BIM技术在桥梁工程领域的应用及前景

文 / 寇婷苇

一、概述

BIM（Building Information Modeling, 建筑信息模型）是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术。它可以对桥梁工程的物理和功能特征进行数字化承载和可视化表达，以完成桥梁工程项目全生命周期或各阶段的计划、决策、设计、建造、运营等工作。目前，BIM技术已经广泛应用在建筑行业中，但在桥梁工程领域的应用相对落后。

为提高道路桥梁等行业普遍存在预算超支、工期拖延、效率低等问题，各个国家已经开始了BIM技术在桥梁工程中的应用研究和工程实践。王强对BIM+GIS技术在辅助桥梁设计、可视化表达设计意图、协助领导决策和传递成果信息方面所表现出的优异性进行了研究。陈竟翔、曾明根、孙丽明以范蠡大桥项目为例,借助BIM工具建立了全桥及地形环境的整体信息模型，并进行施工过程各阶段的仿真模拟，以探索BIM技术在大型复杂桥梁工程施工阶段的应用。崔小芳以重庆某高速公路桥梁为背景，以建设和养护一体化信息管理为目标，将施工阶段的BIM技术成果转化为养护数据，从而得到管养决策信息和管养报告。吴巨峰、祁江波、方黎君、左小明、赵训刚以湖北省武汉市的青山长江公路大桥为背景，综合运用物联网、大数据、云计算、无人机倾斜摄影等新兴信息技术构建基于BIM的全生命期信息管理平台。在我国南京长江第五大桥、南沙大桥、深中通道等大型桥梁工程中，已经成功应用BIM技术进行可视化交底、成本管理、进度工序模拟等工作。

综上，可以看出BIM技术在桥梁工程领域的实用价值已经不可估量，它可以在桥梁设计、施工中为新时期的项目管理提供新思路，推动传统设计、施工、管养模式的更新与变革，促进各单位之间的信息传递与共享，在未来必将发挥它的潜在价值。

二、BIM的特征

（一）可视化

BIM采用梁、墩、柱等三维参数化单元进行建模，与CAD软件中简单的几何元素相比，它可以将桥梁工程中各构件进行参数化和可视化的模拟，以此帮助设计、施工、管理人员实现可视化操作，提高沟通效率、降低操作失误率等。

（二）完整性

信息的共享与集成是BIM应用的精髓，BIM技术不仅可以直观展示桥梁工程的3D几何模型，模拟施工现场涉及到的各个场景，还可以描述桥梁工程项目中完整的设计信息、施工信息和运营养护信息，来保证项目相关各方的协同作业。

（三）协调性

BIM技术凭借其可视化、完整性等特征，实现桥梁工程项目全生命周期建设质量和效率的提高，实现多工种、多行业的协同工作。同时，BIM技术可以针对桥梁项目中出现的设计、施工、养护不合理等问题提出可行性建议。

（四）模拟性

BIM技术可以对工程建设环境、进度、成本等进行多方面模拟，比如，现常应用于施工阶段的三维模型+进度4D模拟和三维模型+进度+成本5D模拟等。同时，在施工过程中，BIM技术还可以与数码设备现结合，实现数字化的监管模式。

三、BIM在桥梁工程中的应用

（一）方案论证阶段

在桥梁工程项目的方案论证阶段，凭借BIM技术建立包含桥址处交通网信息、社会经济信息、地质地貌信息等的整体三维信息化模型，进行特定桥梁方案的车流量、人流量预测，从而验证桥梁工程项目建设的必要性。

（二）设计阶段

在桥梁设计阶段应用BIM技术，具有帮助设计者进行施工图设计、工程量提取、协同设计等方面的优势。

在施工图设计工作中，BIM技术与以往的二维平面设计方式不同，采用三维立体模型设计功能，帮助设计者实现桥梁工程项目的综合设计。同时，BIM技术根据不同的施工需求，进行相应二维平面图纸的优化输出，以清楚指导具体的施工操作。

在工程量提取工作中，桥梁构件具有构件少、异形多等特点，BIM凭借精细化的三维建模水平，可以帮助设计者准确计算出桥梁工程设计方案的构件使用量、土石方工程量，以及其他材料的用量提取。

BIM技术由于其特性，可以进行一系列的协同设计，对实现桥梁智能化设计提供了基础条件。协同设计使各类设计人员不需要遵循传统自上而下的设计流程，他们可以全程参与整个设计阶段的设计和优化。这样就可以在相互充分沟通的基础上，协同完成三维信息化模型，从而提高桥梁项目的整体设计质量。

（三）施工阶段

BIM技术应用于桥梁施工阶段可以对施工进度、施工材料、施工成本、施工环境进行全过程的管理，以确保桥梁项目施工始终处于一个良好的管理状态下。

在施工进度管理工作中，BIM技术可以将施工规划和施工周期相关联，在出现工期延长或提前的现象时立刻给出预警，以帮助管理者及时了解施工状态并调整施工方案。在施工材料管理工作中，BIM技术可以准确计算并直观显示出材料的具体用量、构件的尺寸等，可实现施工材料的规范化管理，降低施工过程中的失误率和返工率。在施工成本管理工作中，BIM技术可以为施工方制定“分段式”资金需求计划、借助无人机技术对桥梁工程量进行准确计算等，在缩短施工周期的基础上最大程度地提高经济效益。在施工环境管理工作中，BIM技术可以对施工现场环境进行准确模拟，同时对施工环境的潜在安全隐患进行智能评估，最大程度地保护施工人员的安全，实现对施工现场的合理化控制。

（四）管养阶段

在桥梁管养阶段，桥梁项目方案论证、设计、施工阶段所形成的BIM应用成果和相关数据可以用于桥梁管养一体化平台的建立。这种管养模式可以保证桥梁全寿命周期的数据共享，实现桥梁养护和运营的一体化、标准化、可视化和可溯源化。

目前，BIM技术主要与桥梁健康监测相结合，从而成功应用于桥梁管养阶段。以BIM技术、BIM数据模型、空间定位与互联网技术等为依托，为健康监测的数据采集、数据共享、数据分析、状态评估等提供全面的信息化解决方案，以实现监测数据的BIM可视化、监测数据的自诊断、运营状态的实时预警、极端事件下的安全评估等。

四、 BIM应用现状及改进建议

在BIM技术的研究过程中已经显示出其在桥梁工程建设中的显著优势，但是BIM却没有凭借这些优势广泛应用于桥梁建设中，这主要归结于：（1）BIM技术与桥梁工程技术原本属于不同的技术领域，两者的成功应用需要合理的专业交叉。（2）在设计过程中，BIM技术需要在原本CAD软件二维设计图纸的基础上进行重新翻模，生成可视化三维模型。但是这一过程在设计之初会成倍增加设计工作量，增加人力成本。（3）现有的BIM软件大多是针对建筑工程进行开发，而桥梁工程与建筑工程相比，构件形状与受力行为比较复杂，建造方法、工艺及流程对结构受力影响较大，使用环境相对恶劣，运维重点为结构安全性及耐久性。故针对桥梁工程建设仍需开发适合其的BIM软件，或提高已有软件的共通性。（4）在施工过程中，BIM技术的初步应用需要投入较大的资金，工作量增加会影响施工进度，无法满足甲方要求。

针对上述问题，为推动BIM技术在桥梁工程领域的广泛应用，保证桥梁工程的安全性和耐久性，特别提出以下几点改进建议：

（1）完善法律法规，推动全过程BIM技术的应用。目前，国家层面还未出台关于BIM技术应用于桥梁工程领域的标准和要求，导致设计单位不愿提供完整真实的BIM模型，施工单位不敢使用设计单位提供的BIM模型。应该明确投资规模较大的桥梁建设项目中，必须在全生命周期内应用BIM技术，理清建设过程中各单位的职能与责任。

（2）推广BIM技术在装配式桥梁建设中的应用。BIM技术适合于装配式建筑结构物的建设，以及全生命周期或在更高城市级层面上的应用。针对目前BIM技术仅在桥梁工程建设局部阶段应用这一现状，应该推动各单位参与方在设计阶段就参与到项目中来，共同改进和完善设计，共担风险和收益。

（3）着力于先进技术的引进。通过全面引入先进的城市级BIM技术及人才，提升桥梁工程领域应用BIM技术的可行性，创新桥梁可行性分析、设计、施工、管理模式，提升桥梁全生命周期管理和养护水平。

五、结语

本文主要探究了BIM技术在桥梁工程项目全寿命周期内的应用，并根据桥梁工程设计、施工、管养阶段存在的问题，对BIM技术在桥梁工程中的应用提出相应建议。通过对BIM技术未来发展趋势的判断，明确了我国BIM技术在桥梁信息化建设领域的努力方向，希望能为桥梁工程技术人员提供参考。