BIM 技术在桥梁施工监控中的应用

张国平

湖北交通工程检测中心有限公司，湖北 武汉 430000

1 BIM 技术在桥梁施工监控中的应用现状及特点

1.1 应用现状

BIM 技术已经成为建筑设计和施工中的重要工具，并且发挥了显著的作用。随着我国交通建设的不断推进，越来越多地理条件复杂的地区开始进行桥梁施工建设，由于施工区域地理环境限制，很多桥梁工程施工难度较大，而BIM 技术的应用极大减小了施工难度，促进了桥梁施工质量和安全性的提升。同时，国家有关部门也出台了相关政策推动建筑行业信息化水平的提升。在这一背景下，BIM 技术在桥梁施工监控中发挥了巨大的作用，但是仍然需要进一步的推广普及。

1.2 应用特点

（1）可视化。随着社会经济发展和城市化水平的不断提升，交通建设的意义越发凸显，桥梁工程不仅能够帮助人们跨越河流，还能应用于跨越深沟峡谷以及城市立体道路建设，相应桥梁工程的质量和安全性也更加为社会各界所重视。传统的设计模式主要是通过图纸展示设计平面，随着桥梁结构设计的复杂化，图纸已经无法满足当前的设计需要，难以体现设计的空间性。而且BIM 技术具有可视性的特点，能够将设计图纸以3D 立体模型的方式呈现出来，使员工更加直观地了解设计方案，也能够更加全面可靠地进行桥梁监控。

（2）协调性。桥梁工程建设规模大，施工耗费时间长，容易受到风险因素的影响，而桥梁工程施工工序较为复杂，设计包含多方面的专业知识，要想保证施工的质量和安全，就必须对各个工种、各个环节的施工进行协调，才能使桥梁工程施工有条不紊地顺利进行，也能够实现缩短工期的目标。而且BIM 技术集成的共享数据库能够实时更新，可以帮助各单位的工作人员迅速获取方案的变更信息，提升沟通效率，还可以提前对施工情况进行模拟，以便规划出最佳的工序流程，提升施工现场管理水平，减少各单位施工冲突，促使施工团队更加协调。

（3）优化性。桥梁工程施工周期长、施工环境较为恶劣、施工环节复杂，在施工过程中容易出现各种各样的问题，导致施工进度延误，难以如期完工。而且BIM 技术可以对施工中的各项数据信息进行集成，并形成三维模型，还可以通过调整参数模拟施工情况，有助于设计人员在完成设计后对方案进行测试和优化，也能够更加直观地体现出设计中的缺点和施工中的不足之处，通过BIM 技术预测施工发展还有助于避免出现施工安全问题。

2 桥梁施工监控的主要内容

各种桥型施工监控的内容有所差别，以斜拉桥施工监控为例，主要包括几何监测、应力监测、索力监测以及温度场监测等。

2.1 几何监测

几何监测包括主塔变位监测和主梁线形监测。在桥梁施工过程中，桥梁结构常常由于多种原因的影响发生形变，从而与设计图纸产生偏差，因此必须对桥梁进行几何监测，以便了解和掌握桥梁结构的几何形态和相关数据，并采取相应的措施。几何监测主要可以分为两部分内容，一是主梁标高监测，即监测桥梁的实际高程；二是偏位监测，即监测顺桥向变位值等。

2.2 应力监测

桥梁结构的应力情况直接影响施工的安全性，并且会在施工过程中不断发生变化，因此必须对桥梁结构的应力状态进行长期监测，保证其不超出安全范围。应力监测的对象主要是主梁和主塔。对主梁应力状况进行监测时，要关注主梁应力是否超限和每一施工阶段前后的应力差两个方面；对主塔应力状态进行监测时，必须科学选定监测点。此外，应力监测的精度和传感器的可靠性十分重要，因此一般会采用精度较高、故障率低的振弦式混凝土应力传感器。

2.3 索力监测

索力测试是桥梁施工监控的特殊内容。随着大跨径桥梁工程项目的不断增多，缆索承重结构的应用越来越多，索力监测也越发重要。索力监测对象通常是单根索力，采取千斤顶压力表法与振动频率法相结合的方式来开展。

2.4 温度场监测

当环境温度发生变化时，桥梁结构的温度也会随着发生变化。一般情况下，材料的温度变化将引起结构构件的变形，从而在构件内部产生应力。由于组成斜拉桥结构各个部分的材料、尺寸和结构形式不同，环境温度变化将使桥梁内各部分的温度呈复杂的分布形式。了解桥梁所处的环境温度变化和桥梁结构上温度梯度变化情况，掌握各部分的温度分布规律，对于估算由温度引起的结构变形和应力具有重要的意义。

3 BIM 技术在桥梁施工监控中的应用

3.1 搭建桥梁构件库

按照桥梁类型建立桥梁核心构件库是建立BIM 模型的基础。根据桥型不同，对各种桥梁类型的构件进行分类和编码，且每个构件和编码均是对应和唯一的，形成核心构件库，建模时，从核心构件库中选择所需构件进行拼组，即可建立桥梁所需的BIM 模型。其中，桥梁构件分类编码要求基于国家相关部门颁布的现有标准和规范对模型构件进行分类和编码。对于悬臂浇筑的斜拉桥建模，每一个梁段、每一根斜拉索、主塔每个浇筑节段等均可以根据施工现场实际情况进行细化分类编码，从而建立斜拉桥构件库。在桥梁施工监控过程中，根据桥梁施工实际进度，选择不同构件进行拼装，形成施工阶段模型。

3.2 构建施工监控的管理平台

企业应积极进行统一的管理平台的开发，根据施工现场实际情况的施工设计等内容，借助BIM 技术构建统一的管理平台，使各部门、单位可以通过统一的管理平台上传和获取桥梁模型和数据信息，以此为基础进行智能终端App的开发。在此过程中，一方面要在桥梁结构上设置传感器，为应力、标高测量提供便利，并将测量结果上传到管理平台。另一方面，要在管理平台上设置自动报警程序，当检测结果出现异常数据，超出设置的安全范围时，自动报警程序将会启动，及时对监控管理人员发出警示，以便设计人员及时改进施工方案，保证实际施工符合设计图纸和施工方案要求，确保桥梁工程的整体质量和安全性，延长桥梁运营寿命。其中要特别关注的一项工作内容就是对传感器开展编码。为了将模型和监测数据一一对应，使BIM 技术的模型呈现出更好的可视化效果，应结合传感器的位置和功用开展编码工作。编码时应采取固定的方法和模式，以便编码和数据能够更好地被计算机处理。传感器编码必须具备规律性并且一一对应，不能出现重复的现象，否则计算机将无法准确识别编码对象，难以确定数据的正确含义。另外，还必须保证编码能够正确识别，并在管理平台上校准传感器信息。

3.3 研发智能手机端App

企业在借助BIM 技术进行智能手机端App 研发的过程中，必须对相关功能进行科学设计，主要包括设计方案获取、共享数据和文件、应力、几何监测及温度监控、质量检测、即时沟通等内容。监控单位可以采取人工方法对监控数据进行定期采集，然后将数据信息文件上传至智能手机端App，但最好的方法是借助无线传感器对桥梁进行实时监控，并自动将监控数据实时上传到智能手机端App。在此过程中需要特别关注以下两点：一是应力及温度监控功能的设置。这要求借助传感器等实时上传和记录相关监测数据，并设置自动报警程序。监测人员可以通过这一功能获取实时的应力、温度数据，还可以通过查看桥梁应力、温度变化图形或者直接搜索某时间桥梁的相关监测数据来获得有效信息。自动报警程序会在桥梁关键部位应力、温度超出设定的安全范围时立刻发出警报，一般监控管理人员需及时处理。这样有利于监测人员随时随地获取桥梁应力、温度信息等，并第一时间解决问题，有利于桥梁施工顺利进行，保证施工安全。二是几何线性控制。在监控过程中，监控管理人员可以借助传感器及其他设备结合的方式，获得准确的桥梁关键部位坐标，及时发现实际施工与设计方案中不相符的地方。与此同时，监控管理人员还能够借助统一管理平台，将测量数据信息上传到Web 端，并借助智能手机App 进行线性控制，设置警报程序，在两者线性误差的系数超出规定的安全范围时及时示警，向监控人员、施工人员进行提示。

3.4 搭建监控信息反馈和交流模块

传统的施工监控指令流转采用纸质版指令表由参建各方依次流转签认，具体流程如下：监控单位分析数据、下达监控指令表→设计单位复核签认→监理单位同意实施签认→施工单位按指令施工。整个完整的流程周期需1.5d 左右，同时还耗费相应的人力和物力。将基于BIM 技术施工监控平台集成监控指令信息反馈模块，由监控单位查看分析桥梁施工的各阶段数据，并在平台上下达监控指令，及时推送到参建各方，能够迅速完成整个监控指令的流程过程。与传统的施工监控流程相比，大幅度节约了时间成本，沟通更加流畅，从而缩短了整个桥梁建设的工期。

4 结束语

综上所述，利用BIM 技术能够将桥梁施工监控过程的数据、资源等信息完整呈现出来，将参建各方整合在一起，共享施工监控过程。BIM 技术不仅可以提高施工监控的效率，同时还能保证施工监控现场的安全，为桥梁建设行业产业升级和高质量发展提供了可靠手段。