基于BIM技术的桥梁工程信息化研究

黄子兴 中国水利水电第七工程局有限公司

1 前言

Building Information Modeling 简称BIM，它是欧特克公司在2002年提出的一个新概念，此技术已在全球的范围内得到应用，并取得了行业的广泛认可，此技术能够实现行业中各种信息的集成，从建筑最初的设计开始，到施工，再到运行直至建筑全寿命周期的完成，各种类型的信息都整合在一个三维BIM模型数据库中，设计单位、施工单位、设施运维部门以及业主等各参与人员都可以基于BIM模型协同工作，提高工作效率、节省施工资源、降低施工成本、从而实现可持续发展。

2 项目概况

红家中桥（桥梁中心里程K7+993m，长度99m，宽度40m，跨径3×30m）。桥梁设计为双幅桥（图1），桥梁的上部结构设计为预制预应力的混凝土简支小箱梁，桥墩则使用柱式的墩桩基础，本桥台使用重力式的U型桥台、挡土桥台、桩柱式桥台，墩台的桩基都按嵌岩桩设计，采用钻孔灌注桩施工。桥梁在桥台前墙处和梁体分联处置EM80 型、EM120 型伸缩缝，其余位置桥面连续。

3 BIM技术基本应用

3.1 辅助图纸会审

通过各个专业BIM 模型的建立，发现图纸问题，进行汇总整理，形成书面文档，作为图纸会审依据。在多方会审过程中，将三维模型作为多方会审的沟通媒介，在多方会审前将图纸中出现的问题在三维模型中进行标记，会审时对问题逐个评审并提出修改意见，大大地提高沟通效率。

3.2 碰撞检查

因为本桥梁的结构内部空间相对关系错综复杂，而传统二维图纸在展现桥梁构件三维关系时有一定的局限性，导致设计人员在设计时考虑不够周全，发生构件之间的碰撞、部件位置冲突的现象。由于部分特殊结构在二维图纸上无法表示，具体实施时施工单位难以理解设计意图，造成不必要的损失。应用BIM Works 或Navisworks 软件将二维图纸转化成三维模型，同时设置各专业模型碰撞检查规则，可以快速找出符合碰撞规则的碰撞点，并生成相应的碰撞检查报告，每条碰撞信息包括碰撞的类型、深度及具体三维情况。施工人员根据报告调整施工方案，避免项目工期的延误或项目返工。

3.3 施工工艺动画模拟

根据图纸建立洪家中桥三维模型，满足了建筑师的想象力，通过BIM 技术可视化特点，BIM 模型可让设计人员提高工作效率，提高设计质量，更好地为项目品质提供服务。

（1）复杂节点交底。对于复杂节点，进行三维动画演示，对施工单位项目实施的相关人员进行可视化技术交底，提高了交底内容的直观性和生动性，相关施工人员可快速理解设计者的设计意图，保证项目施工目标的实现，极大地提高了交底效率，施工工艺执行更加彻底，减少返工，提高工程质量。

（2）专项施工方案模拟与优化。通过BIM技术的可视化特点，可指导项目部编制可视化的专项施工方案，让施工人员形象生动地理解复杂的施工工序，提高交底效率，提前模拟方案实施时现场施工状态，提前规避可能存在的安全隐患、消防漏洞及危险源，合理布置专项施工方案的施工工序，有利于专项方案的实施（图2）。

3.4 精确算量

工程造价是非常繁琐的工作，特别是工程量的计算，包含工程估算、工程概算、工程预算、工程结算和工程决算等过程。使用深化后的BIM 三维模型进行算量，并生成明细表，统计分析工程量数据，为工程算量提供精确数据。项目各相关部门需要对BIM模型进行协同管理并实时更新模型数据，及时准确地呈现各个阶段的造价信息。同时还可以将造价数据录入BIM云平台中，在施工现场也可使用手机端查看相关工程量，并把施工现场的实际使用量实时录入BIM平台中，实现多算对比。

3.5 5D施工进度模拟

BIM5D 是在三维模型的基础上加上进度和成本，形成5D模型，然后将5D模型放到云平台上，这样可以通过BIM5D 模型进行进度、成本和资源等信息查询，并根据输入的进度输入进度模拟视频。

BIM5D 中，可以按照桥梁工程的施工工序将三维模型进行切分，并将BIM 模型和进度、施工日志进行关联，将三维模型与进度计划整合在可视的4D 模型，直观、准确地反映整个项目的施工过程，实现进度动态监控及预警。

BIM5D 平台管理还提供资料系统管理，通过PC端将各专业模型导出所需文件格式，并将其进行集成，导入BIM5D 平台中，通过各部门配合及沟通，将项目合同、电子版图纸、成本预算单价、进度计划等信息上传至平台，并与模型的各个构件进行关联，5D系统可对项目的成本数据进行分析、整理和归集，形成成本数据库，实现项目成本的动态管理、实现资金计划精准预测和动态调整。为随后展开BIM 在项目中的应用做好准备。

通过BIM5D 平台在施工前设置各专业工种，施工过程中 现场管理人员可通过手机移动端设置和上传各施工位置各工种劳动力人数，在WEB 端进行统计。在形成过程资料的同时便于项目管理人员规划合理的设备工作形式以及物料出入库路线，使施工现场有条不紊地进行，减少工作面冲突。

3.6 梁场信息化管理

桥梁工程中预制梁的制作过程如下：①钢筋绑扎；②浇筑混凝土；③转运存梁；④吊装拼装，通过软件的支持，将每榀预制梁的制作过程分为：梁场准备-任务计划-制梁-存梁-转运-吊装拼装。其中制梁又分为：钢筋绑扎-检验批录入-浇筑混凝土-存放-质量检验。并通过BIM 信息化管理技术对每榀预制梁进行桥梁信息供应、制梁进度统计、制梁任务计划、梁信息维护以及制梁工艺修改等。对梁场的信息化管理是对梁场进行项目全过程的信息及施工资料的动态展示及管理，方便相关人员实时了解预制梁的进度，实现预制梁的生产效率实时掌控，以技术规范数据库建设为依据实现了标准化管理，同时以工序流程管理为主线，实现了全过程控制，全面提高了预制梁的质量。

3.7 二维码应用

在日常的工程管理工作中，项目管理人员需要掌握项目人员的信息、项目进度情况、关键节点的质量把控、现场机械设备的维护管理，这些传统的方法费时费力，还存在信息难统计、难记录、难查询的情况，急需一套行之有效的工具帮助他们轻松完成这些工作。二维码技术与BIM技术相结合，可以为建筑施工企业提供全过程管理的解决方案。通过扫描二维码的方式记录相关信息，解决在施工过程中人员管理、成本管理、设备管理、工程信息管理及展示的需求。平台中的所有机械，均以唯一的二维码全面覆盖，做到一机一码一证。所有机械的维修记录在平台上可以查询，定期保养时间自动提醒。

3.8 质量安全管理

在BIM 技术的支持下，桥梁施工现场采用5D 平台辅助质量管理，通过BIM5D平台的应用，项目管理人员可以形象、直观地了解桥梁各构件参数、构件尺寸、位置等参数信息，有利于高效、快捷指导桥梁工程现场施工。同时项目现场技术人员以及安全人员在施工过程中对项目现场的质量、安全问题实施拍照上传，抄送相关负责人，对该区域实时整改，整改完毕后拍照上传，形成闭环；通过BIM 平台查看协同情况，并掌握项目各类问题的发展趋势，使现场管理更有针对性。BIM 平台还能模拟桥梁施工现场验收的流程及关键节点，可以从模拟过程中发现可能出现的问题，提前做好预防，并对桥梁的质量展开客观公正地评价。

4 BIM技术的创新应用

4.1 BIM+GIS地下数据的测量

在桥梁施工管理的应用中，通过BIM技术建立虚拟三维模型并为模型中的每个构件挂接生成具有唯一标识性的编码，以该编码为索引依据，将各构件的材料信息、几何属性、状态变化情况以属性的方式赋予各构件，达到精准记录和存储的目的；再配合三维模型以数字化、可视化的形式展示出来，可以科学高效查看和管理施工。

GIS 技术可以为复杂地理环境下桥梁施工的规划、管理、决策和营运提供科学有效的技术支持。其技术包括光学遥感影像、高程DEM数据、无人机倾斜摄影、地面传感器等在内的多源数据的载体，以地理坐标为基准搭建一套桥址处的高还原度虚拟环境，具有十分优异的可视化效果和地理空间分析基础。

BIM+GIS 技术的结合，采用了Infraworks 360 在三维地形和影像模型上快速选线，并设置桥梁、隧道等构造物，并可导入Civil 3D作优化设计。方案经过Civil 3D 优化设计后，成果导入Infraworks 360中，在真实的地形、路线、路基、桥隧等模型的基础上，进行多方案可视化比选，缩短方案决策时间。

4.2 BIM在桥梁运维中的应用

科学保障桥梁工程的行车安全及寿命是国家重大需求，新技术的兴起为桥梁的智能检测与安全运维提供了新的发展契机。随着新型传感、云计算、大数据、人工智能技术的发展，基于BIM 技术和人工智能的桥梁运营管理解决方案，为桥梁的智能检测、诊断识别、评价预测及养护维修提供了新思路。

BIM技术通过对桥梁的安全数据监控，以及对维修维护状态的分析，精确了解桥梁使用状况及使用寿命，通过颜色直观的区分出损坏较严重的部位，并作出及时正确地处理，通过把预埋监测系统搜集的监测数据实时传递到运维管理系统，判别水下积泥、异物和重大结构损坏情况，并及时作出响应。

4.3 无人机应用

施工过程中可以不定期地进行无人机航拍，对施工工人予以安全监督和巡查。定期航拍，还可获取实时的形象进度。对获取的进度与BIM5D平台的计划进度进行对比，以更好地展开进度管理，方便项目管理人员调配材料，并形成过程中的影像资料，提高工作效率。

4.4 三维激光扫描与竣工模型

利用全景扫描技术，在桥梁工程施工的重要时间节点对重难点的工作面进行三维扫描，生成关键节点的全景模型，经相关软件处理后输出点云模型，然后导入三维软件形成三维模型，再将三维模型与BIM 模型加以对比，得到二者之间的精度差别，以检验施工质量。

4.5 BIM+VR应用

虚拟现实在BIM中的应用，总的思想是基于虚拟现实引擎技术来承载BIM 模型及其数据，并通过VR呈现BIM 的三维模型及相关信息。从而将BIM 三维模型与VR 平台进行无缝对接，借助VR 设备，如VR眼镜或头盔，呈现真实的模型效果，并可以与BIM 模型实时更新，达到实时呈现的效果，并且在虚拟场景中查看BIM 三维模型承载的信息。BIM+VR 技术一方面可以得到好的效果，另一方面也可以呈现BIM中相关的信息，实现无缝对接。

利用BIM+VR技术，形成基于计算机或云平台的具有仿真功能的系统，让系统中的模型有相关信息，并对模型进行模拟施工，根据施工模拟的成果，在人机交互的环境中改进项目施工方案。

4.6 BIM+AR应用

AR为简写，全称为Augmented Reality，即增强现实的意思，是在虚拟现实基础上拓展出的一种新的人机交互技术，不同于VR，AR 技术是通过将计算机生成的虚拟物体或信息在实际的环境中进行叠加，呈现现实与虚拟相结合的场景，即增强现实。

5 结束语

桥梁施工难度大、环境复杂、工期紧、要求高、协调多、信息量大，BIM 技术在桥梁中的应用可以很好地解决这些问题。BIM 技术在桥梁施工阶段的应用尚处于初级阶段，但是BIM 技术在发现图纸错误、施工提前模型、可视化技术交底、工程量实时统计、各专业碰撞检测、多部门多单位的信息集成等方面较传统管理模式具有很大的优势。

BIM5D 云平台可实现桥梁工程全寿命周期的管理，从项目的初期设计到施工再到运维的全过程信息化动态管理，实现桥梁工程项目的精细化管理，保证桥梁工程的安全、质量、成本、进度、环保等目标的实现。