BIM技术在公路桥梁改扩建工程中的应用研究

段宗国

（安徽省公路工程建设监理有限责任公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

BIM 技术是一项综合技术，可以基于3D 数字技术对改扩建工程进行动态模拟，在此基础上增加几何信息、非几何信息、公路桥梁建设可测量部分数据和其他相关信息。公路桥梁改扩建工程建设的路线较长，涉及的环节较多，为保证数据准确、方案科学，应引入BIM 技术。在改扩建工程中，BIM 技术应贯穿全程，包括项目方案设计、工程造价和后期维护等方面。BIM 技术可以还原既有工程，明确新旧结构的衔接点，模拟改造过程，提升勘察设计质量。目前BIM 技术的应用仍处于初级阶段，加强BIM 技术的研发，可以更好地提升建筑质量和水平。

1 BIM 技术的应用意义

在信息技术迅速发展的背景下，建筑信息模型技术应运而生，其应用大大提高了工程建设的安全性和稳定性。

在施工中，应用BIM 技术可以对施工全过程进行监测，包括建设方案、工程施工和工程报价等内容。建筑信息模型可以为施工作业提供可视化图像，直观地呈现项目设计图纸，模拟改造过程，以此来保证改造工程质量[1]。

在公路桥梁改扩建工程建设等公共设施的建设项目中应用BIM 技术，可以快速提取信息、构建数字模型、清晰呈现原有桥梁结构，设计人员结合改扩建要求进行改造设计，设计完成后，利用BIM 技术呈现改造效果，明确改造设计中的不足，并进行深入优化。

BIM 是极其复杂的程序。BIM 图像看似是CAD图像，实则不然。在制作组件时，需要结合建筑实际情况，明确各组件之间的关系，呈现精确、完整的工程布局，使设计人员、施工人员了解整个改扩建的流程和重点内容。在施工中，依托BIM 技术可以规避潜在风险和安全隐患，确保各环节的有效衔接，使施工处于动态智能化分析状态，可以对施工进行有效的把控、监督。

公路桥梁改扩建工程范围很广，在前期工作中，需做好现场勘察工作，通过实地勘察，了解公路桥梁工程所在地的地形地貌，建立数据库。进入新时代，效率成为竞争的关键，BIM 技术能够很好地实现数据的管理和应用，依托GIS、CAD 等先进技术，彰显信息化、智能化的技术特点，实现新旧结构的有效衔接[2]。

2 BIM 技术的特点

2.1 综合性和可视化

BIM 技术是近些年来应用于工程建设领域的一项新技术，是一个完整的综合体系，可以贯穿工程设计、施工的整个过程，呈现清晰的可视化图像，实现施工作业的动态模拟分析。

BIM 技术并不是单一的技术，而是拥有多个软件的大型智能软件系统，其中的3D 模拟数据库可以为工程建设提供有力的保障，准确反映施工的整体过程，使施工处于可视化的状态下开展[3]。

BIM 技术的综合性表现在其能够应用于公路桥梁改扩建工程的整个施工过程中，可视化的数据和图像信息能够为施工提供更多可能性，通过整理和分析数据，可以得出更符合实际情况和改建需求的施工方案。在施工中实现了全程监控，确保各环节的施工质量，降低设计变更概率，保证改扩建工程质量达到国家和行业标准，延长公路桥梁使用年限。

BIM 技术能够弥补传统平面设计图纸的不足，利用计算机技术将传统的平面线条图像转变为3D 立体模型，清晰地呈现建筑结构、细化构件信息、真实反馈各构件之间的关系。在实际应用中，工作人员可以借助3D 立体模型协调工作、优化设计，解决施工重点、难点问题。

与此同时，BIM 技术在3D 的基础上引入4D 和5D模式，可以直观地呈现出设计信息，使设计人员明确新旧结构的差异，理清二者之间的关系，进而完善设计方案，促使公路桥梁改扩建工作有序推进。

2.2 多种项目模拟性

公路桥梁改扩建工程需要考察原工程的基础条件和情况，通过测量建筑物实际长度和公路桥梁的实际情况，模拟出改扩建方案的所有可能性。在这过程中，公路桥梁的实地勘探需要考虑施工中的所有情况。

BIM 技术是3D 信息模拟技术，可以呈现出不同阶段的工程模型图，通过对比设计方案和模拟施工建设情况，利用大数据和智能化计算筛选出最优改建方案。在公路桥梁改扩建工程方案设计之初，设计实操性判断是重大难题，BIM 技术的应用能够很好地解决这一困难。施工预案通过软件进行优化组合和智能计算，可以得到最佳方案，保证各施工环节环环相扣、皆有明确的质量标准，降低施工中各类不良事件的发生概率。

2.3 完整性和系统关联性

BIM 技术能够应用于公路桥梁改扩建工程的整个生命周期，具有完整性和系统关联性。

除常规的几何信息外，物理、时间等非几何信息，可以为工程建设提供参考和帮助。工作人员利用完整性、系统性的数据，模拟具体的施工流程和改建效果，为整个施工过程保驾护航。

BIM 技术呈现出的大数据库可以对整个施工内容进行可行性分析，得到解决办法，相较传统的平面设计，具有完整性、系统关联性的特点。项目方案、可行性分析、工程施工和工程报价的过程是相互联系的整体，贯穿施工全过程，整个工程建设的生命周期皆可通过BIM 技术全程监测。在监测中不断更新系统数据，完善模型，这为工作人员的设计、施工提供了极大便利。同时，BIM 技术的融入，可以有效把控成本，使工程建造效益最大化。

3 公路桥梁改扩建工程勘察设计的难点

3.1 老旧公路桥梁数据勘察

在城市化进程逐步推进的背景下，经济发展速度加快，以往建造的公路桥梁承载力难以满足需求，亟须推进改扩建工程。老旧的公路桥梁使用年限过长，会出现崩裂损坏的情况。在施工前，采集公路桥梁的路基性能数据，能够在模拟原有公路结构的基础上得到符合实际需求的改扩建方案。数据的采集和分析对工程建设质量是至关重要的，BIM 技术能够全面整合数据，满足公路桥梁改扩建工程勘察所需。

3.2 公路桥梁周围构筑物的勘察

老旧公路桥梁的改扩建是在原有基础上进行的。在城市发展的过程中，城市中的建筑物逐渐增多。在改扩建工程中，需要考虑周围建筑物的情况、勘察周围的地形地貌、结合实际数据模拟3D 实景图。由于公路桥梁的跨度大，不同地区的地形地貌、地质条件有所不同，工作人员应进行全面勘察，这是改扩建的难点。在施工前，利用倾斜摄影技术、无人机航拍技术、3D 激光扫描测量技术、GIS 技术等，掌握公路桥梁周围建筑物的实际情况，勘测地形地貌，结合勘测数据，构建实景模型，有效还原勘测情况。

3.3 公路桥梁现存的安全隐患排查

公路桥梁作为公共设施之一，在城市建设发展中发挥着至关重要的作用。作为综合性工程，在改扩建的前期，需要深入分析和挖掘现有公路桥梁的安全隐患，将其作为重点、难点问题开展研究，方可明确改扩建方向。公共设施的安全稳定是城市运行的前提，因此，利用BIM 技术整合勘测数据，可以呈现出公路桥梁的内部结构和周围情况，方便工作人员从多维度、多方向进行分析，结合工程力学等专业知识，寻找公路桥梁改扩建工程的突破点，解决公路桥梁原有工程的实际问题，实现公路桥梁改扩建工程的质量升级。

4 BIM 技术在公路桥梁改扩建工程勘察设计中的实际应用

4.1 建立建筑工程模型

公路桥梁改扩建工程的工程量较大，涉及内容较多，可以将其拆分成不同的环节和阶段，针对各环节的地形地貌进行分析，通过复刻CAD 图纸，可以建立可视化、动态化的BIM 模型，在模型中呈现出各环节的联系和逻辑，明确改扩建的突破方向。与此同时，智能化的数据分析可以筛选出便捷、有效的施工方案，节省人力和物力，大幅度提升精确度和准确性。

BIM 技术是一个完整的合成工艺，容纳不同的数据分析处理方法。可以基于数据信息构建原有公路桥梁工程模型、改建工程模型、拆除工程模型、各节点改造模型等，通过分析模型的优势和不足，优化改扩建方案。建立工程模型可以为后期施工提供巨大支持，提高工作效率，缩短作业时间，解决施工中各环节的衔接问题，确保施工有效推进。

4.2 复核模拟工程设施建设

公路桥梁在进行改扩建之初，需要对原有公路进行全面的勘探和考察。绘制上千张的图纸对于建设工作人员而言，工作量巨大。为了降低施工中设计变更频率，工作人员需要熟悉图纸。在反复分析图纸、对比图纸、理解图纸的过程中，普遍存在误差，处理这些误差不仅要耗费大量的人力、物力，而且难以确保改扩建的成效，致使生产效益不高。

BIM 技术是结合大数据、互联网的一项新技术，其CAD 制图功能及可视化的特点能够为施工中的专业人员提供方便。技术人员只需通过建立工程电子实物模型，就可以了解工程的复杂构造、捋顺施工过程。

公路桥梁建设有许多不规则图形，传统图纸呈现效果不佳，对不规则图形进行人工几何计算和测量的工作量是极大的。而BIM 技术能够在复核模拟工程建设过程中表现出明显的优势，可以利用软件复核模拟数据，在模型中突出重点位置的施工过程、工程整体脉络等，以可视化的形式呈现复杂的工程结构，降低理解、分析的难度。

4.3 高效完成工程造价

在公路桥梁改扩建工程中，工程造价对工程质量和施工进度影响很大。然而工程造价贯穿工程全程，内容烦琐，需要耗费大量的时间、人力和物力，适时融入BIM 技术，可以为工程造价提供有力支持。应用软件可以明确具体的施工流程和施工内容，工作人员结合施工情况确定施工所需，进而把控施工成本。

在后期施工中，公路桥梁数据将发生变化，此时可以借助BIM 技术进行计算，在计算中适时调整施工中材料的用量，以此来实现材料的有效应用。

与此同时，BIM 技术具有监测作用，通过分析大数据、应用计算机软件，管理人员、设计人员可以依托施工数据和3D 模型，规范施工过程，提高施工的安全性。

4.4 施工过程的数据勘探

在公路桥梁改扩建工程中应用BIM 技术，可以充分发挥海量信息的积极作用。公路桥梁改扩建工程属于大型工程，涉及面较广，数据信息较多，可以利用GIS 系统勘探公路桥梁的地形地貌、地质条件及周围构筑物的实际情况，呈现出空间数据信息，使数据为改扩建方案设计、拆除工程设计提供支持。在公路桥梁改扩建工程中，应用地理信息系统能够以3D 的形式表达分析地理空间状况，运用计算机软件对空间信息进行计算、分析和处理，可以细化内部构造，优化工程设计。

4.5 施工建设中的3D 建模

在采集公路桥梁改扩建工程的前期数据后，将数据信息输入系统，在系统运行中，构建清晰的3D 模型。BIM 技术在建模的过程中，面临着巨大的工作量和对工作细节的严格要求。

首先，从原有公路桥梁的实际情况出发，结合公路桥梁改扩建工程所要达到的预期目标，综合考虑工程施工中地貌、周围环境等影响因素，制定改扩建规划和方案。其次，利用BIM 技术呈现方案，应关注改扩建细节及重点部位的衔接。最后，在进行模拟的过程中，要保证数据的真实性和完整性。科学、合理的工程建设图纸是未来施工的主要参考，因此，利用BIM 技术整合原始数据，可以清晰地呈现原有公路桥梁的内部结构，明确结构中的问题，结合问题进行改造、规划，形成完整的链条和环环相扣的改扩建施工体系，保证后续施工有据可依。

5 结语

现阶段社会发展日新月异，公路桥梁的改扩建工作关系到城市发展、社会进步，是必然趋势。在改扩建工作中引入BIM 技术，其集数据、勘测、模拟、复核数据等功能为一体，可以构建可视化的3D 立体模型，呈现出改扩建路段的实际情况，确保改扩建工程与城市发展需求相符，使其成为惠民生、解民忧的暖心项目，推动城市化进程。在建设过程中依托BIM 技术，使勘测、设计、改造、施工融为一体，动态监测工程建设过程，确保建设质量。

本文阐述了BIM 技术应用的意义、特点及其在公路桥梁改扩建工程勘探设计中的实际应用。BIM 技术通过使用自动化设计软件、智能化建模等技术手段，呈现出公路桥梁的空间信息情况，明确建成后公路桥梁的构件、参数变化。在BIM 技术的支持下，可视化图纸及3D 设计的应用促使施工作业顺利完成、质量可控。