BIM技术在道路桥梁工程运用的研究现状

2022-09-01张继伟杨贵华陈星宇张星江

中国水运 2022年8期

张继伟，杨贵华，陈星宇，张星江

（云南交投集团云岭建设有限公司，云南昆明 650051）

近年来，我国交通建设领域快速发展，据交通运输部运输统计2019年我国桥梁建设数目为87.83 万座，约6063.46 万米。随着桥梁数量的不断增长，对于桥梁的耐久性、承载力、经济效益的要求随之提高。在我国现阶段的桥梁建设中，桥梁工程设计和构造主要依托CAD（计算机辅助设计）软件完成，但在整个周期内会出现不同管理之间沟通协作不当的情况，这阻碍了桥梁后期运营的有效开展，严重影响了桥梁耐久性和使用寿命使其减短，促使养护成本增加等风险提高。而BIM（建筑信息模型）技术在桥梁工程中运用不仅可以满足建筑行业现代化建设，而且可以达到信息集成化，满足桥梁工程“构建设计”-“施工管理”-“养护维修”三位一体化，提高实际工程的安全性。目前，BIM技术在道路桥梁工程方面应用并未完全成熟，在应用方面还有较高的进步空间。本文梳理了BIM 技术在桥梁工程运用的现状，旨在为后续桥梁工程设计和建模中提供部分参考和指导作用。

1 道路桥梁工程特点及管理现状

1.1 特点

道路桥梁属于线性控制工程，相较于其他建筑行业具有一定特殊性，施工场地占地面积大、组织复杂，其特点主要为：①投入资金数量大，工程质量要求高。在项目实施过程中需要大量资金投入，且对于桥梁使用年限有高的要求（使用年限一般为100～120年）。②施工程序复杂，工程周期长。由于桥梁种类繁多，如：拱桥、斜拉桥、梁式桥和组合桥等，不同种类的桥在施工建设中程序差别明显，随着跨度、体量的不同，施工的复杂程度也有所调整。相对应的工期也随之延长。③多方合作共同施工，环境复杂多变。在桥梁的施工中需要不同部分协同配合，如：设计单位、施工单位和监理单位等。此外，大部分桥梁施工环境艰苦，面对复杂的地势、气候等不可控因素增多，加大施工难度。

1.2 管理现状

随着施工技术多样化和复杂化，加剧了桥梁建设的难度，从施工场地布置、管理进度和信息三个方面总结了施工管理现状。①场地资源配置不合理。施工方通常采用二维纸质方案进行交底，不利于多方的协同工作和技术交流，且在施工处多出现物料堆放随意，设备使用不规范等，造成施工效率低。②进度管理采用传统方法。传统的管理手段有横道图、网络计划、关键链等，施工进度控制手段有PDCA 循环、S 形比较法。这些方法在实际施工中控制性较差、关联性低。不利于管理人员对实际工程的熟悉掌握。③信息流通闭塞。小型工程可以采用施工记录表进行报告，但在大型或复杂项目中，依然采用相同的方式会造成多方人员无法信息共享，数据滞后和对接不通顺等，严重影响施工进程。

2 主流BIM 软件在道路桥梁的应用对比

2.1 Autodesk

Autodesk 的主要软件包括Revit（该软件侧重单体设计方向，可以对道路桥梁的部分内容进行精细化处理）；Infraworks（该软件侧重于道路桥梁设计的可行性和前期设计部分，提供方案的对比择优）；Dynamo（该软件通常用于较为复杂结构的设计，一般和Revit 软件配合使用）；Navisworks（该软件可以对建好的模型进行拼装，并效验正确与否和施工进度等）。Autodesk 软件操作较为简单适合新手但不适用于复杂曲面的设计。各软件之间存在的关系见图1所示。

图1 Autodesk 在道路桥梁工程的应用[4]

2.2 Bnetley

Bentley 软件在适用于多个领域，如：地理、土木、工厂和建筑等。软件以Micro Station 为主，针对道路桥梁方向研发了三种专业性较强的软件：Openroads Designer 及Conceptstation（道路）、Openbridge Modeler（桥梁）。历经上述软件的处理后，可以建立起桥梁/道路的基本结构模型，然后利用LumenRT 软件对上述模型进行可视化处理，比如针对模型进行动画和效果图的渲染等。最后运用软件Synchro 4D 进行施工进度管理安排，该软件功能较强即便在大型的复杂工程建设中，也能准确发挥作用。Bentley 软件中各部分细化的软件应用见图2所示。

图2 Bentley 在道路桥梁工程的应用[4]

2.3 Dassault

Dassault 软件主要应用于机械和航空领域，其核心软件为CATIA。相较于前两种软件，这款软件的特色和优点是参数化建模能力较为突出，使用者可以根据自己的参数要求，建立体量较大的较为精确的模型，且可以针对模型细节进行修改。王达研究表示Dassault 软件可以为构建好的模型实时修改和更新提供良好的支持。针对道路桥梁方面，可以通过流程“骨架－模板－实例”构建桥梁模型，结合模板/构件库的信息进行扩展填充，用户选择需要的参数进行模型建立，较为精确地模拟和运算。

2.4 对比分析软件Autodesk、Bentley 和Dassault

前三小节主要介绍软件Autodesk、Bentley 和Dassault 的核心软件及建构模型时的特点，为了明确三种软件如何选择应用，给读者更直观的选取，本文对上述三种软件进行对比，见表1所示。

表1 软件Autodesk、Bentley 和Dassault 的优缺点

从表1中可以看出，三种软件都具有各自的优势、不足，因此应用领域也有所不同。综合来看，软件Bentley 操作较为简单，可以支持在大体量工程和综合性较强的复杂工程中应用。在BIM 技术分支与道路桥梁实际应用中优势突出。

3 BIM 技术在桥梁工程的优势及具体运用

3.1 优势

Bortolini 等研究发现4D-BIM 技术运用于较为复杂的施工现场，可以提高其物资管理的效率，此外，还能降低人力管理成本，是实现施工规划和控制的有效措施。刘延宏也得到了相似的结论，他在桥梁工程中结合了BIM 设计，结果发现该工程管理效率提高了25%左右。刘亚飞表示在道路桥梁施工管理中运用BIM技术的优势在于：①有利于优化施工场地的布置。BIM 技术应用可以较为直观掌握施工过程的布置情况，节约施工过程中的时间和经济成本。②协调进度管理。主要是4D-BIM 技术的建模，其在3D 模型的基础上，将工程进度的计划性、管理可视化变为可能。③集成施工信息。将实际工程中的信息和BIM 模型进行集成，采用BIM 技术记录施工中的详尽信息，且为管理人员提供沟通协作的平台，有利于工程顺利完成。卢晓认为将BIM 技术应用于施工中，在成本管理方面优势突出，除了软件本身兼容性好，较为高效和协调性高。国家也在积极鼓励行业内对BIM技术的学习和应用，早在2016年，我国就将BIM 技术列在了“十三五”—建筑行业重点推广的首位，在2019年政府部门频频推出6 次文件用于推进BIM 技术的应用，可见政府注重BIM 技术的发展和与实际工程结合的态度。在运用BIN技术的企业中，也发现BIM 带来的项目优势，数据显示，使用BIM 技术的项目平均工期减少10%，收益更是可以取得60%以上，实现了成本低速度快的发展趋势。

3.2 具体应用

孙煜煌运用BIM 技术结合到桥梁工程中，从可行性研究、设计和施工、运维等阶段进行讨论，为BIM技术在工程施工方向提供思路。如图3所示。在不用的阶段，构建的信息模型和精度等级都是可控的，采用动态的方式。相较于二维设计，BIM 模型可以提供完整的施工所需数据信息，降低施工过程中不可控因素出现时带来的波动。