基于BIM技术桥梁施工全过程优化研究

高立广

摘要 为了优化桥梁施工全过程，文章以BIM技术为核心展开研究，深入探讨了BIM技术的特点以及在桥梁施工过程中各个环节的应用。研究结果表明，基于BIM技术的桥梁施工全过程优化能够改善资源调配、提高施工效率、降低施工成本、增强工程合作的协同性。此外，将BIM技术与其他技术如大数据、物联网、PDCA循环等进行了深度融合，进一步提高了施工管理的效果。

关键词 BIM技术；桥梁施工；全过程优化

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0103-03

0 引言

随着建筑业信息化不断发展和应用，构建基于BIM、大数据、智能化等技术的全寿命周期管理模式与机制在桥梁施工领域的应用逐渐增多。桥梁工程作为基础设施的重要组成部分，其设计、施工和运营阶段的协同与优化对于保障交通运输的安全和效率至关重要。BIM技术以其全面的信息整合和协调能力，为桥梁施工全过程提供了一种创新的优化方法。通过探讨基于BIM技术的桥梁施工全过程优化方法，以提高施工效率、降低成本、减少施工期间的风险，并优化桥梁的设计和运营。

1 BIM技术概述

BIM技术是一种基于三维数字技术构建建筑信息模型的方法，通过智能数字化的方式传达工程实体。BIM技术建模包括信息安全集成管理系统和BIM模型，利用B/S和C/S技术实现数据的共享和传递[1]。BIM建模具体流程如图1所示，首先利用Open Roads Designer创建桥梁的中线、桥面铺装模板和三维地形环境。然后，运用Open Bridge Modeler创建桥梁的主体模型。接下来，借助Micro Station建立桥梁附属设施构件的模型。最终通过Synchro 4D进行施工模拟，将所有模型进行集成展示，即通过Bentley平台上的不同软件实现BIM模型的建立过程。

BIM技术的应用如图2所示，包括GIS系统、施工工艺、安全质量、系统集成、BIM信息模型、可视化、3D电子施工日志、进度管理、报表中心、模型导入和文档交付、建设管理等。此外，BIM技术还可以用于系统集成，将桥梁的各个系统（如结构、电气、机械等）进行整合和优化。BIM模型中的信息可以用于生成报表，方便管理人员进行项目进展和成本控制的监测和分析。

2 BIM技术在桥梁施工全过程中的应用

2.1 BIM技术在桥梁施工前期的应用

BIM技术在施工前期主要涉及设计和模型协调，以及碰撞检测和冲突解决。在设计和模型协调方面，BIM平台为不同专业的设计师提供了信息共享和集成的机会。例如，结构设计师在模型中使用结构优化方法，如优化算法、有限元分析等，对桥梁结构进行调整和优化，通过最小化目标函数确定最优的桥梁结构设计，公式如下：

minimizf（x） （1）

subjectog（x）≤0，i=1，…，m （2）

h（x）≤0，i=1，…， p （3）

式中，f（x）——目标函数；x——设计变量；g（x）、h（x）——约束条件。

在碰撞检测和冲突解决方面，BIM技术通过将各个专业的模型整合在一起，进行自动碰撞检测，以检测模型中是否存在重叠、冲突或不一致的部分，进而优化调整设计。

2.2 BIM技术在桥梁施工中的应用

BIM技术在桥梁施工中的应用如图3所示，主要包括桥梁上部和下部的建模。首先，桥梁上部的BIM建模包括预应力箱梁、钢箱梁、组合梁、防撞护栏等部分。建模流程主要包括新建桥梁、创建布跨线，根据桥梁横断面模板建立预应力箱梁、钢箱梁、组合梁、防撞护栏等构件，并在参数设置界面输入相关参数，如布跨线的距离和斜交角度等，以确保布跨线的合理性。这些步骤通常使用Open Bridge Modeler软件完成。

其次，桥梁下部的BIM建模主要涉及承台、墩柱（台）、支座等部分。Open Bridge Modeler提供了通用的下部结构构件库，可直接调用，也能够根据具体项目情况扩充构件库。建模步骤包括使用扩充构件库布置特殊位置处的桥墩，以及使用参数化建模的方式快速布置数量较多且类型一致的桥墩。

2.3 BIM技术在桥梁施工进度中的应用

BIM技术在桥梁施工中可以实现动态管理和有效监控。通过传感器技术，实时采集施工过程中的数据，并根据模型的模拟和仿真结果对工程展开情况进行比对和分析。施工进度优化采用进度优化模型，如进度网络图、路径分析等，通过确定最短的施工时间和最优的施工顺序进行优化，公式可以表示为：

minT （4）

subjecttoT≥Ti （5）

T=max{Tj+Dj|（i， j）∈E} （6）

式中，T——总施工时间；Ti——第i个任务的最早开始时间；Tj——第j个任务的最晚完成时间；Dj——第j个任务的持续时间；E——任务之间的关系集合。

2.4 BIM技术在成本控制中的应用

2.4.1 成本动态管理

利用BIM技术的5D模型，可以将实际进度和成本信息输入模型中，实现施工过程的成本动态管理。通过跟踪分析挣得值法所涉及的数据，可以计算不同时间点的费用效益指标，及时发现成本偏差并进行预警[2]。

2.4.2 实时监控

BIM技术可以实时查询施工阶段的材料用量和实际工程量，帮助管理人员及时发现成本管理问题。通过准确的数据统计，可以采取针对性的解决措施，调整机械调度和人员管理，实现施工成本的动态监控。

2.4.3 限额领料管理

利用BIM技术，可以实现精细化的物料领取管理。通过自动分析工程量数据信息和物料领用信息，可以实时查看特定区域内的工程量完成情况以及可领取的材料限额。施工资源优化使用资源平衡模型，如线性规划、整数规划等，通过最优化资源分配提高施工效率，公式表示为：

minZ （7）

subjecttoXi*Ri≤Ci （8）

Xi∈{0，1} （9）

式中，Z——最小化的目标函数；Xi——决策变量，表示是否为第i个任务分配资源；Ri——第i个任务所需的资源量；Ci——第i个资源的可用量。

2.4.4 数据关联整合

BIM协同管理平台具备强大的功能，能够对有关方面的数据进行关联整合。例如，材料价格的变化会直接影响施工成本，BIM协同管理平台能够自动采集相关价格的变化，并自动进行成本核算调整，有效缩短了计价变更的时间。

2.5 BIM技术在竣工阶段中的应用

在竣工阶段，BIM技术的应用实现了项目数字化成果的归档移交，为项目资料提供了更高的学术性和科学性。BIM技术生成详细的数字化成果，包括桥梁模型、结构模型、设备模型等[3]。这些数字化成果通过BIM软件进行管理和归档，确保信息的完整性和可追溯性。

BIM技术可以与项目运维进行对接，实现数字化成果的无缝衔接。通过将BIM模型与运维管理系统相结合，可以实现设备定位、故障监测、维护计划等功能，提高运维工作的效率和准确性。此外，BIM技术还可以为竣工阶段的学术研究提供数据支持。

由此可知，BIM技术在桥梁施工过程的各个阶段都十分重要，其在桥梁施工全过程的实施流程图如图4所示：

3 BIM技术优化桥梁施工全过程的策略

3.1 完善3D模型

将3D模型与前期构件完成的进度计划进行关联，为3D模型添加不同的时间维度参数，实现对整个施工过程的分析和模拟，同时加强各个部门之间的协作机制。使用Navisworks软件对MEP、结构、建筑等专业的文件进行分层，并转化为可被软件整合和利用的DEF/DWFX文件。通过Navisworks软件的“timeliner”命令，将Project软件生成的“Mpp”格式文件与3D模型进行链接，实现高效的管控目标[4]。

调整和模拟时间单位，模拟的时间单位包括天、周、月等，可以分别按照逆序和正序展开项目技术的模拟，以不同的时间间隔全面反映施工进度对后续关键节点的影响。同时，为了更直观地展现不同构件之间的关联特征，可以引入动画和视频等多种形式对施工进度进行播放，并对未完成的工作进行管理。

3.2 桥梁拆除工艺虚拟仿真

通过BIM技术建立桥梁的全面数字模型，包括几何形状、结构元素和构件属性等信息，实现对拆除工艺和策略的规划和控制。利用BIM软件或专用的虚拟仿真软件，将拆除工艺应用到BIM模型中进行模拟。通过虚拟仿真，观察桥梁的逐步拆除过程，并调整施工区域和机械进场路线等。

基于虚拟仿真的结果和分析，对拆除工艺和策略进行优化和调整。例如，改变拆除顺序、调整工具和设备的使用等，从而提高施工的效率和准确性。根据虚拟仿真的结果，生成桥梁的三维可视化动画或静态图片，用于展示拆除过程和结果。

3.3 技术集成

技术集成是优化桥梁施工全过程的关键策略之一。通过将BIM技术与其他技术进行集成，可以实现更高效、精确和可视化的施工管理。

3.3.1 PDCA循环原理

PDCA循环包括计划、执行、检查和调整四个环节，将BIM技术与PDCA循环原理相结合，推动项目进度计划管控模式。在桥梁施工中，可以通过PDCA循环建立完善的三维信息管控模型，进行施工进度的动态管理，实现项目进度的高效管控和优化。

3.3.2 与其他技术集成

通过将BIM技术与设计工具、信息技术、移动设备等集成到协同平台，并与大数据、物联网、GIS等信息技术进行深度融合，可以实现动态反映建设工程项目投资、进度等各项状态，并利用远程设备解决施工现场安全隐患等问题[5]。这样的“BIM+”融合模式使得BIM技术可以在全过程桥梁施工中发挥更大作用。

4 结束语

该文系统地探讨了基于BIM技术的桥梁施工全过程优化研究，通过准确的物料统计数据、资源调配优化和施工进度的动态管理，为桥梁施工管理提供了一种新的思路和方法。通过与其他信息技术的融合，如大数据、物联网、GIS等，进一步提高了施工管理的效率和质量。该文的分析结果证明了BIM技术在桥梁施工中的优化效果，并强调了集成的“BIM+”融合模式在全过程中的重要性。未来的研究可以进一步探索BIM技术在其他领域的应用，并结合实践经验不断完善和优化BIM技术在桥梁施工中的应用。

参考文献

[1]唐弘钰. 基于BIM技术的市政施工项目管理优化[J]. 智能建筑与智慧城市， 2024（1）： 72-74.

[2]孙艳， 赵华英. BIM技术在建筑施工中的成本控制与管理[J]. 智能建筑与智慧城市， 2024（1）： 78-80.

[3]燕利珍， 廖文清， 王黎明， 等. 浅谈BIM技术在施工现场的管理与应用[J]. 安装， 2023（S2）： 4-6.

[4]沈博， 陆占雨. BIM技术在桥梁工程中的应用探索与研究[J]. 工程建设与设计， 2023（24）： 100-102.

[5]李林峰. BIM技术的智能化建筑施工分析[J]. 江苏建材， 2023（6）： 121-122.