基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究

赫竞

摘要：桥梁工程施工技术不断发展，大跨度桥梁的应用逐渐增多，因此其使用功能备受关注。桥梁建设过程中，存在诸多安全隐患，施工成本相对较高。 BIM能够实现三维建模，借助可视化技术，对工程进行直观展示，该种技术在桥梁工程中应用，能够有效提升工程施工效率，提高各项数据的准确性，因此对该项技术进行研究意义深远。本文根据笔者工作实践，对基于BIM的桥梁工程设计与施工优化进行了分析和探讨。

关键词： BIM;桥梁工程;设计;施工

1 桥梁工程施工可视化

通过建立完备的路桥隧三维数据模型，实现长大线路测量内外业一体化及施工测量的精准管控，是现代路桥施工测量与管控技术发展的主要方向，相关的研究与应用可有效提高项目施工测量工作效率，降低或杜绝项目施工测量错误，提高项目施工测量管控及信息化和标准化应用水平;另外，能够建立统一的路桥三维数据模型，并提供丰富的临时结构设计的专家技术支持，也是路桥施工行业BIM 技术应用的重要内容。可视化主要是使用计算机先进技术——图像显示技术、图像处理技术等，对抽象的信息进行适当的转换，使其形成直观的图像展示在人们面前。当前，现代化技术迅速发展，而可视化技术也实现了一定的突破，二维平面技术已经不能满足人们的需求，而三维立体技术取而代之。三维立体模型的表现比较真实，可以把全部信息直观的展示在用户面前。可视化程度是工程时效的一个重要标准，传统可视化技术多数为二维的CAD图像，三维3DMAX模型。当下发展的BIM技术可视化程度相对较高，和3DMAX相互对比，该技术操作起来较为简单，模型所占据的内存相对较小。 BIM技术所搭建的三维模型，包含的项目中全部真实信息，例如建筑的几何尺寸、相关参数等。 BIM技术搭建过程中，也是对工程建设进行模拟的过程，可以促使施工各个参与方得到各自的信息，从而直接参与到施工活动当中去，提升建设进度，同时还能够提高相互之间的沟通、讨论和决策。

2 基于BIM技术的桥梁施工可视化技术

基于BIM技术的桥梁施工可视化技术主要是搭建三维可视化模型，对建筑工程建设过程进行成果展示。该项技术所借助的媒介为BIM建模软件和BIM应用平台。主要构成模块为数据层、平台层和应用层。其中的数据层是一种数据库，其中包含各种类型的信息，如几何信息、物理信息，在施工过程中所附加的相关信息和管理信息等。在相应的平台层主要是对信息当中的不同信息作出有效的分析和组合，比较常见的软件平台有Naviworks、DELMIA等软件。应用层属于在对工程项目进行管理和决策过程中的一种支撑源泉，而应用层主要是借助施工优化系统、动态管理系统、施工碰撞检测系统等提供支撑。

3 基于BIM的桥梁工程设计与施工优化

3.1 BIM 与初步设计

在对桥梁工程进行初步设计时，需要确定桥梁方案 ，明确桥梁的总体结构 ，其中包括：对桥梁平面、立面和断面进行规划布置，确立桥梁位置和桥梁上、下部结构等。 在使用 BIM 技术时，设计师可以用不同的设计构想构建数字化和参数化的三维模型，根据模型生成对应的平面图，BIM 技术可以直观地表现出设计方案存在的问题，再通过参数对方案进行调整、优化，使桥梁工程具备一定的实用性。另外，使用 BIM 技术建立方案模型，可以为业主提供良好的沟通平台，确保满足业主的实际需求。

3.2 基于BIM三维模型的测量应用

利用RBCCE创建的桥梁三维数据模型，可以方便得到以下计算成果：（1）桥梁平面布置图，包括承台、桩基、给定高度的墩身、墩顶、垫石、支座、主梁平面图，从该平面图上可以检查到桥梁布置的左右梁缝、曲线偏心、纵向偏心及预偏心（本桥没有预偏心）、桥台双偏心等桥梁布置的特征数据;（2）查询到承台、桩基、墩身、墩帽、垫石、主梁上任意点三维坐标，并以EXCELL表格形式批量输出，可以用于桥梁施工的坐标放样及测点检查，将 RBCCE 应用软件装载在平板电脑上，可以实现基于统一模型内外业一体化测量作业。

3.3 基于BIM施工现场布置

对桥梁项目进行具体施工过程中，多数处于偏远山区，或者在一些丘陵地带，施工所在地的地形相对复杂，这种情况下，对场地进行有效布置，属于施工准备阶段的重要内容。利用RBCCE平台对BIM技术进行应用，建立三维模型，能够比较直观和形象的展示工程施工场地的布置情况，技术人员使用吊装设备，对施工道路进行合理规划，能够促使施工现场机械设备覆盖率有所提高，并且还能够降低材料运输以及起吊费用。使用现场三维BIM模型，对模拟材料进行直观展示，对钢梁进场、起吊过程以及运输空间需求等进行模拟，从而反应项目四周的真实情况，对场地进行科学合理的布置。

3.4 基于BIM可视化施工模拟

利用BIM技术进行可视化模拟，主要是对现场施工方案和BIM技术进行有机结合，创建的三维数据模型可以作为桥梁临时结构设计与计算、连续梁桥及刚构桥悬臂施工仿真计算的基础数据，再利用 RBCCE 提供的各种大小模式，完成常见临时结构的设计优化与结构的查询计算，或自动生成三维MIDAS模型进行三维空间计算，目前可以实现计算对象包括各种梁柱式支架计算、挂篮计算、托架计算、模板计算、钢板桩及碗扣满堂支架、钢便桥等常用临时结构进行建模优化设计，并得到相应的计算结果及临时结构的三维造型，可以对项目施工技术管理及项目挖潜增效带来的积极影响。

3.5 基于BIM技术的桥梁施工可视化管理

当前，我国桥梁施工管理主要是将二维方式为主，针对部分多标路段、工序比较繁琐的工程项目而言，很难全面统筹或者进行精细化管理。以BIM技术为基础，实施可视化施工管理，主要是使用三维激光扫描、条形码、二维码等技术，对现场3D模型和施工进度计划相连，然后和施工资源信息结合为一体。借助RBCCE平台对工程项目管理中的进度计划、成本计划、进度偏差、进度执行情况等进行纠偏。然后以BIM技术为依据，对施工进度、人力、设备、成本、安全等实施4D动态集成管理。例如可视化交底，对BIM模型三维截图和相关施工模拟视频、施工进度计划之间相互连接，然后导入到BIM施工管理平台当中去，此后借住管理平台和手机客户端相互连接，对结构三維形象和相应工序操作视频向现场技术人员的手机上发送，然后现场可以借助手机直观的对结构形式有一个相应的了解，通过这种方式，现场人员可以查询施工方案、施工计划、风险源识别等技术文件。

使用 BIM 技术，可以模拟施工过程，使施工人员充分了解工程结构和施工工序;可以对工程结构和施工工序的合理性进行有效分析，一旦发现问题，及时上报给项目负责人， 对施工方案进行优化调整;然后再进行模拟。

通过 BIM 技术对桥梁工程进行优化调整，可以有效发现工程中存在的问题， 并且及时予以解决。这种方式极大地优化了施工管理，从传统被动式转为主动式，从而降低了施工过程中出现问题的概率，简化了施工进程，通过可视化模拟施工过程中的重点、难点工作，有效提高了管理人员的工作效率，保障了施工人员的人身安全。

4 结语

总而言之， BIM可视化技术能够实现三维建模，实现对桥梁工程的可视化施工和可视化管理，从而提高工程施工质量以及施工效率。RBCCE建立的桥梁三维数据模型可以作为桥梁临时结构设计与计算、连续梁桥及刚构桥悬臂施工仿真计算的基础数据;可以利用RBCCE提供的各种大小模式，完成常见临时结构的设计优化与结构的查询计算，或自动生成三维MIDAS模型进行三维空间计算，可以实现计算对象包括各种梁柱式支架计算、挂篮计算、托架计算、模板计算、钢板桩及碗扣满堂支架、钢便桥等常用临时结构进行建模优化设计;通过连续梁桥及刚构桥悬臂施工仿真计算建模操作可以快速得到能够反映连续梁桥及刚构桥的悬臂施工仿真计算的MIDAS命令流，可以广泛应用于该类桥梁的线形与应力监控;得到相应的计算结果及临时结构的三维造型，可为后续的 BIM 技术应用提供了有效支持，对项目施工技术管理及项目挖潜增效带来的积极影响。

参考文献：

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[2] 李彩霞，林广泰，王建军，等. 基于Digital Project的BIM软件在桥梁施工中的应用[J]. 西部交通科技， 2017（2）： 48-51