的桥梁路段进行施工时，传统的装配式桥梁已经难以满足需求，需要进行更加复杂的桥梁建设。BIM技术模型可将复杂的桥梁结构中的重要节点呈现出来，保障设计方案的科学合理。同时在细节设计上，通过BIM技术的自身功能，在建模完善后，可以直接在模型中设计，提升细部设计质量。

2.6 BIM技术进度模拟应用研究

运用Revit软件建立的桥梁为3D模型，在此基础上增加一个时间维度，结合施工进度计划，以此实现4D的施工模拟。将此模拟与施工时间节点对应，工程师能实时地将现场施工进度情况与4D模型对比，发现进度偏差时立刻采取纠偏措施。洞庭湖项目部运用BIM技术实现4D施工模拟，将猫道的整个施工过程利用BIM进行模拟，利用模型进行现场技术交底，使施工人员清楚的掌握现场每个阶段的施工任务，更高效的进行现场施工[3]。

2.7 临建建设

项目前期结合BIM技术对拌合站合理布置优化，确保满足现场混凝土需求，同时将工程量有效地与成本挂接，进行成本核算，加快拌合站建设方案评审效率，控制成本。针对现场梁场布置，根据工程所需桥梁预制工程量和有限空间，结合BIM技术合理优化，精细化管理，确保满足现场生产需求，保证施工工期节点。

2.8 南锚碇散索鞍吊装施工方案模拟

散索鞍吊装是项目施工中一个十分重要的施工环节，也是一个大的施工难点。项目经理部前期制定了相应专项施工方案。但是纸质版的施工方案在现场无疑会带来沟通上的困难。通过BIM技术的施工方案模拟，将施工工序分解，细化底板支架设计、门架起吊系统安装、底板安装、底座安装，散索鞍安装各个施工步骤，对现场作业人员进行可视化技术交底，大大提高了沟通效率，节省了施工工期，确保各工序有条不紊的开展。同时在本项目中BIM还进行钢箱梁吊装施工方案模拟、猫道架设施工方案模拟，各个施工步骤对现场作业人员进行可视化技术交底，提前进行各项施工准备，确保各工序有条不紊的开展，节约了施工工期；同时进行BIM技术在现场管理、进度管控等方面的研发和应用。

2.9 6D-BIM在桥梁中的应用分析

6D-BIM（第六维建筑信息模型）是在5D-BIM的基础上增加了能量，具有可持续性，可以进行能耗的分析。在设计过程的早期利用6D-BIM技术可以产生更加完整和准确的能量估算，它也可以进行测量和验证建筑物的占用期间，还可以改进在高性能设施中收集经验教训的过程。6D-BIM技术中模型和管理不仅包括图形，还包括信息，允许自动生成图纸和报告，包括设计分析、进度模拟、可持续性等信息，最终使项目决策者能够作出更优的决策。BIM支持分布式团队，以便该项目各参与方可以在整个建筑生命周期中有效地共享此信息，从而消除数据冗余、数据重新输入、数据丢失、错误传达和工作错误等问题。因此，这将有利于项目各参与方有效监控该项目的全生命周期。

3 结语

近年来，BIM技术在公路桥梁建设行业已经有了初步的应用。其不可忽视的作用在方案设计阶段的各个环节都有所体现：工程细节演示、工程难点标识、改变技术交底方式等方面，都体现了BIM技术相较于传统平面图纸的巨大优势。BIM技术已经被越来越多的行业内人士所认可和接受，并逐渐投入使用。而在大量的使用过后，必然会形成行业内对BIM技术应用的初步规范标准，使BIM技术的应用在国内公路桥梁建设行业得到更好的发展，而BIM技术建模将会成为我国建筑行业中不容忽视的重要技术环节。