建筑信息模型在桥梁工程中的应用探究

黄婧，左兴龙，陈琴梅

（内江师范学院建筑工程学院）

1 引言

桥梁工程因工程量大，施工难度高，环境复杂，一直是建筑行业的硬骨头。由于这些特性，桥梁工程的各个阶段都有较高的技术要求，这也提高了对从业人员的标准要求。同时，在传统桥梁工程中因为其复杂性和高标准，设计阶段的工作效率一直比较低，一旦出现某些错误就很可能需要重新来，其中有大量的无用功。而在施工阶段，协调各个部门的工作也是一件不容易的事情，因为施工现场的具体情况而做出的施工计划的变更也不能在第一时间传达到各个施工部门，并做出相应的调整。在桥梁的运营维护阶段，制定整座桥梁的运营维护方案也是一件耗时耗力的工程，而且仅凭人力难免会有疏漏。而将建筑信息模型引入到桥梁工程的各个阶段能有效地提高整体效率，节约工程成本，创造出更大的经济效益。

2 建筑信息模型的特点及优势

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）的根本理念是通过采集建筑工程中的各种信息，建立一个建筑工程的模型，全程模拟建筑工程从设计阶段、施工阶段到运营维护阶段的实况。开放、中立、协作依然是建筑行业的基调。为了让建筑信息模型得到更好的发展，业界大力推动了建筑信息模型标准的应用，促进个人建筑信息模型认证（建筑行业将根据各自的经济能力进行培训工作），同时，更多的采用开放建筑信息模型流程[1]。建筑信息模型的建立是现在多种技术的结合，是其包含在内的各种先进技术的能力的互补，因其具有可视化、模拟化、优化性等特点，有利于各种建筑工程（桥梁、道路、市政水利管道、装配式建筑、隧道等）提高工程整体效率，降低施工难度，减少不必要的设计成本，并且通过建立建筑信息平台来达到信息共享，帮助工程中的各个部门协同合作。

1）可视化

建筑信息模型是通过参数建造的三维模型，可以将桥梁工程从大到小、事无巨细的呈现出来，包括桥梁的整体结构形状到桥梁中某一构件的大样和参数。较之平面设计图纸，其识图更加方便，减少碰撞冲突，使整个桥梁工程透明化，更有利于后续的施工阶段与运营维护阶段。

2）协调性

建筑信息模型构建了一个可以实现信息共享，数据动态更新的交流平台。通过这个平台，凡是参与了这个工程项目的相关部门都可以实现信息实时共享。同时在桥梁工程的施工阶段，各个部门协同合作时，某一处发现问题并进行了数据的更改，那么其他相关的部门也能在第一时间收到反馈，并根据反馈对自己的施工计划做出相应的调整。这样的工作模式大大提升工程建设的效率。

3）模拟性

建筑信息模型不仅可以根据参数和相应要求建造模型，它同时也具备很强的模拟性能。它可以在预设模型的基础上模拟光照，温度，风环境等工程项目周边自然环境，还可以模拟出施工场景，包括人员，材料，大型器械的安排，场地内各个不同功能区域的划分。而在加入时间因素的条件下，建筑信息模型还可以模拟出随时间的推移，施工工程进度的变化。

建筑信息模型是一种结合了多种技术，包括：三维建模、云平台、统筹计算、环境信息采集与模拟等。它是多数技术的集合体，拥有多种技术的优点，但它并不是单纯的1+1=2 的结合，它的结合甚至使技术体现了1+1＞2 的效果。建筑信息的运用不论是在提高工程效率，提升工程质量，加强各工程部门之间的协同合作方面都有着出色的表现。特别是在桥梁工程这种设计要求高，施工难度大，后期运营维护程序复杂，建设期间不可控因素多的高难度工程中，建筑信息模型的应用，实乃桥梁工程建设的 福音[2]。

3 建筑信息模型在桥梁工程各个阶段的应用

3.1 建筑信息模型在桥梁工程设计阶段的应用

桥梁的设计阶段一直是整个工程项目实施过程中技术难度高，计算量大，设计任务繁重，成本高的阶段。建筑信息模型的应用能有效地较少工作量，提高工作效率，具体应用如下。

1）建立模型

建筑信息模型通过收集建筑工程数据资料，施工地点周围地理环境资料进行资料的整理和施工环境的模拟，让桥梁工程的设计工作落到实地，不脱离现实，更具有实用性。同时，其建立的模型不仅仅是桥梁的整体外形，还细化到桥梁的各个部位、构件、材质。这样细致有条理的建模极大程度上节约了设计时间，减少了设计成本，提升了设计效率[3]。同时，我们可以通过对特定部位的模拟放大，结合实际环境条件，减少了设计与施工的矛盾，不会出现因设计过于理想化而施工困难甚至无法施工的情况[4]。并且，建筑信息技术建立的模型不仅是桥梁工程所需的全桥模型，还包括地质模型。该模型通过卫星扫描、无人机航拍、地质勘测等方式获取相关地理地质信息，构建施工地点的地质模型。地质模型与全桥模型的结合运营才能使整体的设计效率显著提高，减少设计成本[5]。

2）导出图纸

在生成设计图纸阶段，由于建筑信息模型有之前各种工程相关的数据库，生成的图纸具有更详细、更形象、更清晰的特点，更有利于工作人员的辨识。同时，通过建筑信息模型导出的图纸种类更丰富，包括：平面图、纵横立面图、剖面图，各部位三维模型，构件详图。较之二维平面图更具有优势。而且，建筑信息模型具有信息交流平台，可以起到信息共享的作用。在适应多变的环境是，对设计不断进行优化和调整，信息的共享可以使各个部门在最短的时间内对自己负责的工作进行调整，以达到各部门协同合作的目的。而且图纸的不合理处的修改也只需修改一次，因为所有的数据都是共通的。这样，大大节约设计时间，提高了桥梁工设计的质量[6]。

3）工程量的计算

因为在建模时用到了各种详尽的数据，所以可以轻松的制作出桥梁工程的工程量统计表格。而在对某项数据进行调整时，该表格的数据也会在相应的规范下自行做出相应的调整。从而在该数据表格的基础上，对桥梁工程进行精确的成本计算[7]。

4）设计分析

在桥梁工程设计阶段，设计成果不是一次性成型的，需要经过多次的修改、反复校准、解决问题。在平面设计阶段，这是一件很麻烦的事，需要不停地重复，非常的繁琐费时。而建筑信息模型的运用，可以在直接对桥梁设计进行评估、校核并生成报告，效果显著。桥梁建设的各个单位就可以根据这些报告提出修改意见，并立刻就能看到修改后的效果，这样省时省力，大大提高了设计效率[8]。同时，我们还可以运用建筑信息模型来实现桥梁工程的碰撞检查，包括时间流程碰撞和几何碰撞，这减少了后期桥梁施工时的麻烦。

3.2 建筑信息模型在桥梁工程施工阶段的应用

在桥梁工程的施工阶段，我们可以利用建筑信息模型的可视性、模拟性、参数一体化、可优化性来提高施工效率和工程质量。可以根据在设计阶段建立的模型，结合施工环境的实际情况来挑选和安排合适的施工团队，制定施工计划。因为建筑信息模型可以呈现三维模型，可以更有利于施工人员识图，减少因对图纸不理解而造成的问题。同时，施工人员可以在接触实际施工环境后对设计图纸进行分析和审核，尽力避免因图纸与实际不符而造成的返工等问题[9]。

凭借建筑信息模型，可以进行场地的布置，人员、器械的进出场与安排，还可以借助建筑信息模型提前模拟出施工环境，如：材料的进出与堆放，工人生活设施的布局，各项工程的活动区域划分等。在此基础上可以合理的安排人员的进出场的次序，设备的采购时机，大型器械的进出场与安置。还能借助建筑信息模型的数据库对施工原材料进行合理的控制，包括材料的种类、参数配比、数量和市场行情等，以求在符合施工质量要求的前提下，购买最高性价比的施工原材料[10]。因此，在有效地控制施工成本与人力资源的同时，使施工管理更安全合理[11]。

建筑信息模型具有模拟时间线的能力，可以有效地控制施工进度，进行实时管理。合理安排工期，避免延期、滞工、工程冲突等问题。同时，基于参数一体化，我们可以对工程的资金成本形成动态管理。而这一系列的模拟与参数化也为安全决策的提出提供了支持[12]。

建筑信息模型可以在桥梁工程施工阶段公开设计数据，分享给参与桥梁施工的各个部门，缩短了各部门之间的沟通距离，也减少了生产桥梁构件的厂家生产时的构件误差。数据的公开，可以对施工资源进行合理的控制与安排，避免了施工资源的浪费。

3.3 建筑信息模型在桥梁工程运营维护阶段的应用

在桥梁工程的运营维护阶段，通过借助建筑信息模型构建的全方位信息平台实现多方单位信息共享，有效提升管理效率。同时，运用建筑信息模型的可视化、模拟性的特点实行工程全程实时监测，特别是对整体工程进行分析后列出的薄弱环节的重点监测，可以让我们在第一时间做好预防工作。而建筑信息模型信息共享平台的信息变更、动态更新与透明化也为建筑工程多方单位开展协同管理提供了基础[13]。

通过建筑信息模型，可以借助桥梁工程的信息模型和施工信息定制一套合理的运营维护方案，保证桥梁工程的合理运营。同时，为响应国家节能减排的号召，对桥梁工程的运营阶段进行最大程度的资源利用，避免了能源的浪费。一般情况，此项工作对人员专业素质要求较高，操作难度不低，因此可以利用建筑信息模型对桥梁设备进行实时能耗监测，并将数据上传至评估网站，从而制定最低能耗的维护方案，以延长桥梁的使用寿命[14]。建筑信息模型与GPS 技术的结合，将整个桥梁工程根据不同的条件进行分段管理，再针对特定段进行深入运营维护方案的制定。

建筑信息模型可以将桥梁工程的各种信息数据化，构建起一致化的数据信息模型，通过此模型，可以利用计算机对其进行数据分析处理，并对这些信息进行统一化的管理。同时，根据此模型针对传统的运营系统进行优化和调整，建立一个全新的、高效的系统。该系统的建立也在一定程度弥补了因人员自身专业能力的不足而造成的运营方案的不足。这样有效降低了工作强度，提升了工作效率[15]。

4 结语

建筑信息模型的优势可以在桥梁工程中得到充分的发挥，有效地提高效率，减少工作量，节约成本，创造巨大的社会经济效益。但是在桥梁工程中应用建筑信息模型还在初级阶段，还需进一步加深建筑信息模型与桥梁工程的联系，继续挖掘两者结合的巨大发展潜力。