基于BIM技术的桥梁工程施工管理

摘要：文章以700 m上承式铁路拱桥为例，分析了桥梁工程施工过程中常见的问题，从BIM技术的可视化、数据集成等基本功能出发，结合监测系统和移动终端的灵活运用，建立了桥梁工程的云监控网络，实现了BIM模型与实际施工的实时关联，以及项目各参与方的信息交互。

关键词：BIM技术；桥梁工程；云平台；施工管理

中图分类号：U445.1A431492

0引言

桥梁是道路交通的重要组成部分。随着我国道路基建事业的大力发展，桥梁的建设也不断向大跨度、多层次、新材料的方向发展，如重庆朝天门大桥、上海市卢浦大桥等一系列大跨度公路铁路桥梁相继建成［1］。桥梁建设飞速发展也带来一系列的施工管理难题，在如何提升施工管理的效率、降低桥梁工程的项目风险等方面，BIM技术提供了新的思路［2］。BIM技术的数字化信息过程能够有效提高桥梁施工的管理效率，本文就BIM技术对桥梁工程管理的贡献进行探讨。

1造成道路桥梁施工管理问题的主要原因

1.1桥梁设计与施工方对接存在问题

桥梁是跨越峡谷、江河乃至湖海的大型构筑物，其施工环境复杂，并且具有高空作业多、作业面少、水中作业多、施工组织协作复杂等特点。在非EPC（工程总承包模式之一）桥梁工程中，设计人员的理念与现场施工认知往往存在一定程度的偏差，设计人员在做桥梁设计时更侧重于桥梁结构设计、造型美化，新材料、新工艺应用等情况，对现场的施工环境和条件考虑较少，从而给后续的现场施工带来困难［3］。

（1）施工人员对构造信息接收有偏差。二维图纸的信息传递依赖于使用者的能力水平，在设计方向施工方交底图纸时，由于专业知识背景差异，经常会造成信息接收的偏差及丢失。对于复杂的桥梁钢结构，如钢拱混凝土铁路桥，不仅结构复杂，且拱肋和三角斜撑等构件的连接关系也难以借助二维图纸表达清楚。

（2）设计图纸中预留施工作业面不足。由于桥梁的特殊作业环境，在设计图投入施工时会出现局部作业面不足等情况。在复杂结构设计中，二维图纸需多图协作说明，前期设计中即便对复杂结构的错位和碰撞做出了碰撞检验调整，其预留的施工作业面也很难充分满足工艺要求。

1.2施工现场管理存在问题

（1）桥梁桩基础中，钻孔灌注桩施工时出现成空不垂直、偏差值大的情况，其原因有钻机未出处水平位置或钻进过程中发生不均匀沉降。桥梁桩基经施工人员放线核查形成的纸质资料通常为数据表格和二维桩位图，施工现场标记方式大多是传统的插点标记，易发生挪动倒塌等错误，导致后续桩位的施工质量问题。

（2）桥梁混凝土外观差。桥梁混凝土外观问题取决于模板质量，支模不平整、模板材质强度刚度不足、浇筑振捣不到位会引发混凝土成型后梁体不顺直、蜂窝、麻面、裂纹等质量问题。虽然这些问题较小，但在大型桥梁的复杂荷载和运行环境下，其影响很可能会扩大，裂纹也会不断扩大，给整个桥梁的质量造成影响。

（3）钢筋质量问题进而引发桥梁质量问题。钢筋存放不善导致钢筋外表有锈蚀、裂纹现象，或是钢筋下料的长度和尺寸不符合设计要求，但是现场劳务工人擅自投入使用，从而引发桥梁结构的质量问题。

（4）桥梁工程中施工进度管理难度大。桥梁工程往往施工环境复杂，施工过程受环境影响程度高，露天作业、高空作业多，环境风险较大，并且桥梁工程体量大、施工工艺较复杂、施工工序多，施工组织协调的难度大，使施工进度的管理难度大大提升。

2BIM技术在桥梁施工管理中的应用优势

桥梁施工管理主要包括进度管理、质量管理、成本管理。BIM技术具有图形可视化、参数化、可模拟性、信息集成等特点，基于BIM技术和移动互联网构建规范化桥梁BIM施工信息管理云平台，有助于桥梁施工管理中信息的集成处理和即时交互。

2.1图形可视化

借助可视化的优势，可使项目参与人员深入理解二维平面图纸，尤其是桥梁结构中复杂需多图协作说明的部位，有助于施工人员掌握桥梁构造的内部情况和重难点部位的施工要点，通过碰撞检验及时发现图纸的碰撞部位和工作面预留不足的情况，为后续施工组织设计方案的编制提供参考。

2.2参数化建模

桥梁工程由于其专业层次多、施工工艺复杂，建立参数库十分重要。利用Revit软件在建模中设置不同构件的具体参数信息，使桥梁工程的结构参数更具参考性。参数库的建立方便了桥梁工程参与人员通过调整模型的参数来控制构件的位置，有利于在后续施工进展中根据施工进度快速对模型做出更新调整。

2.3工程量计算快捷

受技术限制，传统桥梁的工程量计算常需要人工借助Excel、广联达等软件进行，数据相对整个项目的动态管理过程是孤立存在的；而BIM技术在数据处理方面有显著优势，桥梁施工全过程数据都可以动态、实时地存储在BIM数据库中，并且可以精确导出所需的桥梁工程量，提高工程量的计算效率。当桥梁工程施工设计图发生变更时，设计方可在云平台对BIM模型做出变更，施工方可即刻导出二维图纸和变更工程量，有效降低沟通成本和提高计算效率。

2.4信息集成性

BIM模型信息的价值量大于图形的价值量。在实际施工中，借助摄像头、传感器、计量器具等设备采集现场实时数据，上传到BIM施工信息管理云平台，可實现：（1）对现场关键点位的监测和预警；（2）对现场物料管理的实时监测；（3）对现场施工人员的不规范行为做监测报警，降低施工的安全风险。

2.5实景模拟

BIM技术的模拟性在桥梁项目中能很好地模拟出桥梁工程复杂的施工环境，通过BIM施工现场三维布置，对前期构建的三维模型赋予造价信息、时间信息、质量管理信息、安全管理信息，就能实现对施工的ND（多维）模拟，加强施工建设过程中可能会发生的质量安全控制，减少施工建设过程中不必要的成本。

[=XQS（]基于BIM技术的桥梁工程施工管理/杨林骏

3工程案例分析

3.1工程背景

本案例为广西柳州某座上承式铁路拱桥（以下简称“铁路拱桥”），全长700 m，宽40 m，拱桥由主梁、腹板、主副双层拱肋组成，以铁路运输为主。

3.2应用流程

BIM技术在该桥梁工程中以桥梁的三维模型为出发点，建立基于BIM技术的桥梁工程管控系统，主要应用于桥梁施工过程中质量控制、进度控制、成本控制、信息管理等方面。项目各方通过云平台调取施工项目的BIM集成数据库，采用统一的模型和标准的信息系统，极大地降低了项目沟通成本，提高了项目的管理效率；利用移动终端和传感监控系统，实时采集储存施工过程和物料管理信息的大量数据，上传到BIM数据库，实现对施工过程虚实结合的质量、安全、成本、进度的实时控制。具体的桥梁工程施工中BIM技术云平台管理的应用流程如图1所示。

3.3BIM技术的应用

3.3.1碰撞检查

桥梁工程的复杂性和专业交叉较高，本案例中的桥梁工程是涉铁工程，其专业性更强、复杂性更高。对于复杂结构和重点部位，通过BIM模型的碰撞检查可以检验桥梁在施工中可能发生的碰撞冲突，除去设计阶段筛去的严重冲突，如桥梁构件之间的位置碰撞等。另外，还有两类施工中常见的碰撞冲突：

（1）可调整的冲突，如钢筋的碰撞；

（2）空间上的冲突，常表现为施工空间不足或工作空间规划不合理。

对图纸进行碰撞检查，在进入该部位施工前发现碰撞冲突之后，通过设计变更或协调施工组织解决问题，降低乃至消除由于设计失误引起的工程风险，事前控制风险也有利于减少后期的设计变更事件［4］。同时，由于Revit软件对工程量可以快速、准确地计算和导出，减少了建设人员的时间消耗，从而降低了成本。

3.3.2施工可视化交底

由于桥梁工程结构复杂，在图纸交底时常因为技术人员的知识背景参差而导致对图纸的理解偏差。通过参数化建模，以三维的形式制作桥梁各部位构件，输入各部位构件的尺寸材料属性和工艺参数，建立铁路拱桥的桥梁族库，将二维图纸转变成三维立体图，直接呈现在交底过程中，不仅实现了铁路拱桥整体空间构造的可视，也为铁路拱桥重要部位结构的施工提供可靠依据，有效降低图纸造成的信息丢失风险，提高效果图的交互性。见图2。

3.3.3BIM技术在铁路拱桥质量、安全管理方面的应用

（1）施工方案的优化。在施工开始之前，利用BIM技术对铁路拱桥进行虚拟建造，虚拟建造过程中对施工工艺的模拟可以提前发现施工工艺、施工工序搭接、现场整体布局的不合理之处，从而对施工组织方案进行最优化调整，进而提升桥梁质量。

（2）现场信息控制。施工过程中，通过在现场布置监控摄像头、传感器、智能计量器具和智慧安全帽等设备，可有效采集现场施工数据。实时将数据上传至BIM数据信息管理云平台做算法处理，可实现智能系统对不符合质量要求及安全要求的行为做出超限自动预警。同时，通过影像资料和传感器数据记录的质量缺陷和不安全的施工行为，将发生的所有问题生成整改通知单并导出，便于工程管理人员及时处理问题，提高质量安全管理的效率。

3.3.4信息协同管理

在铁路拱桥的BIM信息管理系统中，通过BIM技术、现场监测系统和移动互联网构建铁路桥梁的BIM施工管理云平台，该平台以BIM技术为核心，能够储存大规模工程数据。此外，还可以共享数据，实现项目各方在项目建设中的协同办公，提高了项目参与者的管理效率，促进工程进度。

4结语

运用BIM技术对桥梁工程进行三维建模，实现桥梁施工工艺优化、工程量核算、可视化交底；对三维模型赋予造价信息、时间信息、质量安全标准信息，并与现场施工情况密切关联，实现施工过程的动态管理；构建桥梁的BIM施工信息管理云平台，可提高项目信息的共享效率，进而促进施工进度。BIM技术在桥梁工程动态管理、方案优化、信息共享等工作中的应用，使其在桥梁的质量安全、进度管理、成本控制等方面发挥重要作用，有效提升了桥梁工程施工的管理效率。

参考文献

［1］龙云波.桥梁施工质量控制及常见问题解决措施［J］.交通世界，2015（15）：74-75.

［2］韦武朗.基于BIM的桥梁施工监控云平台应用研究［J］.西部交通科技，2020（5）：148-151.

［3］王磊.BIM技術在道路桥梁施工管理中的应用分析［J］.商品与质量，2020（1）：49.

［4］苏立勇，周轶，张志伟，等.BIM技术在轨道交通工程中的应用构想与实践——以北京轨道交通19号线一期工程为例［J］.隧道建设（中英文），2020，40（10）：1 399-1 407.

作者简介：杨林骏（1992—），讲师，主要从事土木工程专业的科研和教学工作。