BIM在桥梁工程中的应用研究现状及展望

李伟 高腾飞 刘立亮

摘要：BIM即建筑信息模型，在房建、交通、水利等领域应用广泛。公路工程通过BIM模型构建，可实现勘察设计、施工建造到运维管养的工程信息流转与应用，为交通领域全生命周期的工作要求提供了技术支撑。本文对BIM在桥梁工程中的应用研究现状及展望进行分析，以供参考。

关键词：BIM;桥梁工程;应用展望

引言

BIM作为建设行业信息化重要支撑，在建筑行业运用已较普遍，而在交通行业正处于探索阶段。斜拉桥作为高次超静定结构，操作过程复杂，影响参数众多，对线形、内力、位移等控制要求也极其严格。通过对施工现场数据的动态采集、分析及反馈，为施工提供更准确、更精细的数据支持，为同类型桥梁施工的监测与控制提供一定的借鉴。

1桥梁工程设计与施工特征

1.1结构设计复杂

随着桥梁工程在建筑领域整体的占比越来越重，建筑企业愈发重视桥梁结构设计的合理性。在进行桥梁工程设计时，设计人员需要利用力学知识，确保桥梁结构各处连接点的稳定性。国内现有的力学结构设计相对复杂，通常情况下，传统的力学结构设计方案，即便发现问题也不可能及时解决。

1.2施工现场环境复杂

由于桥梁的作用非常关键，应用范围相对广泛。不同的桥梁工程面临不同的施工环境，故而不可完全借鉴之前的设计与施工设计经验。在正式施工之前，技术人员要结合施工现场的实际情况，进行科学的建设规划，以提升桥梁工程的施工效率与建设质量。

2施工监控BIM应用

2.1施工监测内容

桥施工过程复杂，为了防止不利受力情况出现，准确的主塔节段定位、合理的索力和合理的主塔主梁合龙工艺非常重要，需要采取严格措施，如控制主塔节段定位坐标、主塔混凝土浇筑时间、主梁混凝土浇筑方量误差、预应力钢束张拉、施工荷载的堆放、控制施工步骤和工况、施工工艺以及增加高程测量和索力测量次数，并限制其主塔两侧不对称性等。本桥施工主要监测内容有主桥监测、定位侧移沉降监测、钢锚箱的应变—应力测量、斜拉索索力测试、现场混凝土试验等几大方面。主桥监测主要内容有：1）钢混组合交叉曲线拱主塔监测。主要有主塔钢节段施工定位控制监测、主塔塔顶侧移的工况监测、索塔钢结构应力—应变监测、测点的温度测量、气温记录等。2）预应力混凝土主梁监测。主要有主梁全线标高的测量、主梁关键截面应力—应变的监测、主梁斜拉索锚管空间空位控制、横梁监测等。3）钢绞线斜拉索监测。主要对斜拉索索力进行监测。4）主桥基础监测。主要是对沉降和变形开展监测。5）混凝土材料性能监测。在桥梁施工过程中，对主塔C40与主梁C50的实际抗压强度、抗压弹性模量及主梁C50的抗弯弹性模量等进行混凝土材料试验。6）预应力钢束损失参数的验证。通过实际有效永存应力现场试验，验证设计参数正确性。7）混凝土裂缝检查。每个节段施工完成后对主桥结构进行关键重点部位的裂缝普查，对出现的裂缝进行长期监测，防止和避免裂缝出现引起意外问题。

2.2施工模拟

工程施工模拟主要是可视化模拟及有限元模拟两方面。通过BIM呈现动态可视化模拟，分析工序及资源配置等可行性，处理模拟中出现的问题，提前排除危险，优化方案。同时，BIM模型是一个数据集成体，通过相关插件转化成有限元模型，进行施工监测分析，减少重复劳动。

2.3数据可视化分析及反馈

在BIM模型中将施工现场监测数据及有限元模拟的理论数据以应力、变形“云图”的样式呈现，达到监控数据可视化分析及评价。结合环境等因素，偏差对比分析，自动纠偏，取得关键指标，再下达后续指令，达成全过程监控;若应力变形超过误差界限，则自动预警，暂停动工，调整方案。

3BIM在桥梁工程中的应用

3.1二维施工图纸创建

桥梁在设计过程中的计算较为复杂，对构件的细部尺寸修改也较为频繁，且现阶段对于复杂构件也缺少专门的绘图软件。传统二维设计在设计

时每一个视图都需要手动绘制，相类似的剖面也需要复制已有的二维图进行修改，造成工作量大、重复和效率低下。设计过程中，通过复杂构件的BIM模型，可直接生成三维视图、立面图、平面图和多个剖视图等，并辅以标注和附注添加等工作，完成相应的施工图图纸创建，这种图纸创建方式主要有以下优点：①可保证出图的准确性和质量。通过三维模型三维投影出图，减少了传统的人工出图可能出现的缺漏错现象，另外还可考虑到箱梁纵坡等因素，相比传统的二维图更准确;②可提高出图效率。通过BIM技术生成的工程图是与三维模型相关联的，只要三维模型发生变更，相应部位的所有工程图都随之改变，可大大降低工作量，提高设计效率，节约设计成本;③出图更灵活。通过对BIM模型进行任意角度剖切，并辅以标注和附注添加等，可生成各种图纸，满足业主和施工单位多种出图要求。

3.2工序优化

BIM技术能够更全面地展现桥梁工程的整体施工流程，让技术人员与施工人员均可充分理解设计方案，集思广益，共同探讨设计方案的可行性。在此期间，如果发现任何问题，均可在数字化建筑模型上直接进行修改，然后进行二次模拟，直到设计方案符合所有建筑要求。

3.3管理优化

不论是桥梁工程还是其他交通运输工程，始终存在生产安全问题，为了有效解决此类问题，技术人员可运用BIM模拟施工，充分发挥其积极效用。具体而言，技术人员可利用BIM技术对施工管理的方式进行针对性的调整，从而达到解决问题的目的。

4思考与展望

（1）部分施工管理平台的BIM模型封装性、合法性存在隐患。目前市场上有很多用于施工管理的BIM平台，有些平台读取模型的时候，通过其他软件作为中间软件进行处理，会造成进入平台的模型不具备封装性，在施工阶段使用时会带来隐患，该文提供的数据接口开发技术可保证模型具有足够的封装性，建议平台研发过程中，直接使用由设计单位提供具有封装性的模型，并由设计单位对模型的正确与否负责。（2）一套模型难以在多个阶段通用。目前，不同阶段的BIM应用时，由于需求不同，往往會存在多套模型。建议设计单位建模的时候，充分考虑后续阶段各单位的使用需求，另外BIM软件商加强对BIM软件平台中模型和信息的合并、分割和调整等功能的研发。（3）BIM技术的成果提交尚不明确。BIM技术在桥梁全生命周期的应用过程中，需要在不同的阶段不断附加信息，往往会存在设计阶段模型、施工管理平台、运维管理平台、交竣工模型等多个交付成果，如何明确这些成果之间的数据流程、相互关系和法律地位，为建设方提供简单明了、详尽清晰的BIM成果，应该是今后重要的研究内容。

结束语

综上所述，在建筑领域的发展过程中，桥梁工程由于其自身的特殊性质，占据了重要的地位，因此，建筑施工企业均应给予高度重视。不论是施工管理、施工进度、施工设计还是其他具体环节，利用BIM技术可以有效提高施工质量与施工效率。

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