BIM技术在桥梁工程方面的应用研究

吴得卿、张广海

（中电建路桥集团有限公司，北京 100000）

0 引言

伴随着社会经济的飞速发展，我国交通建设行业也得到了长足发展，尤其桥梁工程项目的建设数量和建设规模日益壮大。桥梁工程极易受到周边各种不确定因素的影响，导致桥梁的耐久性和安全性降低。在现阶段的桥梁工程施工中，传统方式的桥梁工程设计和构造主要依托CAD（计算机辅助设计软件）。BIM 技术能够实现信息集成化，以及桥梁工程构建设计、施工管理和养护维修三位一体化，不仅能够有效满足当前建筑行业现代化的高标准要求，而且有利于加快实现低消耗、低污染的可持续发展目标。

1 BIM 技术概述

BIM 技术作为一种信息化技术，在建筑行业中的应用越来越广泛。众所周知，桥梁工程是建筑行业以及基础设施建设中重要的组成部分。桥梁工程因其建设周期较长，施工难度大，涉及的施工工序和施工环节繁杂，施工过程中的不确定因素极易影响桥梁工程的施工质量和安全性[1]。针对这种情况，利用BIM技术的数据信息化共享功能，建立桥梁工程的仿真建筑物。同时通过BIM 技术的可视化特征，不断优化、调整桥梁工程施工方案，有利于确保桥梁工程有序有效地开展。除此之外，将BIM 技术应用于桥梁工程建设、设计、施工以及后期运营管理等全过程中，能够促进我国建筑行业实现健康可持续发展。

2 BIM 技术在桥梁工程中的应用优势

2.1 协同设计更高效

传统方式下，在桥梁工程建设过程中，由于施工工序和施工环节繁杂，极易导致各部门的设计图纸版本不一致的情况，严重影响整个桥梁工程的施工进度和施工质量。区别于传统方式，在桥梁工程建设过程中，采用BIM 技术协同模式能够实现各部门的设计图纸同一平台、同一标准、同一目标、同一环境，有效避免各部门的设计图纸在沟通过程中大量反复修改，在保证桥梁工程的施工效率和施工质量的同时，确保施工进度符合项目建设要求。

2.2 方案设计成果可视化

在传统桥梁工程方案设计阶段，往往通过CAD 画出桥梁平面图和桥型布置图后，结合桥梁的平面图、立面图和横面图，展现整个桥梁的外观设计情况。这种方式不仅程序烦琐，不利于桥梁工程设计各部门之间的交流与沟通，而且不能形象、直观地展现整个桥梁的外观。针对这种情况，在桥梁工程方案设计过程中，通过应用BIM 技术模型设计，形成三维实景模型，不仅能够实现对整个桥梁外观的可视化；而且能够进一步通过渲染和动画，展示桥梁的整个施工过程以及竣工效果，更加科学合理地优化和完善桥梁工程方案设计，有利于推动整个桥梁工程建筑行业的可持续发展[2]。

2.3 提高施工质量，节约施工成本

在桥梁工程设计阶段，应用BIM 技术，通过三维实体渲染，不仅能够在建模过程中，第一时间发现施工和设计过程中存在的问题，并及时进行整改优化，而且能够发现桥梁施工中材料的损耗点，并进行合理优化，控制材料损耗，提升桥梁工程项目施工质量的同时，最大化提升施工材料的利用率，有利于推动整个桥梁工程项目实现经济可持续发展。

3 我国BIM 技术发展现状

虽然现阶段我国的建筑行业，尤其桥梁建筑行业得到了突飞猛进的发展，BIM 技术已经被建筑行业应用，但从总体上来看，我国桥梁建筑行业的企业对BIM 技术的应用还处于研究阶段。根据有关调查研究分析，虽然我国桥梁建筑行业的大部分企业已经对BIM 技术有所了解，但是将BIM 技术应用到实际的桥梁工程建设中的企业少之又少，甚至有小部分桥梁建筑企业对BIM 技术的了解甚微。由此可见，BIM 技术在我国桥梁建筑行业的发展还处于探索起步的阶段，未来BIM 技术在我国的桥梁建筑行业发展中将具有广阔的空间。

4 BIM 技术在桥梁工程方面的应用

4.1 BIM 技术在可行性研究阶段的应用

在桥梁工程建设过程中，传统方式下往往需要建筑企业深入施工现场，进行选址、方案规划等方面全方位的研究评估，进而确保整个桥梁工程建设的科学性、可行性。这样一来，不仅耗时较长，而且难以有效防范桥梁工程建设过程中出现的各种风险。然而，通过引进BIM 技术，搭建桥梁三维模型，实现桥梁的选址、施工方案以及桥梁的外观面貌可视化。一方面，BIM 技术能够实现对桥梁工程建设的各种参数数据信息的全方位展示，有利于第一时间发现在桥梁工程建设过程中存在的风险，并及时采取优化措施；另一方面，借助三维桥梁模型，能够科学合理地统计分析施工现场所耗用的材料成本，有利于实现在桥梁工程建设过程中，各种施工材料的精细化管理。

4.2 BIM 技术在设计阶段的应用

通常情况下，桥梁工程设计主要包括预可阶段、工可阶段、初步设计阶段、技术设计阶段、施工图设计阶段等五个阶段。

4.2.1 预可阶段

在桥梁设计的预可阶段，建筑企业往往通过设计不同的桥型方案，编制桥梁的工程造价。通过BIM 技术，对建筑工程现场的周边地形进行模拟创建。一方面，相关设计人员能够根据不同的桥梁模型，设计桥梁工程设计方案，并进行科学合理的工程造价和效益估算；另一方面，通过3D 模型能够实现对桥梁周边环境保护，以及可持续发展方面的可视化，为设计者提供科学合理的参考建议，有利于设计者选出最优桥梁工程设计方案。

4.2.2 工可阶段

在工可阶段，通过BIM 技术创建三维模型。一方面，能够使设计人员结合桥梁工程项目的建设要求，在模型中标记桥梁的建筑尺寸、材料参数等数据信息，有利于实现桥梁施工技术、成本等各方面的精细化管理和控制；另一方面，利用BIM 技术创建的三维模型，使设计人员能够可视化、全方位、精细化地了解桥梁桥型设计方案，并且能够结合多方面因素，实现对桥梁工程设计方案的可行性和经济性的最优化选择，如图1 所示。

图1 某过街天桥桥型方案之一

4.2.3 初步设计阶段

将BIM 技术应用于桥梁的初步设计阶段，一方面，能够借助BIM 模型最大程度地提升设计图纸的科学合理性，从而有效避免传统方式下图纸出现错误而导致的工程变更情况，致使建筑企业的施工成本增加；另一方面，设计人员通过BIM 技术结合施工工程项目建设要求，在创建的三维模型上编辑施工材料、施工设备参数等，有利于实现建筑材料与工程量的科学合理统计，进而提升各项材料的利用率。

4.2.4 技术设计阶段

传统方式下，在桥梁工程建设过程中，一旦工程设计方案发生变化，将会严重影响施工进度和施工质量。利用BIM 技术的协同化特点，不仅能够在工程设计方案变更的同时，通过对桥梁结构进行深入精细化的细节处理，实时更新施工各部门设计方案，实现工程量的实时更新，能够有效避免传统方式下施工进度延误的情况；而且采用BIM 技术，能够极大地提升桥梁工程项目的设计效率和设计质量[3]。

4.2.5 施工图设计阶段

在桥梁施工图设计阶段，相对于传统方式下设计人员费时费力的人工方式，利用BIM 技术的可视化、数字化特点，不仅能够实现对桥梁结构强度的精细化计算，确保桥梁结构强度等参数满足工程建设要求；而且能够利用BIM 技术精准化计算桥梁配筋等相关参数，并且系统自动生成详细的材料报表。除此之外，当施工图中某一参数出现错误时，利用BIM 技术的协同化特点，能够实现整个桥梁施工图数据的实时更新，极大地提升了桥梁施工图的设计效率和质量。

4.3 BIM 技术在施工阶段的应用

为了进一步详细了解BIM 技术在桥梁工程建设中的实际应用效果，以实际案例进行阐述。案例中的桥梁建设长度为974m，桥形是目前国内普遍采用的悬臂浇筑法施工单箱梁体最宽的矮塔斜拉桥，其中主桥长660m。施工项目预期工程造价约4.04 亿元，计划施工周期30 个月。

4.3.1 数字信息化施工

在该案例中，利用BIM 技术进行数字信息化施工，不仅能够加强施工各部门之间的交流协作，促进提升各部门信息沟通的质量，而且有利于提升桥梁工程的建设效率和建设质量。不同于传统方式，在桥梁工程施工阶段构件生产过程中，受施工环境不确定因素的影响，导致施工构件质量大打折扣。通过BIM 技术实现桥梁工程的数字信息化，一方面桥梁的构件能够跨越区域同时生产，有利于提升桥梁建设的实际效率[4]。与此同时，还可以通过预制构件的方式进行构件加工，有效确保构件质量的稳定性。另一方面，通过BIM 技术能够实现桥梁工程施工信息化管理的同时，确保桥梁的施工进度和施工周期满足工程建设的预期要求。

4.3.2 施工模拟

在桥梁工程建设过程中，通过BIM 技术的三维建模方式能够模拟各个工序和施工环节，有利于最优化选择科学合理的施工方案。首先，在利用BIM 技术虚拟模块的过程中，应该模拟在桥梁工程建设过程中，每一项施工工作建立独立的设计模块。其次，通过设计各个环节的独立的设计模块，综合分析和探讨之后，建立起桥梁工程的完整施工模型，能够确保实际的桥梁工程施工质量和施工进度。

4.3.3 管理物资

首先，工作人员要结合实际情况和BIM 技术，对施工材料进行科学合理的规划。其次，工作人员可以利用BIM 技术，将实际施工中的各个项目通过编码的形式储存到相应的物资管理数据库中。一方面，能够自动化计算出工程建设所需的工程量；另一方面，在物资管理数据库中，将购买的材料和实际工程量所需的材料进行分析比对，能够实现对物资和设施的实时统计和管理，有效防范施工材料缺失的情况发生，确保桥梁工程的实际施工进度和施工质量。

4.3.4 数据管理

在桥梁工程建设过程中，针对施工工序繁杂、施工周期较长、施工环境复杂的特点，为了确保实际施工质量和施工进度，需要对各个环节的施工质量进行严格监督和管理。传统方式下，质量监督控制环节往往需要用人工方式对大量的桥梁工程施工数据进行分析比对，不仅耗费大量的人工，而且质量监督和管理效果并不乐观。利用BIM 技术的信息共享功能和协同作用，结合桥梁工程的数据信息，建立有效的数据信息处理平台，不仅能够促进各部门对桥梁信息数据的沟通交流，有利于实现各环节施工质量的监督管理，而且能够实现实时监控，极大地提升了管理的效率和质量。

4.4 BIM 技术在运营阶段的应用

众所周知，我国桥梁众多，情况复杂，桥梁工程项目的后期运营管理大多数依赖于人工方式进行数据采集和常规检查和CBMS（China Bridge Management System，即中国公路桥梁管理系统）开展运营管理工作。但是，在我国桥梁工程项目建设规模和建设数量与日俱增的时代大背景下，依靠CBMS 和人工数据采集和常规检查方式，已经难以满足当前桥梁运营管理工作的实际要求。通过引入BIM 技术，利用BIM 的信息即时更新功能和协同功能，能够有效弥补当前CBMS 存在的不足，促使BIM 技术和CBMS 系统协同工作。一方面，能够有效促进提升我国桥梁检测行业的数据收集和常规检查工作效率和质量；另一方面，在桥梁的日常安全管理方面，也能够发挥至关重要的作用[5]。

在桥梁的日常安全管理方面，利用BIM 技术的可视化特点，将桥梁工程建设的所有信息数据收集起来，形成3D 模拟动画，不仅能够实现桥梁后期运营管护阶段的实时监控，而且通过3D 模拟动画分析出潜在风险，并提出相应的优化方案。除此之外，在实际的桥梁工程建设过程中，当面临不可抗力、交通事故等突发性事件时，利用BIM 可视化的特点创建3D 模拟动画，及时提出科学可行的应急预案，有利于促进提升桥梁工程建设安全应急管理的实际质量和效果。不难看出，未来BIM 技术在桥梁运营维护方面无疑具有广阔的发展空间。

5 结语

综上所述，将BIM 技术应用于桥梁工程建设的前期阶段和后期运营阶段等全过程中，充分利用BIM 技术的可视化、数据信息共享、协同性等特点，不仅能够实现桥梁工程建设全过程的全方位精细化管理，分析、研究、制定最优化的工程设计方案，而且能够通过BIM 技术的可视化模型展示，结合工程项目建设要求的施工参数，实现精确化的工程造价预算，为项目决策层提供科学合理的参考依据。除此之外，通过利用BIM 技术的协同化特点，在桥梁工程建设过程中，出现施工方案变更时，实时调整施工进度和施工方案，有效避免传统方式下工程项目变更导致的施工成本增加和施工进度延误的情况，确保施工进度和施工质量。通过将BIM 技术应用于桥梁工程项目，有利于促进管理模式向高效、科学的方式转变。