道路桥梁施工管理中BIM技术的应用

张璐

海南省交通工程建设局 海南海口 570203

公路建设关系着国家宏观战略、地方经济发展和居民日常出行，公路设计的科学性、合理性对公路建设起到决定性作用。目前，基于CAD的公路设计方法多以“3-2-3”设计思路为主，用二维的CAD图纸表达三维设计创意，之后创建三维实体模型，其设计过程不可避免地会出现设计意图表达不准确、空间信息丢失和错漏碰缺问题。建筑信息建模（Building Information Modeling，BIM）在三维空间进行设计与协同，为公路工程的设计与优化带来了新的思路与机遇。

1 工程概况

海南铺前跨海大桥横跨海南岛东北部的铺前湾海域，项目起点与文昌滨海旅游公路相接，终点与海口江东大道二期工程相接，大桥连接海口江东大道和文昌市滨海旅游公路，是“海澄文”经济圈的交通控制性工程，海南铺前大桥项目全长5.597公里，其中跨海大桥长3.959公里，桥头引线长1.638公里，采用双向六车道一级公路标准，设计速度80公里/小时，桥梁宽度32米。文昌侧引桥长1110米，其中水上部分引桥长300m，采用6跨50m等截面现浇预应力混凝土箱梁，陆上部分引桥长810米，采用27跨30m等截面现浇预应力混凝土箱梁；通航主桥桥长460米，采用（230+230）米独塔斜拉桥，塔高151.8米；海口侧引桥总长2381米，其中跨断层引桥采用10跨等截面简支钢箱梁，长581米，普通段引桥采用36跨50m等截面预应力混凝土箱梁，长1800米。

2 BIM 技术应用

BIM是一个可进行信息化处理的数据库，是一个协同工作平台。海南铺前大桥作为海南省最大的独立跨海桥梁，率先在工程中应用了BIM技术，具体包括：进行设计碰撞检查复核，主要为结构中钢筋、钢箱梁板单元等施工提供指导；通过BIM系统施工数据的录入及设计变更数据的更新实现施工阶段数据的积累；通过BIM系统进度数据的录入，实现项目的4D进度管理；实现基于BIM系统的移动终端现场安全、质量、环保管理；实现基于BIM系统的构件、人员及机械的二维码信息管理；实现基于BIM系统的现场视频监控管理；实现基于BIM系统的施工可视化模拟及技术安全交底。

2.1 在设计阶段的应用

（1）在“预可报告”中，通过设计不同的桥型方案，对其工程造价、投资效益和回报等相关问题进行初步的估算。本阶段通过建设不同的桥梁模型能够对不同的方案进行初步的工程造价和效益估算。而且可以对其周边的地形进行模拟创建，在美观、环境的保护和可持续发展等方面也能够为设计者提供参考和建议，以便于选择更合适的桥梁方案，提高桥梁项目顺利通过的效率和可能性[1]。

（2）“工可”阶段，利用BIM技术能够在桥梁的建设规模、施工工艺、设备性能对比、环境等多个方面实现可视化。如使用Revit等BIM软件建立的桥梁模型不仅可以使设计人员直观准确地了解桥型设计方案，而且还能对桥梁模型中的材料、尺寸等信息进行编辑，从而使设计人员能够更清楚地从桥梁施工技术、成本的控制、工程的状况等多个角度对项目进行调查研究和分析比较。

（3）在桥梁的初步设计阶段，利用BIM技术能够轻松地完成建筑材料以及工程量的统计，为编辑施工图设计文件、施工准备等提供依据。同时也能够通过BIM模型来检查图纸的准确性，避免施工过程中发现错误修改图纸导致的工期延误，以及由此产生的工程浪费。

（5）桥梁施工图设计，该阶段中，BIM技术的数字化、可视化等特点能够发挥很大的作用。该阶段需要对桥梁结构强度进行仔细的计算，确保桥梁结构的强度、变形等条件能够满足运营要求。人为的设计不但费时费力而且很容易出现计算失误，利用BIM技术能够快速准确计算桥梁配筋、截面以及形状等相关数据，而且系统会自动生成详细的报表，查看时一目了然。即使出现错误，也能够很快的改正。

2.2 施工阶段的应用

2.2.1 施工进度可视化管理

以工序卡控和检验批填报生成实际施工进度，实时反馈计划进度差异，并与BIM模型关联，用不同颜色区分各施工状态，实现对施工整体进度的可视化把控。同时，选中关联的构件模型，可查询构件的属性信息、施工起止时间及完成状态；对施工计划时间段内的各项工程数量及任务进行统计，形成产值报表，实现对工程量的可视化预估，自动生成劳动力、机械设备、物资材料等资源计划清单，便于统筹优化，合理调配资源，实现精细化管理。

2.2.2 质量安全协调管理

质量安全管理以工序管理为核心，工序与安全隐患和质量检查库关联，海南铺前跨海大桥各施工标段在平台内按照不同桥型、不同施工部位完成1680个施工工序的配置。根据这些配置的实际施工工序和施工进度，工序报验及时推送给监理，完成施工过程质量验收的流程审批，并在BIM管理平台的WEB端或者移动智能终端APP发起相应质量安全问题处理流程。问题一旦发起，各施工标段安全员与项目经理会收到信息提醒，BIM模型会在具体工程部位以警示灯的方式提醒直至问题整改完成，实现基于模型可视化的质量安全闭环管理，为桥梁施工安全管理提供支持及保障[2]。

2.2.3 施工技术交底

将BIM技术应用于施工技术交底能够将整个施工过程进行虚拟仿真，以动画的形式呈现出来。在技术交底的过程中，施工动画能够让技术交底更加直观、易懂，提高技术交底的准确率。该项目制作施工动画的方式：将已经建好的三维模型导出FBX格式，然后导入广联达BIM-FILM虚拟施工系统软件设计交互，导出成动画，再配上语音和字幕，最后形成一个MP4格式的施工技术交底视频。施工人员可以随时使用支持播放MP4格式的设备进行观看，既降低技术交底的时间成本，又提高了技术交底的准确率。

2.2.4 4D 施工模拟

利用Navisworks软件，将建好的全桥模型与施工组织设计中的施工计划进行相关联。在3D模型中加入时间进度维度，将BIM模型与传统的施工计划整合，先为关键节点和工序制作相应的施工模拟动画进行可视化技术交底，再结合4D施工模拟，让项目参与人员能够清晰地了解整个项目的进度安排，及时发现每个施工环节将会出现的问题，制定更加合理可行的施工进度安排。合理科学的施工进度安排不仅可以指导施工现场，还能为建设、管理单位提供直观的进度管理依据，保证整个项目实施的过程中人、材、机的合理安排，减少彼此的沟通时间，缩短工期，降低成本[3]。

2.2.5 施工现场布置

与传统中平面化、固定化的图纸方案不同，BIM技术下的数字化模型图纸、信息化施工方案是可控制、可流动的。在桥梁工程的建设实践中，相关人员可依托各类传感装置对BIM软件平台进行现场情况的实施反馈，从而充分发挥出工程模型对材料进场路线规划、施工人员现场调度、施工工序动态调整等方面的支持作用。此外，相关人员还可在工程模型中标记出高风险区域，并将配备有传感装置的安全帽发放给一线施工人员。这样一来，一旦有人员进入到高风险区域当中，工程模型或安全帽便会出发告警机制，从而有力保障桥梁工程施工活动的安全化、稳定化运行。

合理的场地布置方案能够为施工单位减少成本，提高项目的经济效益。传统的施工现场布置往往是技术人员根据以往的经验用CAD进行大致的布置，没有具体的三维模型，很难发现现场布置中存在的问题，更不能对施工现场布置方案进行优化。将BIM技术应用于施工现场布置，对项目部、钢筋场、施工现场进行三维布置规划并形成最终的布置方案，最大化利用了临时租用地，达到了材料转运次数最小化，减少损耗，降低项目成本。

2.3 BIM 技术在运营阶段的应用

目前BIM技术的研究和应用更多的集中于桥梁工程的规划设计及施工的前期阶段，对于后期的桥梁工程运营阶段的应用尚不成熟。现在后期运营很大程度上是人工操作进行数据采集和常规检查，管理效率低下，在我国桥梁检测行业发展如此迅速的时代背景下，人工的检测难以有效的应付如此海量的桥梁工程信息数据收集、管理以及对病害的检测和评估。

BIM技术在桥梁运营方面的应用相比于人为管理展现了诸多的优势。我国主要依靠CBMS（China Bridge Management System即“中国公路桥梁管理系统”）对桥梁进行运营维护。但是由于我国桥梁众多、情况复杂，而且桥梁的评估体系并不完善，加之信息不能够第一时间准确的搜集，使得桥梁运营管理系统还存在一些不足。BIM技术的信息即时更新能够有效地弥补目前CBMS存在的缺陷。若是能够将BIM技术与桥梁的运营紧密结合，就能够使CBMS系统得到更有效地应用。

除此之外，在桥梁的日常安全管理方面，采用BIM技术的桥梁安全管理系统能够有效地将桥梁构件的所有数据结合起来，可以实现对桥梁的实时监测。利用BIM的可视化特性以及情景动画模拟可以提出应急预案，并对工程人员进行相关的应急培训，在桥梁的安全应急管理方面就能够发挥非常重要的作用。当面对不可抗力、交通事故等突发性事件时，给出安全完整的应急措施。未来BIM技术在桥梁运营维护方面的应用无疑会更加广泛。

3 研究成果的应用情况及对社会的意义

3.1 应用情况

相对于房建领域，如今桥梁工程领域的BIM技术应用仍处于探索阶段，BIM技术应用，可以发现部分设计图纸问题，同时通过施工方案模拟和BIM协同平台的应用，解决了现场施工中碰到一些问题，有效的指导了项目的施工。基于BIM的专项施工方案，可以直观反应施工现场情况，达到可视化交底的目的，从而保障了施工的各项技术指标、安全指标。同时，BIM技术的引入，使得工程各组成部分具有责任的可追溯性，也减少了项目实施过程中的未知，让管理变得轻松和精细化，给参建各方带来了巨大的经济效益。

在桥梁施工阶段引用BIM技术进行项目施工过程的管理，目光仅局限于设计和施工阶段，对项目的全生命周期运用不足，没有考虑对模型的进一步运用，尤其对于项目后期，项目的运营管理。由于BIM技术是新兴技术，处于新老技术交替阶段，技术人员的适应性还不是太强，但在费用管控方面，效益非常明显，整个项目从建筑的构件入手，一个个构件组成了完整的整体，这种方式有利于业主对变更引起的费用进行把控。

3.2 应用情况

本课题研究的海南铺前跨海大桥的研究，促进了BIM技术在桥梁建设行业特别是大型桥梁施工中的发展，通过直观的虚拟建模推演，极大地提高了设计和项目管理水平、施工质量及参建各方沟通效率，有效地缩短了设计和施工周期，加快了桥梁工程建设步伐，BIM模型的全生命周期应用价值，也有力地提升了后期运营维护管理的能力。

4 结语

BIM技术以其协调性、可视化、模拟性、优化性和可出图性展现了其巨大的优势。本文研究分析了BIM技术在桥梁工程全生命周期中各个阶段的应用，得出在设计阶段和施工阶段应用较多，但是在后期运营管理阶段应用较少。较房屋建筑工程而言，我国BIM技术在桥梁工程方面的应用仍然不够全面深入。另外研究发现，桥梁BIM建模软件种类繁多，难以确定核心建模软件，不利于BIM技术的推广。且BIM建模主要依靠国外的BIM软件，想要与国内管理软件顺利对接，不仅要考虑到我国的国产软件与国外软件之间的兼容问题，而且需要进行大量的二次开发，给BIM技术在桥梁工程方面的应用造成阻碍，BIM技术的不完善在一定程度上制约了BIM技术在桥梁工程中的应用和发展。

总之，在桥梁工程中，BIM技术的推广，核心BIM软件的确定，BIM技术与桥梁运营管理软件的结合，以及相关规范的形成等，可以加快BIM技术在桥梁工程全生命周期中的应用，为我国的桥梁工程事业快速发展插上腾飞的翅膀。