BIM技术在桥梁施工中的应用研究

邬丽娟

(黑龙江省交投信息科技有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

如今，桥梁已经成为公路的重要组成部分，随着公路工程建设的不断发展和通行要求的不断提高，对桥梁建设也提出了很高要求，桥梁等级、规模都得到了很大提升，这无疑对施工技术和管理都提出了极高要求。在这种情况下采用传统施工和管理模式将无法满足实际需要，亟需通过对BIM技术的引用提高施工技术水平和施工控制及管理水平。

1 工程概况

大桥位于县城市中心区，交通路网发达，人群分布密集，桥梁施工对周边环境的干扰较大，结合桥位周边地形状况以及道路通行要求，大桥主梁采用顶推法进行施工，由于南岸进场道路受限于限重20 T，导致钢箱梁进场困难，于是本工程采用全桥由北向南单向顶推的方式进行施工。由于主梁采用变截面钢箱梁形式，顶推法施工时需增加临时辅助措施使箱梁底面处于同一平面内，便于顶推施工的进行。场地属浅丘陵剥蚀地貌，低洼地带为原河流冲积区域，为郁江一级阶地，现地形较平缓。场地北侧主要为岸坡，高程分布为202.50～245.96 m，地形坡度变化较大，现多为河堤及公路，两旁分布有居民住房。桥位河段具有山区性河流地形地貌特点。桥位处地形为南高北底，线位距地面约12 m，江底河槽两岸陡峭，河槽较为平坦，主通航孔为中部。

2 桥梁施工特点与面临的挑战

桥梁复杂程度正日益提升，结构类型也在持续增多，并且受到不同因素的共同影响，使桥梁施工日趋复杂，具体表现在以下几方面。

(1)桥梁施工环境难以控制其复杂多变，无法从根本上避免安全隐患。桥梁和一般项目有所不同，桥梁的施工环境通常都十分复杂且多变，难免需要从山谷、河流上跨越，基于此，每个桥梁项目都要根据环境条件编制专门的施工方案[1]。除此之外，虽然桥梁施工机械设备与施工工艺均处在持续更新的状态，但需要人员从事大量高空作业的现状仍然无法改变，这就导致施工中必然存在安全隐患。在这种情况下，无疑对方案制定及施工管理都提出了极高的要求。当采用传统施工模式时，不论方案制定或施工管理实施，大多以来工程人员自身经验，而针对环境极为复杂的桥梁项目，即便工程人员有丰富的经验，也很难确保方案具有良好的有效性及可行性。在桥梁建设项目中引入BIM技术，可充分利用其施工模拟功能对桥梁施工过程进行提前预演，以此将可能发生的所有问题都消除在施工开始前，并能对实际施工予以动态监控，有效保证施工安全。

(2)预制构件数量较多，对精度有较高的要求，且体积庞大。不论钢桥或钢筋混凝土桥梁，基本都需要用到很多预制构件，构件的生产方法包括现场生产或工厂生产。施工开始前进行构件预制能减少现场作业量，具有加快施工效率的作用，但要想使所有构件在拼装过程中都能达到尺寸匹配，则对尺寸设计和加工精度都有很高要求[2]。在这种情况下借助BIM技术进行数字化生产，能更加高效且精确的进行构件生产。数量与体积均十分庞大的构件，在对其进行运输与吊装时也存在很多问题，为了使施工管理达到优化，相关管理人员不得不对运输与吊装设备及构件进场实施反复验证，大量实践表明，人为验证不仅效率低下，而且精度不足。此外，构建吊装对桥梁施工能否顺利进行和达到预期进度与质量目标有直接影响，根据以往经验制定的施工该方案很难做到有效预测，更无法提前发现和解决各类问题，往往只能在问题产生以后重新进行设计与规划。而通过对BIM和RFID技术的引入，可以为以上环境的人工操作提供高效辅助，解决单纯采用人工存在的缺陷和不足。

3 桥梁施工中BIM技术应用

BIM已经在规划和设计过程中得到了广泛应用，目前正逐步向工程施工及运营环节发展，实际的应用程度已经从初级逐渐变为高级。BIM应用初期，主要在规划阶段中使用，用于对复杂结构进行可视化演示，之后开始在结构设计阶段应用，包括三维建模和碰撞检测等，同时能提供施工详图，为之后的施工提供可靠依据，在4D与5D技术的加持下，BIM开始应用于工程的施工节段，加上国家相关政策大力引导，有更多的施工企业将BIM技术应用作为重点工作[3]。

在桥梁施工过程中应用BIM技术具有以下价值。

(1)施工单位可将BIM模型作为参考依据，初步估算项目的施工成本，并对施工场地布置进行优化，对各类施工机械设备与施工需要使用的物料进行合理调配。

(2)通过对4D模型的建立与碰撞检测的实施，对整个施工过程予以可视化模拟，以此在正式施工开始前就发现可能产生的各类问题，据此对施工方案进行针对性调整能减少或避免不必要的损失。

(3)项目的所有参与方使用同一个模型，包括建设方、设计方、监理方与施工方等，这样能在发现问题后十分方便的进行沟通与解决[4]。

(4)在项目施工过程中采用BIM可以对构件制作过程进行高精度模拟，并能对施工所需物料的实际运输进度进行实时跟踪。

随着BIM技术实际应用的日益深入，工程人员逐渐发现只有最大限度发挥出BIM技术在工程施工阶段中应用具有的中价值，才可以使施工管理达到精细化，减小工程能耗，实现预期的智慧施工目标。

现阶段我国应用较多的项目管理方法为DBB，即所有项目都需要按照先设计、再招标、后建设的总体顺序实施。对桥梁工程而言，首先建设方需要委托设计院完成桥梁设计，设计院在得出设计成果后，采用图纸的形式进行交付，建设方得到设计图纸后采用招标的方式选择合适的施工单位，最后中标的施工单位以设计图纸为依据开展施工[5]。

在BIM技术出现并应用于工程施工阶段后，设计院和施工单位之间的连接——设计图纸，将改变成三维模型。虽然按照BIM相关理论，设计院和施工单位应共同使用同一个模型，但考虑到两者工作目标并不相同，故对模型有不同的需求，所以BIM技术在不同阶段中应有具有不同的内涵。从设计院角度将，模型的构建主要用于是桥梁结构达到可视化，同时通过计算分析确保结构符合各项力学要求；而从施工单位角度讲，模型的构建目标包括保证施工精度、对施工方案进行优化和降低工程造价。

基于此，BIM应用在设计和施工两个阶段中的应用有很大差异，具体表现在以下三个方面。

(1)在模型自身方面，当BIM应用于设计阶段时，模型主要包含工程的结构信息，如主梁、桥墩和桥面等各类构件的模型，而当BIM应用于施工阶段时，模型主要包含工程的施工信息，如临时支撑结构、挂篮和塔吊等施工关键部分的模型；

(2)在信息表达方面，当BIM应用于设计阶段时，模型主要表达桥梁结构施工完成后的理想状态，而当BIM应用于施工阶段施工，模型主要表达桥梁结构目前施工阶段所处实际状态；

(3)在应用意义方面，当BIM应用于设计阶段时，模型能提高设计效率，而当BIM应用于施工阶段时，模型能提高工程的施工质量，并能降低工程造价[6]。

由此可以看出，设计和施工两个阶段在需求上的差异决定了BIM技术在不同阶段中应用具有的价值。设计阶段中应用BIM模型的本质在于使传统的二维图纸变成三维模型，而施工过程中以BIM技术为基础进行的一系列工作是BIM技术核心价值主要体现。

在实际的桥梁工程施工过程中，以桥梁的施工特点为依据，BIM技术可以在很多方面进行应用，具体表现在以下方面。

(1)在深化设计过程中应用，实现碰撞检测，对设计模型进行优化，为其在施工中的应用创造良好条件；

(2)施工仿真模拟，即对施工过程进行模拟和虚拟，为施工方案的针对性优化提供参考依据；

(3)施工进度模拟，根据工程的施工计划对施工进度进行模拟；

(4)施工过程模型建立，能将所有阶段包含的施工信息统一存储到模型当中；

(5)工程量统计，对工程量进行准确统计，并据此编制材料采购计划；

(6)施工场地布置，对施工所需各类临时设备在场地范围内的布置进行合理规划；

(7)物料设施监管，通过对RFID技术的合理应用实现构件定位与追踪[7]。

通过以上对BIM技术具体应用特点的分析，以及施工过程中BIM技术基本应用原则，即确定各种BIM应用存在的关系，特别是信息交换需要，可以得出以下施工阶段中BIM技术应用流程：首次采用BIM技术进行施工模型的建立，包括施工场地模型、结构BIM模型和施工构件模型，然后据此建立3D模型、4D模型和5D模型，其中，3D模型用于实现碰撞检查、施工图输出、工程量统计和材料管理，4D模型用于实现施工模拟、进度控制、现场布置、物料监控和虚拟拼装，而5D模型用于实现成分分析和造价控制，最后实现预期的优化设计、三维交底、资源优化配置、施工工序优化和现场合理布置等目标。

通过在桥梁工程建设施工中应用BIM技术，可得出BIM技术具体应用存在很多特征和优势，具体表现在如下几方面。

(1)以BIM模型为基础开展的碰撞检测能及时发现碰撞问题，以此在很大程度上准确反映出施工中可能产生的冲突碰撞，将此问题有效解决于正式开工之前，进而在降低安全风险系数的同时，从根本上解决由于采用人工进行反复检查存在的效率低下和成本较高等实际问题[8]。

(2)采用BIM模型能对报表进行自动输出，从而大幅提高工程量统计工作的效率，防止采用人工进行工程量统计产生错误，同时还能实现实时更新，使项目在施工过程中有效解决由于设计变更导致的一系列问题。

(3)BIM软件具有十分强大的出图功能，且可读性很高，能为构件生产加工及现场拼装施工创造很大便利，无论是生产车间的工作人员还是现场施工人员都能正确理解设计要求，减少或避免由于理解错误或存在偏差造成的返工。

(4)以BIM技术为基础的数控加工能大幅提高各类构件的生产精度，并大量减少材料消耗和浪费，从而降低工程的生产成本。

(5)在BIM技术基础上结合使用RFID技术，可以有效提高桥梁施工中的物料管理和施工控制水平，实现对资源的优化安排，加快工程的施工进度。

4 结 语

综上所述，在桥梁施工过程中引入BIM技术，依靠BIM模型具有的碰撞检测功能，能从根本上改变以往单纯依靠二维图纸对冲突和碰撞问题进行检测的方法，避免由此造成的效率低下和施工成本增加等实际问题，将所有可能发生的问题都解决到正式开工以前，从而降低工程施工的安全风险系数；依靠BIM提供的工程量统计功能，能改善以往依靠人工进行统计的问题，能快速对图纸的更改作出正确反映，解决统计效率较低和容易出现错误等实际问题；依靠BIM提供的三维模型，可输出不同的图纸，并提高可读性，为构件生产、现场施工均创造极大便利；依靠BIM进行数控加工，能从本质上防止材料浪费，并在精准翻样基础上提高构件加工精度；通过对BIM和RFID两项技术的充分结合能提供流通回路，从构件生产到现场安装施工，采用RFID技术将记录到的各类信息快速反馈至数据库，而且数据库包含的信息又能为反向为施工提供指导，采用该信息回路能十分方便的完成物料管理，使现场布置更加合理，从而帮助管理人员实现对施工全局的掌控。