BIM技术在桥梁工程设计与施工中的应用

陈长俊 孙晓博

（1.福建农林大学金山学院，福建 福州 350002；2.福建省高速技术咨询有限公司，福建省高速公路工程重点实验室，福建 福州 350108）

0 引言

BIM 技术是一种能够将建筑工程多维化的工具，利用实际三维模型，各参与者在软件平台上可以共享信息，有助于提高工程参与者之间的沟通效率，提高整个工程的工作进度[1]。特别是在细部构造有变动的情况下，信息的共享能够使其他人员更实时高效地了解到变动。依据建筑行业的要求及相关的数据统计，至2021 年底，BIM 技术在建筑业的使用覆盖率已经非常高了。BIM 技术的应用，将建筑工程的信息实现快速共享，建筑工程的设计、业主、施工、监理各参与方能够实现相关信息的直接高效交流，减少信息流通过程中的消耗，提高工程项目协同工作效率。能够实现信息快速的共享，主要是因为在BIM 技术软件中所建立的三维模型，能够对信息进行统一的保存和传递，提高了各参与方的交流效率。本文仅从桥梁工程的设计与施工谈谈BIM技术的应用。

1 BIM技术在桥梁工程建设各个阶段中的作用

在桥梁工程项目建设的各个阶段，利用BIM 技术可以实现工程中各参与方对模型数据信息的有效共享[2]，提高各方之间协同工作的效率，比如某些施工方案需要各参与方共同进行交流，这时候通过BIM 平台就十分方便，工作效率也高[3]。

（1）设计阶段。使用BIM 技术建立三维模型生成效果图，更直观地表达设计方案；桥梁构件参数化，更高效地建立三维模型，以及进行细部构件的修改。设计方案评审过程中，业主单位可以根据效果图及构件库数据信息，能直观、高效地进行桥梁结构设计方案的评审工作。

（2）施工阶段。BIM 三维模型的信息共享化，提高了各参与方信息资源的交流效率，施工单位可以实时根据施工方案进行施工进度控制，确保在规定工期内完成工程项目，业主单位也可以通过BIM 平台实时了解工程施工进度，更有效地进行监督和管理工作。同时在施工阶段可以利用BIM 技术进行工程造价的控制，三维立体模型能够准确、有效地计算出工程量，按定额标准计算出预算成本，根据实际价格能够实时得到实际成本，这样就能进行有效的成本控制，大大降低了工程造价工作的难度，也提高了工程造价的准确性。

（3）运营管理阶段。通过BIM 技术平台，设计单位和施工单位将三维模型转交给桥梁建设单位，建设单位通过对模型中的共享信息，能更加直观了解桥梁设计过程、施工过程、成本控制过程以及实际竣工情况，为建设单位安排后续的管理养护工作提供依据，提高运营阶段的管理和养护效率。

2 BIM技术在桥梁工程中的应用

某桥梁工程上部结构采用18m×30m 预应力钢筋混凝土箱梁，下部结构采用柱式墩、肋式台，钻孔灌注桩基础。为确保桥梁设计及施工过程的准确性，利用BIM 技术进行三维建模，保证桥梁设计质量和桥梁施工质量，提高设计效率和施工效率。

2.1 模型建立及使用

建立桥梁三维模型过程中，先将桥梁结构进行分类，然后将上部结构的梁体构件、下部结构的墩柱、盖梁等构件进行相关参数分析，并实现参数化表达，进一步分析各构件中的相关参数和设计图纸内容，并梳理内在联系，编写相应的流程图。审核流程图、构件图纸等信息，利用软件进行二次开发，并创建构件族库（如图1 所示）。所创建的构件库不仅能为该工程使用，也能给今后有类似构件的工程提供参考。

图1 构建族库

在BIM 软件revit 中先确定路线的大致走向，定位桥梁的中心桩号，然后调取二次开发生成的构件，在相应的桩号位置放置桥梁上部结构和下部结构，整理获得桥梁三维模型，如图2所示。

图2 桥梁三维模型

2.2 碰撞检查

以往的二维设计图纸，由于其只能在二维平面内展示，各个专业的构件不能在空间上进行分析，很容易出现位置重叠的现象，即碰撞问题（该工程中出现的碰撞问题如图3 所示）。为避免给后面施工带来不必要的麻烦，经常要进行设计变更，不仅增加了设计成本和施工成本，同时也造成了大量的资源浪费。

图3 碰撞检查

使用BIM 技术软件建立桥梁的三维模型，可以在三维模型里发现到二维图纸中可能出现的碰撞问题，并在设计阶段就将这类碰撞问题解决好，减少了施工阶段的设计变更工作，提高桥梁施工效率。比如预应力钢筋混凝土施工过程中，比较容易出现的横向钢筋和纵向钢筋的碰撞问题、锚具与钢筋等碰撞问题，在建立三维模型中进行碰撞检查后，及时对出现的碰撞情况进行修改。

2.3 工程量计算及成本管理

以往在进行工程量计算中，采用人工计算及造价软件计算，容易出现错误。在利用BIM 技术进行计算，设计人员在模型建立完成后，就可以直接得到相应的工程量值。创建三维模型过程中，BIM 软件可以根据模型构件数据进行统计分析，随时得到工程量值，为后期的施工管理和成本管理提供参考。在桥梁设计过程中，利用BIM 软件调整部分构件模型时，软件也对钢筋量、混凝土量等进行了相应的调整，按照定额标准得到预算成本，同时也根据市场的实际价格进行分析，从而得到实际成本（如图4、图5所示）。

图4 钢筋成本

图5 混凝土成本

2.4 生成图纸及细节分析

在模型完成后，可以使用软件中的图纸管理器按照设计需要进行图纸的分类，然后根据设计人员对实际情况的要求进行出图，利用软件中能实现自动出图的工具，有效地提高出图效率，同时也在一定程度上保证了图纸的精确度。

利用模型构件数据库的信息，将各细部结构的尺寸进行参数设置，在软件中对模型进行节点拼装工作，提高细部结构的设计质量，同时也能有效地指导施工，减少施工过程中出现不必要的问题。细部结构在制作加工以及现场安装过程中，由于构件在空间上错综复杂，从而提高了对施工过程的要求，而使用BIM 技术软件能够提高施工节点位置的精确度，有效提高施工效率。

2.5 三维可视化施工

利用REVIT 软件进行施工步骤模拟。由于桥梁结构复杂，其施工流程可能出现各种问题，通过BIM 技术模拟施工工序，确定最优施工方案，达到节约时间成本和资源配置最优化的效果，并为可能出现的问题提前制定预案。三维可视化施工步骤模拟，可以形象生动地呈现施工过程，为施工人员及技术管理者提供参考，更高效地完成相关工作。如图6为桥梁施工步骤。

图6 桥梁施工步骤

利用REVIT软件进行场地布置。通过REVIT软件进行三维动态施工平面布置，实现对现场监管的可视化和场地布置的动态化，可以有效地安排施工现场的设备、材料、工作人员宿舍等。通过时间的控制加上三维可视化施工模拟，能够将实际的施工进度与施工计划进度进行比较，进而优化施工计划进度，并指导施工方进行具体的施工作业工作，避免施工隐患及安全问题，从而减少返工及整改时间。

3 BIM技术在桥梁工程中的应用成效

该工程由于其结构的复杂性，存在一定的设计难度，利用BIM 技术进行三维建模来保证设计质量和施工要求，取得了以下成效：

（1）通过软件可以直接统计出桥梁工程的工程量，根据定额标准计算出预算成本，并根据实际施工过程的价格算出实际成本，为整个项目管理提供依据。

（2）利用软件进行碰撞分析，检查出产生冲突的碰撞点，为结构设计的修改提供依据，并减少后期施工所带来不必要的返工问题。

（3）利用软件出图工具，按需要对桥梁工程进行自动出图，提高出图效率，保证图纸的精确度。

（4）通过利用BIM 技术能够准确得到桥梁构件节点的具体位置，如桥台结构、盖梁、桥墩结构的具体位置及高程，为施工定位提供依据，利用三维可视化模拟施工步骤保证施工质量。

4 结束语

综上所述，应用BIM 技术进行桥梁工程设计，提高了设计的准确性，保证设计质量。BIM 技术也能够指导施工，为施工过程管理提供相应的依据，保证施工质量。本文依托实际工程案例，分析了BIM 技术在桥梁工程中的应用，为类似的工程案例进行BIM 技术分析提供参考。