BIM 技术在道路桥梁工程中的应用

袁凯阳，尹锦明，盘奕彤，曾宇豪，梁玉敏，项侃

南京理工大学泰州科技学院城市建设与设计学院，江苏 泰州 225300

BIM 的理念最初起源于1975 年乔治亚理工大学的Chuck Eastman 教授，他在自己的一个课题中提出了“A computer-based description of building”。经过多年的研究发展，在20 世纪80 年代，芬兰的一位学者提出了Product Internation Model 系 统；2002 年，Autodesk 公司推出BIM 软件。随后Bentley 和Graphisoft 两大软件公司，也推出了自己的BIM 软件，BIM 技术开始成为一种可视化工程建模和提高工程建设效率的工具[1]。近年来，BIM技术在我国的应用越来越广泛，实践表明，应用BIM 技术可以降低工程成本、提高工作效率、缩短工程时间。相较于房屋建筑工程，BIM 技术在道路桥梁工程中的应用还不充分，文章主要阐述BIM 技术在道路桥梁工程中的应用情况，为BIM 技术的应用与发展提供参考[2]。

1 BIM 技术在道路工程中的应用

BIM 技术因具有在三维表达、信息集成与传递方面的优势，故在道路工程的前期规划、设计、施工与运维阶段都有相关的工程应用。

1.1 前期规划阶段

（1）GIS+BIM 模式。如今，GIS+BIM 模式是道路工程的设计规划阶段的一个重要方向。GIS 主要用于空间地理信息分析，而BIM 主要用于建模，两相的结合将环境与项目紧密联系，使设计阶段可以根据实际情况进行正确合理的设计。例如，重庆港城工业园区B 区路网工程运用了GIS+BIM 模式，使路网与周边环境完美融合，不仅提升了工程的科学性和合理性，而且降低了成本[3]。但是，目前GIS+BIM 模式仍然处于初期阶段，GIS 和BIM 还不能实现实时信息共享，一般先在BIM 中建模再到GIS 中查看，或者先由GIS 采集信息再导入BIM 软件中进行设计建模。无论是哪一种方式，其信息的传输效率都不高，还可能会出现信息缺失或软件不兼容等情况。

（2）BIM 与无人机航测的结合。无人机测绘已经逐渐应用在实际的道路勘察过程中，其影像资料将在软件中形成三维图像，然后作为BIM 道路模型创建的重要依据[4]。现在，无人机可以轻松捕获数据，通过各种软件平台很容易实现数据建模、管理和共享，使其成为GIS 分析师、测绘师以及飞行员等用户的资源。无人机测绘可利用AI 规划飞行路线，其具有强大的智能化数据处理和分析能力。在此基础上，再由人工加以补充，便可初步确定选线设计。其所有的数字信息都可以为接下来的工作提供依据，从而在BIM 的全寿命周期管理系统中发挥作用。

1.2 设计阶段

（1）软件工具。目前，国内尚无BIM 技术较强的软件公司，Autodesk 公司和Bentley 公司的软件被大多数设计和施工单位选用，还有的单位选用了国内的纬地和鸿业软件。同时，国内公司在软件二次开发方面做了不少工作，取得了一定效果[5]。

（2）道路专项设计。在三维地形建立后，就可以进行道路的平纵横设计。在三维环境中分析道路，可以检查道路是否与实际地形相匹配，判别与控制物之间的冲突以及影响程度，也可以通过漫游等形式从汽车驾驶员或者空中视角来判断行车的舒适性和道路的安全性等问题。三维环境更加有利于设计人员进行纵断面设计，在软件中可以直观地展现道路填挖的程度以及平纵组合的分析情况。横断面可采用装配式的设计方法，通过不同模组的相互组合，准确表现道路实施过程和实施后的情况。由于道路设计中的地形和平纵横断面都是在同一个数据空间中进行的，因此可以调整不同子项的数据模型[6]。

（3）道路附属设施设计。一个完整的城市道路设计不仅包括道路自身，还包括桥梁、地下管线、交通设施、路灯、绿化等内容。这些附属类设施可以在BIM 中创建模型与道路主体关联而得到一个综合的数字化模型。这不仅提高了项目文件的整体性，将离散的各子项整合到一个文件中，也便于设计人员进行全面的把握与设计，防止在子项调整修改时出现遗漏。

1.3 施工阶段

（1）对接设计环节。在多方会审和图纸交底时，设计单位可应用BIM 技术提供可视化施工设计图，而施工单位可以采用BIM 技术制订施工方案[7]。BIM 技术能够让施工单位通过三维可视化技术结合施工特点将实际施工方法、流程等通过BIM 技术预先模拟，从而提高施工的质量，确保施工的精准度。不过目前路桥方面BIM 技术还处于初期阶段，没有房屋建筑方面成熟，设计阶段的模型在施工阶段还不能直接使用，需要施工单位重新建立施工模型。同时，道路模型不同于建筑模型，暂时没有一款软件能完美胜任其要求。

（2）安全、质量、进度、成本管控。目前，“BIM+VR”技术被用来进行施工安全分析和排查安全隐患，以此保障施工安全，但是“BIM+VR”软件仍不成熟，在实际环境中不易执行或执行过程出现冲突。质量、进度、成本的管控都依赖于多软件融合和协同平台建立[8-9]。然而各软件并非同一公司研发，且不同软件其程序各有不同，协同使用时常出现不兼容的问题。各专业人员协同共进是为达到协同平台建立的目的，但软件的不兼容以及各专业标准的不同，势必会对项目的实施造成影响。

（3）运营维护阶段。BIM 技术与运营维护管理系统相结合是运营维护阶段的一种应用，在运营维护时使用BIM技术可以科学且有效地协调设备与空间之间的关系，并对可能出现的情况进行防范[10]。但是道路BIM 技术在这方面的发展较为落后，虽然有类似于南宁市BIM 技术运用管理云中心[11]这样的尝试，但是BIM 技术在运营维护阶段仍存在诸多问题，使运营维护管理的实施受到限制。

2 BIM 技术在桥梁工程中的应用

将BIM 技术应用于桥梁工程，有利于优化设计方案；精确量算，降低施工成本；保证高效的协同作业；实现施工过程的动态管理，为质量问题追溯提供支持；通过三维施工模拟实现从纸面交底和三维交底的转变[12]。BIM技术的使用不仅为设计提供了更优化的解决方案，而且为传统的管理模式带来了转变，从而提高施工效率，节约成本。

2.1 设计阶段

（1）信息化模型。在设计阶段不仅要完成桥梁的方案设计，还要使用一些建模软件对桥梁的各种参数进行编辑生成三维模型。设计过程结合GIS 数据与BIM 模型，对周围环境或地形要素进行相关性分析，提高模型信息的完备性[13]，可以更直观地了解桥梁，获得其在二维、三维空间下的外形、尺寸等信息以及桥梁不同结构构件的属性。在BIM 模型中对某个对象进行更改，其他与之有关的对象也会随之改变，这是模型的关联性。

（2）工程量计算。以前桥梁工程的工程量计算一般是通过二维图纸加上造价软件对工程量进行计算，这样的方式与实际会产生较大误差。BIM 软件能充分了解工程中建筑模型各个部分不同构件的参数信息，对不同部分进行特定分析得到最终的工程量和工程造价。通过使用BIM 软件对工程进行计算，将定额和材料的实际统计数量相结合，然后以定额为基础进行材料数量的调整，从而提高工程量成本控制的水平[14]。

（3）信息管理。桥梁工程的规模很大，施工复杂，结构多样，数据多，通过BIM 技术展现桥梁设计模型中各方面的数据信息，能对桥梁进行模拟管理，从而合理调配施工建设区域和施工资源，确定施工过程中会产生的费用。

2.2 施工阶段

BIM 技术的应用主要体现在对施工现场进行管理，对整个施工过程进行控制，可在模拟施工过程中提前发现项目在施工过程中的潜在问题，降低施工过程中的风险；在真正出现问题前选择良好的解决方案或者避免问题的出现，能节约人力成本减少工期；可以后期优化施工顺序，合理安排工期，提高施工效率。

桥梁工程施工程序十分复杂，施工涉及的领域范围广，施工难度大，危险程度高，因此在施工前，技术人员应该根据累积的经验，将BIM 技术引入桥梁的设计阶段，汇集设计方案中桥梁工程的数据信息，及时发现在设计方案中不符合要求的点，改善施工设计方案，从而保障施工人员安全，优化施工过程[15]。

在施工过程中，施工的如期竣工和质量控制颇为重要，要在工程规定的时间内保质保量地完成施工。BIM 技术在施工阶段的应用无疑为施工技术人员带来一丝希望，其能同时实现多阶段的操作，统一管理每个参与方，促进参与方沟通，降低工程难度，同时实现三维立体模型中可视性，方便技术人员及时改正施工过程中出现的问题，并保证工程能保质保量地在规定工期内完成[16]。

2.3 运维阶段

BIM 技术的引进改变了我国桥梁项目的施工建设方式，特别是在桥梁的运营维护阶段运用BIM 技术，桥梁运营管理人员可以通过实时分析桥梁的数据信息，制订更优化的运营方案，在桥梁安全使用的前提下降低成本，还能监测桥梁的耗能情况，评估桥梁的使用寿命。但是我国目前在桥梁运营维护阶段较少使用BIM 技术，尽管对BIM 技术在桥梁的运营维护阶段中出现的各种问题进行了深入分析与研究，在BIM 技术使用和规范管理等方面仍然存在难以攻破的难题。国内BIM 技术在桥梁工程的应用还不成熟，缺乏大量经验，因此在运营维护阶段，为更好地利用BIM 技术，应加大对BIM 技术的研究力度，攻破目前存在的难题，发挥BIM 技术在运营维护阶段的最大价值与优势[17]。

3 结束语

综上所述，BIM 技术满足了道路桥梁工程的实际需求，推动了道路桥梁设计水平、施工管理水平、运营维护水平，让工程更加直观，有效地减少了问题的出现。BIM 技术在道路桥梁设计中全面应用是必然的趋势。我国正处于由传统设计、施工、运营维护方法转变为信息化方法的过程中，在这过程中也存在诸多问题，但随着时间的推移，科研人员不断努力探索，BIM 技术必将会促进我国道路桥梁工程更好发展。