公路桥梁BIM技术应用与发展趋势

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是一种基于三维模型的智能工作方式，以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，能够创造、发掘和保存建筑设计、施工、运营全流程中的各项数据。在3D模型的基础上，附加时间因素，就可以将模型的形成过程以动态的3D方式表现出来，就能够综合施工过程模拟与管理两个要素，能够对项目的招投标以及施工管理等多方面起到很大的帮助作用。BIM具有可视化、协调性、参数化和模拟性等特性，使得BIM技术迅速在工程建设行业中得到了大规模的应用，被认为是继CAD之后工程建设行业的第二次革命。桥梁工程作为土木工程的一个重要分支，具有结构多样和施工环境多变的特点，BIM技术在其中的应用尚处于探索阶段。

一、国内BIM发展与应用现状

(一)新建桥梁BIM运用

我国的BIM技术与美国等普遍应用BIM技术的国家相比，发展较晚。但目前整体呈现政府和企业双管齐下，多渠道推动的态势。如今BIM的应用内容和水平，已经成为工程项目招投标中评标专家重点考核的一项内容。

目前，国内学者及工程人员采用不同的设计软件对BIM技术在设计阶段的应用进行了不同桥型的尝试。但是不难发现，他们目前所进行的研究尚处于初级阶段，主要是通过不同软件建立三维参数化模型，应用局限于项目演示、碰撞检查、工程量统计和二维出图等方面，对于核心建模软件的确定、如何实现协同设计和模型数据如何传递到施工阶段等关键性问题尚未进行深入研究。

BIM技术的应用对桥梁施工能够起到一定的优化作用，但现阶段BIM技术在施工过程中应用的层次较低，主要是利用3D模型解决部分关键节点问题，并未完整连续地应用于整座桥梁的施工过程，在整个桥梁建设过程中仍属于辅助性的技术。

在现有的工程应用中，由于目前设计和施工单位都难以完全将BIM模型移交给运维单位，因而当前成功应用BIM技术对桥梁进行运营维护的案例为数不多。目前，国内主要是利用中国公路桥梁管理系统(即CBMS)对已建桥梁进行运营管理，但是由于管理制度的不健全和收集数据的不及时、不准确，致使CBMS先进性和实用性没有得到充分的体现。

(二)已成桥梁BIM运用

我国桥梁特别是公路桥梁的养护管理已经积累了相当的经验，但对桥梁的养护还存在“思想重视、技术不足”的现象。BIM技术在桥梁结构的运营阶段具有一定优越性，如何进行科学的管理、合理制订养护维修计划、实时了解桥梁的运营状态，以提高桥梁的服务水平是BIM应用的重点。应用BIM技术，对既有桥梁进行三维模型创建，以三维数字化的形式，整合桥梁既有条线三维模型和数据信息，实现对既有桥梁的直观展示和竣工资料的综合管理。并且，通过进一步采集桥梁运行过程中的动态数据，形成既有桥梁的运维管理数据库，图形可视化展示既有桥梁的运维管理过程及结果，为既有桥梁维护策略、健康状态评估提供数据依据。

结构化工程数据资料，建立完整的桥梁技术档案。既有桥梁BIM模型的构建过程是在CAD竣工图纸的基础上，结合现场实际情况，利用BIM系列软件分别对桥梁的结构、机电、给排水、消防等专业进行BIM信息构建，针对桥梁的实际管理需求，对子系统进行重分类，并进行结构化梳理，形成健全完整的数据库，便于二次利用，为既有桥梁维护策略、健康状态评估提供数据依据，满足管理单位不同层级和部门的管理需求。

精确的维保工作量统计，进行维保合同成本评估。通过既有桥梁BIM模型，可以快速对构件、设备数量，桥面面积进行统计分析，大大减少繁琐的人工操作和潜在错误。通过BIM获得的准确的工程量统计可以用于维护过程中的成本估算、在预算范围内不同维护方案的探索或者成本比较，选择符合需求的维保供应商。

灾害应急模拟，优化应急预案。利用BIM及相应灾害分析模拟软件，可以在灾害发生前，模拟灾害发生的过程，分析灾害发生的原因，制定避免灾害发生的措施以及应急预案。当灾害发生后，BIM模型可以提供救援人员紧急状况点的完整信息，这将有效提高突发状况应对措施。

二、BIM技术的发展趋势

BIM对建筑行业带来革命性的影响，随着BIM技术的深入应用和研究，将进一步细化建筑行业的分工，并能够实现三维环境下的协同设计、协同管理、协同运维，空间模型与环境资源信息深入整合。不远的将来将结合高水平的虚拟现实技术，实现全生命周期管理。公路桥梁BIM技术在未来的发展预计将有以下几种趋势：

(一)无线网络传感器的监控

现在可以把监控器和传感器放置在桥梁结构物的任何一个地方，针对桥梁结构的挠度、应变、自振特性等参数进行监测。然后，再加上温度、空气质量、湿度信息和其他的控制信息。这些信息通过无线传感器网络汇总之后，提供给工程师就可以对桥梁结构的现状有一个全面充分的了解，从而对运营阶段的管养方案提供有效的决策依据

(二)云计算技术的应用

不管是建设成本、运营适用，还是结构分析，针对一些信息的处理和分析都需要利用云计算强大的计算能力。甚至，我们渲染和分析过程可以达到实时的计算，帮助设计师尽快地在不同的桥梁设计和解决方案之间进行比较。

(三)无人机桥检的实现

无人机和传感器配合对待检桥梁结构拍照或者录像和数据采集等，利用BIM技术对采集到的图像信息进行整合，自动生成结合人工修补构建出实景模型。再将传感器和应变片采集到的数据整合，形成一个集数据采集，整理，分析，报告为一体的桥检系统。目前已有这方面的初步研究。

(四)协作式项目交付

BIM 的完美实施，必须通过制定协作式的工作流程来保障，这种流程的再造改变了传统的设计方式，也改变了项目执行的方法，它通过协作将设计师、工程师、承包商、业主的合作变成扁平化的管理方式，通过成果分享，汇聚所有参建方参与其中，在项目的全生命周期中实现BIM的最大价值。

三、结语

BIM 是对传统的建设工程生产模式的一场革命，为项目的生产和管理提供了大量的数据信息，并作为大数据载体，在信息管理系统的协助下对企业的运营和项目管理提供有价值的决策依据。相信随着BIM技术的不断发展，BIM一定能在公路桥梁领域体现它的优越性，增加桥梁设计、施工、运维人员的幸福指数。