基于BIM的智能化技术在装配式桥梁工程施工管理中的应用

1 引言

公路工程建设工地线长、作业工点多，人员、设备和材料分散，管理作业流程琐碎，传统的人工巡视、纸质记录的工作方式已无法满足大型桥梁项目管控的要求[1]。借助新型GIS 技术、BIM 技术与管理平台技术， 搭建基于BIM 的装配式桥梁智能施工管控平台，利用信息化手段实现监管模式的创新，解决建设工程中出现的监管力度不强，监管手段落后等难题，是实现项目建设高效管理的必然选择。

2 BIM在桥梁中的应用

BIM 应用在工程中是一种全新的思考方法。 在我国经历了数年的发展，已经变得越来越成熟，并且广泛应用于建筑、道路等工程中，为设计、建设、运营单位提供协同工作的基础，在提升生产效率、 节约建设成本和缩短工期方面发挥重要作用[2]。 BIM 具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性5大特点。 论文采用BIM 技术进行装配式桥梁的模块化设计和参数化模型的建立，具体包括以下几个部分。

2.1 桥梁数字化建模

根据桥梁施工图设计图纸构件的各个构件参数， 通过BIM 软件对该桥快速建立模型。通过对预制桥梁施工的解读，把不同的构件建成相应的构件族库。 利用BIM 软件将这些构件族库拼装成完整的桥梁。 为以后的工程项目的管理及后续BIM 的应用创立有利的条件。

利用桥梁的基础数据对不同类型的构件设置参数， 通过参数的调节来快速地建立其他类型的构件， 建立项目的预制构件族库，通过不同构件之间的拼接，建立桥梁模型，为后续的项目管理以及BIM 应用打下基础。

2.2 钢筋结构分析

与传统的现浇混凝土施工桥梁相比， 装配式桥梁具有建造速度快、对交通影响小、整体耗能低、安全系数高等特点，但构件的固定性，导致现场无法灵活地进行调节[3]。 在对施工图设计审查时，需要对构件内部的主要钢筋的位置、直径等进行完整的审查，确保在施工的时候，这些钢筋能够准确地放在合理的位置。 借用BIM 进行钢筋结构分析，对施工图进行校核、碰撞检测和工程量计算， 能够及时地发现设计方案中的缺陷和不足，将钢筋的设计误差控制在毫米级别。 这些工作有利于加快工程进度，提高工程质量，为现场技术人员提供准确的资料，更好地服务工程。

2.3 设计方案优化

装配式桥梁施工工艺较新， 针对此类工艺的相关规范较少，难免会出现设计的可施工性不强或不可行等问题，造成返工量增加，影响施工进度[4]。 使用BIM 软件进行设计方案沟通与分析，能更好地解决在设计、施工中遇到的问题。 可以通过BIM 对施工图设计进行检测，优化设计方案，减少设计中的错误等造成的施工中不必要的返工。

2.4 清单量核查

现在的施工图设计工程量的汇总都是通过二维的CAD图纸进行工程量的统计。二维CAD 图纸中有些设计内容需要手工计算或者更加专业的软件进行工程量的计算。 当图纸有方案变更或者设计变更时，由于沟通的不及时，可能会出现工程量不能及时汇总的现象。

技术人员前期通过对二维图纸的解读，应用BIM 技术直接构建立体模型， 通过二维图纸中的主要构件和附属结构数据构建立体模型。 通过BIM 立体模型技术人员可以直接统计主要构件和附属结构的工程量。BIM 技术的应用，大大降低了技术人员的工作难度， 提高了技术员的工作效率与清单量的正确率。

2.5 辅助施工交底

装配式桥梁施工的主要工程内容是主梁的制作与安装。在施工前利用BIM 技术将传统的二维CAD 施工图设计图纸转化为可视的三维立体模型， 可以将施工过程中用到的各种材料和施工工序加入里面，形成一张完整的施工组织流程。 施工技术人员根据三维立体模型， 更加准确地了解施工过程。BIM 技术可以更精确地把装配式桥梁的难点、 易错点展示出来，提高施工效率和质量。 在工程技术的交底会上，设计、施工、 监理和业主可根据BIM 模型进行更直观的沟通和协作，明确各自的责任，确保工程质量及工程进度。

2.6 BIM装配式桥梁应用实例

BIM 技术在桥梁设计和建设中的应用， 为装配式桥梁的精细化设计和施工提供了极大的便利。 本文列举一些国内外装配式桥梁的BIM 应用实例。

上海南泉路跨线桁架桥，该桥长223 m，宽16 m，采用彩钢复合板和预制T 形梁进行组装安装。 设计人员使用BIM 技术进行结构分析、布置与定型。

北京市昌平北七家交通枢纽点连续梁桥， 该桥为流水线制造单位产出的180 m 长双向12 车道连续梁桥。 采用BIM技术对该桥进行度量量取，切割方案优化和设计参数计算。

总之，随着BIM 技术的完善和不断普及，在桥梁设计和建设领域中将有更多的装配式桥梁采用BIM 技术来促进桥梁工程更加精细化、高效化地实施。

3 GIS 技术的应用

3.1 应用步骤

对预制装配式桥墩进行施工仿真研究， 可以避免预制构件吊装与安装过程中的碰撞等问题，更好地指导施工[5]。 利用GIS 软件对桥梁进行数字化建模和空间分析， 并将数据与其他相关数据集整合，并以此支持桥梁规划、设计和维护。 对此，融合预制装配式桥墩的BIM 模型、实际的施工环境（地形、地质信息）以及工程机械等数据，使用在GIS 平台开发的施工仿真工具，真正实现了施工工序以及施工工艺的三维动画仿真。同时， 该三维动画仿真也可以作为对施工单位的技术交底文件，可以存储桥梁的结构、材料、施工年份、使用情况、变形情况、养护记录等信息。 利用这些数据可以了解目前桥梁所处的状态，制订合理的维护方案，可以有效提升桥梁的安全系数和可靠指数，相对于传统的纸质版技术交底文件，三维动画仿真具有更大的优势。

3.2 GIS 装配式桥梁应用实例

GIS 装配式桥梁技术是一种先进的桥梁建设技术， 其应用已经得到了广泛的推广。 以下是一些GIS 装配式桥梁技术的应用实例。

广州南沙港铁路货场桥梁： 这座桥梁采用GIS 装配式桥梁技术建造的铁路货场桥梁。 它采用了模块化设计，预制了各种构件，并在现场进行组装。 这种技术大大缩短了施工周期，降低了施工难度和成本。

深圳机场高速公路立交桥： 这座桥梁采用了大跨度钢梁和混凝土桥面板的组合设计，通过现场拼装完成。 GIS 装配式桥梁技术使得施工速度更快，施工质量更高。

4 管理平台的应用

建筑工程施工数字化管理平台基于大数据等技术， 根据各层级领导班子成员和职能部门的业务监督和决策指挥管理需要，利用可视化数据分析看板，分类分级汇集、分析、挖掘安全生产数字化云平台自有数据和其他相关信息化系统的协同数据，从而支撑多种工作场景下的数字化、动态化、可视化和差异化的分级监督和精准决策，大力提升精准监督决策能力[7]。管理平台应用具体如下。

4.1 生产过程在线管控

管理平台集成应用BIM、GIS、 物联网技术， 通过智能感知、在线分析、实时控制，实现对预制构件加工过程的动态管控，有效提高生产过程可控性，减少人工干预，即时准确获取数据，合理编制生产计划及实时展示施工进度，实现构件生产过程多维度的综合智慧管控。

4.2 生产要素全息管理

将装配式桥梁建设过程中产生的文件、图纸、照片、影像资料、质保资料等进行分类管理并保存，实现生产数据的全息管理，便于相关人员查阅桥梁建设信息，为项目后期维护管理提供便利。

4.2.1 质保资料管理

质保资料管理模块对施工过程中的各种质量保证资料进行统一管理，确保质保资料及时性、真实性、准确性。 平台依据相关文件建立资料表格模板库，涵盖建设单位、监理单位、施工单位各层级管理用表及质量保证资料用表。

4.2.2 施工影像采集

施工影像采集模块， 通过对装配式桥梁生产全过程影像资料的上传、存储，为施工生产、竣工交验、技术交流、安全培训等提供最原始、最真实的依据。

4.2.3 电子图纸管理

电子图纸管理模块通过对装配式桥梁设计、施工、竣工等电子图纸的上传与存储，实现施工、运营过程中图纸信息的实时调取查阅，为桥梁施工、养护提供原始参考依据。

4.3 关键指标在线监控

通过平台实现对装配式桥梁建设的三维状态及项目进度、投资等信息的交织关系和发展趋势进行数字化模拟[8]。 平台针对多工种、多单位之间的协同流程和管理要点，以项目投资、质量、安全管控为核心，通过PC 端、移动端多模式信息交互，实现对装配式桥梁施工全过程全周期的质量、安全、进度、费用的宏观掌控，用于集中管理、查看、统计和分析工程管理信息。 大数据看板通过与各子系统模块的对接，对生产情况进行统计，以图表形式展示项目宏观统计分析数据、安全预警信息数据、质量预警信息数据、计划进度执行情况数据、投资完成情况数据等，并能够实现按安全、质量、进度、投资等相关业务查询详细数据，为项目管理和决策提供依据。

5 结语

本文集成了BIM、GIS、管理平台等技术，建成全寿命周期智能管理平台，对装配式桥梁施工进行模块化设计，将桥梁的各个构件进行参数化建模，同时将设计与施工相结合，优化施工方案， 为实际工程提供了科学依据， 同时应用到生产管理中，为项目精细化管理提供了便利，为公路基础设施的数字化建设、精细化管控、智能化分析、科学化决策提供全过程、全方位的技术支撑。