基于BIM 技术的装配式桥梁工程建设研究

夏超

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

随着科学的快速发展，开启了建筑信息化建设发展时代，通过构建建筑模型，规划建筑工程建设方案[1]。目前，应用比较多的技术为BIM 技术，利用此项技术可以打造可视化建筑模型，使得装配式建筑构件安装更加专业化[2]。据统计，我国越来越多的装配式建筑工程项目规划选择BIM 技术作为核心工具，提升了工程建设水平[3-4]。笔者以某装配式桥梁工程为例，探究BIM 技术在此类工程中的应用方法，并分析应用效果。

2 项目概况

某装配式桥梁工程建立在城市交通中心，东部与会昌路连接，西部与新世纪大桥连接，沿着兴国路等线路敷设，桥梁总建设长度为4.2km，作为城市快速路。其中，主路部分采用高架方式敷设，避免与其他交通道路冲突。该项目最大跨度为60m，设定的标准跨度为30m，标准宽度为25m。为了满足城市交通需求，尽可能避免工程建设对城市交通造成影响，本项目采用预制装配式工艺施工。其中，项目桩基数量650，预制盖梁141 座，预制墩柱315 根，预制小箱梁较多，数量为820 片。

3 装配式桥梁工程信息化建设方案

装配式桥梁工程建设工艺通过构建桥梁模型，计算桥梁建设所需材料，更加精准操作施工设备完成装配式桥梁工程施工。实际上，此类工程建设质量提升的关键在于工程模块化建设，所以构建桥梁工程模型显得尤为重要。

3.1 预制构件的参数化模型

装配式桥梁使用到的构件类型较多，需要根据工程建设需求，对各个参数做出相应调节，使得多类型构件建立速度得以提升。关于参数化模型的建立，采用拼接方式建立敲标段桥梁模型，作为项目施工管理基础[5]。

3.2 基于软件开发的预制构件

由于项目预制构件内部结构比较杂乱，涉及的钢筋型号较多，需要根据桥梁建设工程方案分别布设至不同位置。目前，大部分项目仍然采用人工管理方式，核算项目构件，计算相关数据信息，作为项目施工参考研究[6]。然而，这种管理方式不仅需要消耗大量的人力资源，而且还存在一定误差。信息化时代的到来，打破了传统装配式桥梁工程预制构件模式，引入BIM 技术，通过创建钢筋模型，观察三维立体结构模型中各项指标数据及结构分布特点，获取桥梁施工重要信息。

虽然当前建立的钢筋模型可以提高工程图纸辨图准确性，但是工程软件自身的设计应用功能有限，加大了桥梁结构中桩头螺旋箍筋模型建立难度。为了解决此问题，本研究提出软件二次开发利用，在当前制作出的螺旋箍筋结构基础上，利用BIM 技术采取可视化处理，降低模型建立难度，从而得到二次建模结果。例如，箍筋模型的二次建模，如图1 所示。

近年来，BIM 技术二次软件开发在很多项目中有所应用，大部分项目验收结果显示，此项技术在装配式桥梁工程中可以降低模型开发难度。

3.3 桥梁结构信息化模型

图1 软件二次开发下的箍筋模型

利用软件二次开发桥梁模型，得到桥梁内部结构，通过开发各部分结构模型，从而得到完整的桥梁信息化模型，如图2 所示。

图2 桥梁结构信息化模型

本项目使用到箱梁共计14 跨，主要由腹板、横梁顶板、底板、节点板、加劲板等多个组件构成。由于箱梁内部结构比较复杂，为了提高桥梁稳定性，必须提升各个钢板之间焊接操作精准度。考虑到现场施工可能出现误差或者错误操作等情况，利用BIM 技术，建立钢箱梁可视化模型，通过计算机显示屏观察各个部件装配情况，从而实现对现场施工的实时监督。

4 BIM 技术在装配式桥梁工程建设中的应用

选取BIM 技术为桥梁工程建设载体，构建一体化建筑施工模型，以此提高桥梁工程建设效率。

4.1 工程项目图纸会审

桥梁工程建设实施中，首先需要确定项目图纸是否正确可行，从而保证后续施工的顺利推行。因此，对项目采取审阅是工程建设的重要环节。传统图纸会审采用人工审核方式，通过人工识图，修改工程图纸。由于图纸会审工作量较大，不仅给员工带来了较大工作压力，而且存在漏查等情况。为了避免此类问题的产生，利用BIM 技术，设计三维立体桥梁模型，使得桥梁内部构件等相关信息更加直观，将数据代入Midas 等软件，通过计算机自动化审核图纸方案，得到各个结构的受力分析结果，从而快速审阅项目图纸。

例如，会审钢结构图纸。利用BIM技术建立三维立体化钢结构模型，以项目施工合同中的钢结构施工要点作为依据，分析当前设计的图纸中各项指标及结构是否符合项目施工要求。其中，钢结构中各个节点受力是分析的重点。利用Navisworks 分析数据，按照工程标准设置误差允许范围，通过计算受力等参数数据，经过数据对比分析，确定图纸施工可行性。另外，立体化模型还可以更好的展示桥梁结构，各个构件所处位置及使用量均可以显示出来。所以，借助立体化模型可以得到各个构件数量信息，与工程构件清单进行比对，准确完成工程构件清单核对工作。

4.2 可视化模型的构建

构件拼装和预制是装配式桥梁工程施工的核心，为了顺利完成这些工作，提高操作精准度，提高了桥梁施工工艺要求。以往采用的交底作业方式已经无法满足工程施工质量要求，需要将二维图形转化为三维立体图形。由于BIM 技术具有可视化功能，所以选取此项技术作为装配式桥梁工程实施核心工具，针对工程施工流程中的控制要点和施工难点进行模拟，利用AR 技术打造可视化桥梁模型，从而为现场作业提供更加清晰的桥梁结构图。如图3 所示为基于AR技术的可视化桥梁模型。

图3 中左侧图为传统二维技术构建的桥梁模型，右侧图为AR 技术打造的桥梁模型，具有可视化功能，对比两图特点可知，可视化桥梁模型更加清晰，可以作为此类桥梁工程施工参考依据。

4.3 基于BIM 的装配式桥梁工程建设优化方案

BIM 技术是一种利用计算机软件打造可视化图形的现代化技术，主要用于设计阶段，依据工程建设需求，构建可视化模型，使得工程设计更加专业化。本文利用此项技术对场地布置进行优化，构建桥梁工程模板可视化结构模型，模拟施工工序，从而达到优化桥梁工程建设方案的目的。

1）优化场地布置方案

利用BIM 技术可以建立三维桥梁结构，经过图纸会审、构件清单核对等一系列审核工作的开展，确定此方案无误后，可以通过此项技术直接输出二维施工图。此图中可以显示出施工场地各个位置需要建设的建筑信息，得到平面图纸，该图纸作为桥梁施工的参考依据。通过观察图中工程建筑布局，掌握工程场地布置整体情况，根据施工需求及时调整。

图3 基于AR 技术的可视化桥梁模型

2）构建桥梁预制构件模板可视化结构模型

在设计模型时，为了满足混凝土浇筑要求，以500mm 为间隔距离布设龙骨，使得浇筑更加严密。考虑到构件模板之间存在缝隙，利用螺栓连接两个相邻的龙骨，从而减少模板之间缝隙。由于龙骨长期作业会因磨损发生形变，为了保证桥梁结构稳定性，利用BIM 技术分析各个构件和节点的受力情况，如果发现当前龙骨稳定性较低，可以采取加装钢块方式进行处理，使得结构耐受力有所提升。

3）模拟桥梁工程施工工序

由于桥梁工程施工较为复杂，为了尽可能降低施工安全风险，从工程施工工序层面出发，利用BIM 技术模拟工序。通过观察三维模型中当前工序设计方案的实施效果，挖掘工序方案中存在的问题，并及时改进。

4）应用效果分析

此次应用分析以工程图纸会审、工程施工与维修作为指标，将该模型与传统二维模型的应用效果进行对比分析，从而判断本研究提出的工程模型在装配式桥梁工程中应用更具优势。统计应用结果，如表1 所示。

综合对比表1 中传统桥梁工程模型和BIM 技术工程模型的应用效果可知，BIM 技术的应用优势更大。

5 结语

本文围绕装配式桥梁工程模型建立问题展开研究，选取BIM 技术作为研究工具，提出可视化模型构建研究内容。本次研究借助计算机软件构建工程模型，通过软件二次开发，充分发挥工程模型作用。应用结果表明，BIM 技术的应用支持工程工序准确模拟，有助于装配式桥梁工程建设质量的提升。

表1 BIM 技术应用效果对比分析统计结果