基于BIM技术的装配式桥梁建设施工

胡秀军 中铁第五勘察设计院集团有限公司工程师

随着《关于大力发展装配式建筑的指导意见》《“十三五”装配式建筑行动方案》等文件的出台，意味着我国已将装配式建筑视作建筑行业朝着标准化、绿色化以及工业化方向发展的重点[1]。近年来，装配式桥梁工程得到了广泛应用，但通过深入研究发现目前我国装配式桥梁在建设施工中还存在许多问题，如设计集成度低、投入成本偏高、构件产业链未匹配等。目前现有技术中BIM 技术是解决上述问题的相对较优途径。因此，下文主要从设计、生产、施工、运维等各个阶段着手，重点针对基于BIM 技术的装配式桥梁建设施工展开分析。

1 基于BIM 技术的装配式桥梁工程建设施工方案

某装配式桥梁工程项目位于城市交通核心位置，建设总长度为5.2 km，定位为城市快速路。其中，该项目主路部分采取高架敷设形式，减少与其他交通主干道的冲突，项目最大跨度为60 m，标准跨度为30 m，标准宽度为25 m。为了项目顺利完工以及减少工程建设对城市交通的影响，决定采取装配式工艺施工，在具体施工中需要桩基650 个、预制盖梁142 座、预制墩柱325 根、预制箱梁840 片。而在对装配式桥梁工程展开施工建设时，需要先构建桥梁模型，精准测算出施工建设的材料用量，实现精细化施工。结合过往施工经验来看，这一类工程项目的施工建设质量取决于工程模块化建设，因此在建设方案预设中需要格外重视桥梁工程模型的构建。

1.1 预制构件参数化模型

本装配式桥梁工程项目所需构件不仅类型众多，而且量较大，所以必须依据项目建设的需求，对各项参数进行相应调整，大幅提高不同类型构件的模型建设速度。而参数化模型的建设应当采取拼接手段，构建标段桥梁模型，以此作为该项目的施工管理基础。

1.2 软件开发预制构件

装配式桥梁项目的预制构件具有非常复杂的内部结构，并且所需钢筋规格众多，同时需依据项目建设方案进行不同部位的安放。现阶段，大多数工程项目依旧采取人工化管理模式，对项目构件和有关数据信息进行核算，核算结果作为施工参考依据。但是人工管理不但需要投入大量人力资源，而且经常出现偏差。在如今的信息化时代，传统的装配式桥梁工程预制构件模式得以改变，结合BIM 技术建立钢筋模型，仔细观察三维立体结构模型中的所有指标数据以及分布规律，可以从中获悉桥梁工程的具体施工信息。

尽管目前构建的钢筋模型能够提升项目工程方案图纸的辨识精准度，但受限于工程软件自身设计功能，在桥梁结构中桩头螺旋箍筋模型的建立方面存在一定的难度。而为了改善这一问题，在该项目施工建设中有必要对软件进行二次开发利用。

基于螺旋箍筋结构模型的建立基础，借助BIM 技术实现可视化处理，从而降低模型构建难度，获得二次建模结果。近些年，BIM 技术二次软件开发在许多工程项目中得到运营，并且从项目验收情况来看，该项技术在装配式桥梁工程建设施工中能明显降低模型构建难度。

1.3 桥梁结构信息化模型

借助软件进行桥梁模型的二次开发，能清楚呈现出桥梁的内部结构，再对各个部分的结构模型进行开发，最终实现桥梁信息化模型逐步趋于完整。通过观察桥梁结构信息化模型，发现该项目箱梁一共14 跨，由腹板、横梁顶板、底板、节点板等众多部件组成。鉴于箱梁结构较为复杂，为了确保桥梁稳定，则要实现钢板焊接的精准操作，此时可应用BIM技术构建钢箱梁的可视化模型，通过计算机设备观察部件装配操作，并做好对施工现场的动态监督。

2 装配式桥梁建设施工中BIM技术的应用实践

2.1 基于BIM 技术的一体化设计

设计质量的优劣是决定装配式桥梁工程效用的关键基础，因此在设计阶段需要格外关注。而BIM 技术的应用能够实现装配式桥梁的一体化设计管理，不仅可以优化施工图设计，而且可以实现多专业协同设计以及深化模型设计，从而保证前期工程设计的质量。

2.1.1 多专业协同设计

基于BIM 技术的协同设计平台，不同专业设计人员在统一的数据库中提出标准统一的基点、坐标、单位、命名等，从构件数据库中选出适用的标准化构件，展开装配式建筑、结构、机电等众多专业的协同设计，从而构建集成多专业的装配式桥梁工程综合模型[2]。利用BIM仿真分析软件，对专业内部与不同专业之间的碰撞进行测试，并以此为依据进行调整，在前期设计阶段便能保证桥梁建筑不会出现结构冲突[3]。

2.1.2 施工图设计

在BIM 协同设计平台可开展针对装配式桥梁工程的施工图设计，基于多专业协同设计的综合模型，确定预制构件的类型及部位，套用标准构件数据库中的参数，确定最终的拆分尺寸、拆分重量等参数，对装配式桥梁模型展开3D 智能化拆分与现浇节点的设计。拆分预制构件完成后对构件信息进行深度提取，分类型归总主体构件、预制构件，如PC构件、钢结构构件等，统计出装配式桥梁所用的各类构件的数量和预制率的精确度，简化施工图设计流程，进一步优化设计效果[4]。

2.1.3 深化模型设计

在装配式桥梁模型的设计过程中，设计工作人员需要综合考量多方因素，其中包含技术规范要求、施工现场需要、桥梁设计意图等，进而构建出含有钢筋、管线、孔洞以及各类预埋件的装配式桥梁模型，保证所有构件完全参数化，进行机电一体集成化设计。具体来讲，可将深化设计后的模型输入仿真分析软件中，如Navisworks 等，结合装配式桥梁构件的设计意图，提前设定好碰撞参数、碰撞类型、忽略规则等碰撞测试规则，并展开检测。同时，还可借助PCMaker等专业的装配式建筑深化设计软件，将设计图中的规划布局信息与设计院需求相联系，保证图纸精度能够达到设计、生产和施工的要求，进而形成深度优化后的加工图纸。

2.2 基于BIM 技术的构件智能化生产

在装配式桥梁的建设施工全过程中，要结合设计方案的要求对施工所需的构件进行预制生产。在生产过程中同样可应用BIM 技术保证生产的智能化与完善化。由于装配式桥梁的建设施工会用到大量的混凝土、PC 构件、钢构件等，因此必须重视BIM 技术对生产稳定性及安全性的提升作用[5]。除了有BIM 技术的支持以外，预制构件智能化生产过程还需要结合RFID、CAM 智能控制系统以及北斗技术等，实现对加工、生产、运输的完善管理。

2.2.1 打造信息化构件生产管理系统

在对装配式桥梁的预制构件进行生产的过程中，一方面要结合工厂管理方面现有的公司资源计划系统、仓管系统等，另一方面要建立信息化生产管理系统，将预制构件加工生产的信息管理、排产计划管理、物料采购与仓储管理以及预制构件质量检测管理等功能整合其中。同时，融入RFID 技术、无线互联网技术等，对预制构件的原材选购、生产排产、模具加工、仓库存储等展开信息化管理。

2.2.2 实现构件CAM 智能化生产加工

在对标准构件进行生产加工的过程中，可将深化设计后的装配式桥梁BIM模型数据关联到生产企业的构件自动化生产设备上，打通BIM 模型与厂家生产线之间的屏障，实现装配式预制构件的CAM 智能化加工与自动化生产。将信息化构件生产管理系统与生产厂家的CAM智能控制系统相连，能够自动识别与提取BIM 模型中的设计参数信息，从而依据既定格式输出数据文件，保证生产线的智能化加工顺利进行[6]。而加工生产设备的PLC 系统可实现对构件加工数据信息的自动识别，保证预制构件的数字化、智能化生产加工。

2.2.3 完善预制构件运输管理

装配式桥梁的预制构件运输到施工现场，同样可实现智能化运输管理，主要应用物联网技术与北斗技术为所有预制构件分配二维码以及在运输车辆内置RFID 卡。预制构件下线后，出厂过程中需关联运输车辆与构件信息，利用数据处理的PDA 手持终端，对运输车辆进行扫描和出厂登记。构件运输路途中，应用北斗卫星定位技术设计出最佳运输路线，争取最短时间到达施工现场。

运输车辆到达施工现场后，通过数据处理终端扫描二维码获取车辆及运载构件的信息，保证构件进场登记的自动化。构件进场后，扫描二维码就能了解所有安装细节，结合安装需要对构件存放区域进行规划安排，方便后续的吊装施工。由此可见，在预制构件的运输管理过程中，无论是运输车辆，还是运载的预制构件，都能实现信息的溯源查询，保证了运输的全程风险可控化。

3 基于BIM 技术的信息化吊装施工

在装配式桥梁的构件吊装施工过程中，可以借助BIM 技术的信息化特点实现工业化管理。基于前期做好的施工准备，将BIM 技术应用在吊装施工操作环节中，不仅能够优化装配式桥梁建设施工中的资源，而且能够保证施工操作流程的合理性，并且可以实现对施工进度的有效控制。同时，BIM 技术的应用还能及时发现装配式桥梁建设施工中的操作问题，通过发现、分析和解决问题，达到节约装配式桥梁施工的时间成本与资金成本的效果。具体来讲，基于BIM 技术的装配式桥梁信息化吊装施工操作中，需要做好以下几方面工作。

3.1 三维可视化模拟

首先，结合施工实践，选用BIM 场地布置软件，对预制构件在施工现场的吊装位置、堆放位置以及临时设施建设位置等进行提前模拟，合理选择预制构件的最佳存放位置和排布顺序，同时确定塔吊地点。

其次，应用Navisworks 等BIM 软件，充分整合吊装设备的工作半径、装载极限和预制构件的安装点、安装时间、安装工序等相关信息，保证吊装施工模拟的精准化，从而确定最合适的预制构件吊装计划。

最后，依托于BIM 模型的可视化优势，展开技术研讨，将每个构件的节点及规范安装操作细则呈现在所有施工人员面前，严格按照规范操作步骤开展施工，保证一切按照施工进度计划进行，从而提高装配式构件吊装质量与效率。

3.2 构件安装质量管理

预制构件安装完成后，需要对安装质量进行检查，此时可整合BIM 技术与移动技术。由工作人员借助手持终端，在检查安装质量时同步比对设计模型，及时发现与设计不符的安装质量问题。此外，技术专员还可将典型的装配式桥梁工程质量检查、监测数据提前输入BIM质量管理系统中，对相应的预制构件的质量控制指标展开核查。在BIM 技术与移动技术的支持下，构件安装质量管理更为灵活，且质量问题能得到全程追溯。

3.3 施工进度与成本管理

在装配式桥梁施工过程中，将施工进度计划、造价预算编制与BIM 模型建立关联，形成可视化的三维或四维模型。同时，基于BIM 的构件编码体系衔接工程施工进度计划，能够实现对施工进程的动态化模拟，保证进度管理的高效性与可控性。此外，基于BIM 模型还能精准预算出投入的资金、人力、材料及机械设备，与实时产生的成本进行比对，进而实现装配式桥梁建设施工的成本精细化管理。

4 基于BIM 技术的高效化运维管理

在装配式桥梁工程的运行维护管理环节中，应用BIM 技术能够保证工程项目的完工质量。基于BIM 技术能设计出动态的装配式桥梁模型，从而判断各个施工环节中的技术工艺是否与规范步骤、施工标准相符，为完工后能否正常使用提供参考依据。因此，在对装配式桥梁工程项目进行运维管理时，可借助BIM技术创建的模型去辅助相关管理人员，从而提高装配式桥梁建设施工水平。具体来讲，基于BIM 技术的装配式桥梁运维管理，需要重视以下3 个方面。

4.1 日常维护管理

在BIM 技术与物联网技术的支持下，依据装配式桥梁设备安全管理需求能够实现空间定位、信息查询的功能，基本满足日常运维管理的需求。在BIM 模型中添加关键受力点的位置信息能够实时记录监测数据，为异常分析与处理提供参考。

4.2 设备维护管理

装配式桥梁建设施工的进行过程中会逐步完善BIM 模型中的信息，主要包括设备的生产日期、生产厂商、使用寿命等非设计类信息，借助运维管理平台，还能对装配式桥梁的维修信息进行查看与修改。因此，基于BIM 平台能查看各类设备的基本信息，其中包含设备的信息模型参数、运行历史数据、维修记录信息等，不仅能够为相应设备的维保工作提供参考，而且能够提高设备维保工作质量与效率。

4.3 巡视检查与维护

在对完工后的装配式桥梁进行巡视检查时，相关人员可借助北斗定位系统和BIM 信息模型数据及时发现并记录施工病害，以图文形式传送到管理系统中。管理人员需依据检查人员的反馈总结出病害成因，提出解决问题的方法。技术人员同样可结合施工情况给出可行的维修养护处理办法，确保早发现、早解决。

5 结语

在当前国家大力推动装配式建筑发展的背景下，装配式桥梁凭借工期短、噪声小、交通影响小等优势得到了广泛应用，也迎来了巨大的发展机遇。而在装配式桥梁的建设施工过程中，BIM 技术的应用能够实现一体化设计、智能化生产、信息化施工以及高效运维，进一步完善了装配式桥梁建设施工全生命周期的管理模式，实现了装配式桥梁建设的精细化管理。在BIM 技术的支持下，装配式桥梁建设施工能够有效避免工期延误、工程返工等诸多问题的出现，提高了装配式桥梁建设施工质量与效率，也全面推动了我国建筑行业朝着标准化、绿色化、工业化方向发展。