桥梁工程BIM技术应用实践

王鑫 解莎莎 王全 常浩宇

桥梁工程作为交通土建工程的重要分支，它是构成公共交通系统的重要结构物，而且桥梁承受行车动荷载、受力复杂，结构上异形构件多，而且在施工中往往易受复杂环境条件制约、施工工艺特殊，施工装备众多、施工质量要求高、施工难度大。

传统桥梁工程施工组织模式往往采用“人海战术”“定人定点”的管理方式，质量管控的好坏完全依赖于现场管理人员个人的经验及能力。桥梁工程属于线性工程，施工战线长，各类施工信息、管理指令传递不及时，各类机械设备及物料资源调动不灵活。桥梁工程施工场地狭窄，垂直运输高度大，往往需要进行二次设计，布置大量施工辅助设施来满足施工要求。故而发掘BIM技术在桥梁施工领域的深入应用，建立基于BIM技术的项目管理信息整合与发布平台，推行基于网络的施工生产协同组织新模式，对于改善传统桥梁施工管理粗放无序，施工随意性大的现状非常有利。

工程概况

广西百靖高速公路的修建响应了国家西部大开发战略，大力发展西南纵深山区基础设施建设，是广西地区“四纵六横三支线”高速公路网的重要组成部分，对改善革命老区交通条件，增进区域经济合作往来具有重要战略意义。

巴更大桥是百靖高速公路全线唯一一座跨越既有铁路线的桥梁，桥址处属碎屑岩区，沿线多维峰丛洼地，地质条件复杂，综合施工难度极大。桥梁主跨跨越德田铁路线，铁路通行对悬浇段施工造成干扰。施工场地狭窄，桥梁预制场地布置困难，T梁预制及架设施工无法依常规方法实施。

在巴更大桥建设施工管理过程中引进BIM技术，并推行以BIM技术为核心的综合项目管理方法，依托ProjectWise协同管理平台，系统管理员根据各专业分工建立库文件，项目BIM人员在施工前完成巴更大桥信息模型的搭建，并且在施工过程中不断录入施工过程追溯性信息。业主、监理、设计院、施工单位可在PW平台随时查看、处理权限内允许查看的项目进度、施工情况、信息反馈等内容。

建模前期统一建模标准，建立项目级workspace，利用AECOsim Building Designer的Family+DataGroup数据结构定义桥梁构件对象，并为模型定制符合施工需要的必要属性信息。利用AECOsim Building Designer工具集中建筑系列工具Parametric Cell Studio（PCS）工具建立参数化桥梁构件，实现桥梁下部结构参数化建模。利用ProjectWise协同平台（PW平台）固化统一建模标准，并作为协同平台整合发布数据信息。在PW平台中建立项目管理信息数据库，随施工过程推进建立施工过程管理档案，实现施工过程动态管理。

巴更大桥建设过程中，对传统项目部人员组织架构形式及工作流程进行了较大程度的变革，除设置工程管理项目经理负责对工程施工管理实施之外另设置BIM技术应用经理一名，负责BIM技术在本项目施工管理过程中的开展及应用，并增设BIM小组作为“四部一室”的连接纽带。传统“四部一室”为执行层，提出施工管理及BIM技术应用需求，BIM小组为“四部一室”进行施工管理提供必要数据信息支持。

BIM技术应用

施工现场采用GPS测量施工线路的地形坐标信息，根据现场勘测结果，利用GEOPAK软件提取测绘数据信息，如DWG、DGN格式的高程、等高线、坐标等数据。模型涵盖了坐标、高程、洼地、地面起伏等施工难以控制的地理特征。GEOPAK提供了方便的数据讀取功能，通过生成的数字地面模型（DTM）可以进行土方开挖的设计、算量等。本工程地处峰丛洼地，高边坡开挖、高填方施工段比较多，在GEOPAK软件的中，通过开挖前后的测量数据生成地模，通过地模相对地模的方法能精确地计算出土方开挖量、回填量、平衡量，极大地方便了施工规划及路基开挖、回填施工算量。

由于巴更大桥所处的地理特征原因，施工现场各类设施布置十分困难，本项目利用三维数字地面模型进行施工总平面布置，设计多套布置方案。本工程主桥采用预应力钢筋混凝土T型梁，由于制作要求精度高，且横截面形式多变，综合多方面考虑，T梁制作采用定型钢模版，钢模板的拼接采用多段式，为了便于横坡调整，采用可调整的支撑螺杆来实现翼缘板的坡度。本工程考虑到T梁制作工艺的关键性，为保证施工质量，采用Bentley公司的MicroStation软件对T梁定型钢模板进行深化设计，模板构件采用定型化，对面板、背筋槽钢、模板支架、横坡调整支撑螺杆、横隔板等建立构建模型，模型精准，且结构合理。模板制作加工准确，且符合规范要求模板平整度，减少制作误差。

山岭地区的T梁运输是本工程的施工难点之一。根据现场实际情况，通过BIM方案模拟，在方案设计阶段发现提升架的宽度宽于梁板吊装孔的宽度。为解决此施工问题，BIM人员利用AECOsim软件设计添加在T梁两端用于垂直起吊的提梁扁担。通过精细化建模，并动画模拟钢丝绳穿过吊装孔、牢牢套住T梁的两端并将钢丝绳两端与钢扁担连接、插销子固定的施工过程，确保T梁平稳提升，解决了提升站提升架梁的技术难题。

跨越铁路线桥梁施工段为避免对列车行驶造成干扰，同时避免铁路接触网高压电压（2.75万伏）对挂篮施工的影响，确保通车及施工安全。本项目通过BIM技术设计在跨线区域设置沿铁路线的安全防护棚，对铁路线路实现封闭式防护。防护棚采用混凝土基础、钢管支撑柱，顶棚设置绝缘材料，充分保障了施工及通行安全。

施工模拟主要表现工序及工艺两方面，为保证工程质量，本工程以BIM技术为依托，采用工序、工艺模拟施工进行三维技术交底，利用MicroStation软件的三维可视化功能进行三维动画模拟。由于T梁制作工艺复杂，而且T梁的质量好坏直接影响桥梁结构稳定性、安全性和美观性，故T梁制作质量控制需做到精细化;架桥机架梁施工是本工程质量控制的重点，提高T梁架设精度、架桥机行走移动的安全控制等，通过BIM技术将工程施工中可预见的和不可预见的进行三维施工模拟，为项目提供了极大的技术支持。

动画模拟是通过模型元素得以实现的，模型建立采用AECOsim软件，首先通过三维精确定位来确定模型相对位置关系，再建立预制梁场、龙门吊、天车、T梁、模板、桥台、墩柱、架桥机等三维模型。T梁钢筋模型采用ProStructures软件完成钢筋的布置。当各素材文件建立完成后进行动画编辑。MicroStation提供了一套完整的动画编辑器，通过简单的操作可以实现动画制作效果。本工程根据施工工艺及工序定义素材角色，利用关键帧编辑角色动画时长。动画编辑完成后，可通过软件的输出功能，直接输出视频，也可渲染输出图片序列，通过第三方软件生成视频效果。

通过三维施工模拟，颠覆了施工现场传统的纸面交底，交底内容更丰富且形象直观，并且不同作业层都可以明确质量控制要点及工序安排。从项目管理角度来讲，施工工序模拟能提前预演施工方案的可行性，并以三维模型指导施工作业，检查分析现场质量偏差，合理控制施工进度，提出改进措施。

本项目桥梁采用BridgeMaster软件建立模型，通过信息模型，巴更大桥施工实现了材料量精确控制、材料预提、过程控制、结算等方面全部在BIM信息模型基礎上进行。模型搭建完成后，即可实现工程量输出。

在施工管理过程中可以通过模型信息处理，对钢筋进行编号，钢筋报表控制材料进场量，减少浪费及材料过载堆放，钢筋下料、制作可以根据数据库实现精确施工。混凝土材料量统计精准高效，施工前输出即将浇筑部位混凝土量，合理计划每次浇筑方量，避免不必要的材料损耗。

在经营算量方面实现了快速提取、快速输出工程量清单，包含工程量、供货方、施工方、进场日期、施工日期、型号等，清单内容详细且与工程联系紧密，形成了系统化的数据库，有助于项目风险管理、外包采购管理、沟通协调管理等多方面。

在巴更大桥施工中，公司发挥BIM技术优势全过程采用信息化管理模式。以BIM模型为数据信息载体，三维模型整合集成施工管理必要信息，最终发布在ProjectWise服务器，项目参建方依据各自权限，实时调用信息模型，提取信息。通过PW平台，保证“一个模型，各方通用”，从而确保施工信息传递的一致性，实现高效协同作业。

BIM应用效果和经济效益分析

本项目通过BIM技术的应用，对构件进行了优化设计，项目实施全过程通过模型属性信息进行管理，改变了传统的管理模式，从而提高了项目施工效率，节约了大量施工成本。并对构件采用cell单元库管理模式，形成了系统的数据库文件，方便模型调取。

BIM技术可以为项目提出最佳的优化设计解决方案，通过模拟施工、精确算量，为项目决策层提供可靠的技术依据，本项目仅在巴更大桥T梁垂直提升架设一项上，节省15万元，工期缩短56天。