【摘要】BIM技術(shù)在國內(nèi)外的土木工程領(lǐng)域已經(jīng)開始發(fā)展，并展現(xiàn)了相當(dāng)大的潛力，在于其擁有傳統(tǒng)技術(shù)所不具備的一些優(yōu)勢。本文在回顧BIM技術(shù)及其歷史發(fā)展的基礎(chǔ)上，主要論述了BIM技術(shù)在土木工程橋梁設(shè)計、施工與運維中的應(yīng)用，以期能對BIM技術(shù)在橋梁全生命周期中的發(fā)展提供新思路。

【關(guān)鍵詞】BIM;土木工程;橋梁設(shè)計;施工;運維

傳統(tǒng)土木工程行業(yè)在力學(xué)理論和施工實踐上已十分成熟和完善，但是這些土木工程如橋梁工程施工的標(biāo)準(zhǔn)化和效率化有待近一步提高，以BIM技術(shù)為代表的信息化技術(shù)的推進和發(fā)展對橋梁等土木工程行業(yè)具有重大影響，主要體現(xiàn)為：BIM技術(shù)在橋梁工程的設(shè)計階段、施工階段及運維階段的關(guān)鍵應(yīng)用。

在針對橋梁工程進行BIM技術(shù)的應(yīng)用之前，需要先對BIM技術(shù)的定義和歷史發(fā)展做深刻和準(zhǔn)確的理解。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)是以工程建筑項目的三維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機內(nèi)模擬建立構(gòu)筑物模型，并附加相應(yīng)屬性信息 [1]。BIM 技術(shù)起源于20世紀末的建筑計算機模擬系統(tǒng)，由美國Chuck Eastman 博士提出。它是一種數(shù)據(jù)可視化工具，用于工程前期設(shè)計和后期建造管理，項目的各項信息可以通過參數(shù)模型進行融合。信息的的共享和傳遞貫穿在項目前期設(shè)計、中期運行和后期維護的過程中，可以幫助工作人員正確理解和高效應(yīng)對各項信息數(shù)據(jù)，為各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，包括設(shè)計師隊伍和建筑運營單位，在縮短工期和節(jié)約成本有著重要作用[1]。隨著時間發(fā)展，其越來越成熟，越來越多的建筑企業(yè)將目光投向BIM技術(shù);目前BIM技術(shù)正處于概念階段轉(zhuǎn)向?qū)嵺`階段的重要時期。

1、BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計上的應(yīng)用

在方案設(shè)計階段，橋梁設(shè)計方面的工作量比較大。傳統(tǒng)的設(shè)計表達方式，以圖紙和材料的統(tǒng)計工作為例，具有繁瑣復(fù)雜和容易出錯的特點。此外，橋梁設(shè)計的好壞和細節(jié)直接決定了施工工藝環(huán)節(jié)是否嚴謹，因此，如果能在前期設(shè)計階段模擬出橋梁的三維動態(tài)施工過程，可以盡可能地規(guī)避設(shè)計付諸實際時在施工中產(chǎn)生額外問題。在橋梁設(shè)計階段，充分利用BIM技術(shù)，能夠提高施工效率和施工質(zhì)量，保障合理施工周期。

1.1 橋梁設(shè)計階段前期

設(shè)計階段包括設(shè)計階段前期和設(shè)計階段后期[2]，在設(shè)計階段前期，構(gòu)建模型是應(yīng)用BIM技術(shù)的核心，故在橋梁設(shè)計前期，應(yīng)先以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建模型，再在三維模型上，根據(jù)數(shù)據(jù)的不同屬性及其組合，實現(xiàn)不同的應(yīng)用[2]。其中主要有：（1）模型的力學(xué)和幾何分析，（2）各個平面的視圖 ，（3）工程量計算，（4）總體的展示，（5）模擬施工?？梢愿鶕?jù)實際情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將其整體動態(tài)化，直觀地將設(shè)計理念、設(shè)計規(guī)劃和參考數(shù)據(jù)等以三維可視化模型展現(xiàn)給項目決策者，甚至可在設(shè)計階段前期中加入成本控制信息和時間變化，進行5D的設(shè)計模擬，極大地方便了項目決策者進行設(shè)計方案的調(diào)整，使得前期的橋型橋式方案設(shè)計十分方便快捷。

1.2 橋梁設(shè)計階段后期

在設(shè)計階段后期中，BIM需要完成設(shè)計出圖。由于橋梁的空間關(guān)系交錯復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維圖紙中，用不同的圖紙表示不同的結(jié)構(gòu)，易在設(shè)計中形成部分部件的重疊，整體模型的缺失等問題[3];BIM技術(shù)可完美地解決這些問題，基于BIM技術(shù)的特性，以整體構(gòu)建模型，和以三維可視化的形態(tài)顯示，解決了二維圖紙易形成的部件重疊、模型缺失的問題;在后期處理中，傳統(tǒng)的二維圖紙一旦出錯（見圖 2），則需要大量的精力去修改，可謂是牽一發(fā)而動全身，而且錯誤不易被發(fā)現(xiàn)，但若BIM技術(shù)的圖紙出錯，可清楚地發(fā)現(xiàn)錯誤處，及時修改，而且只需要修改錯誤部分，其余與之相關(guān)聯(lián)的部分也會一并調(diào)整，十分方便。

綜上所述，在橋梁設(shè)計方面，由傳統(tǒng)的CAD二維圖紙技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)锽IM技術(shù)可謂是大勢所趨，堪稱是一次技術(shù)革命。

2、BIM技術(shù)在橋梁施工上的應(yīng)用

2.1橋梁施工進度控制

BIM技術(shù)的特性，是以三維可視化圖像顯示。對于施工單位來說，充分理解設(shè)計師的設(shè)計意圖和設(shè)計風(fēng)格，可避免由于施工單位與設(shè)計師的理解分差而導(dǎo)致施工質(zhì)量的下降。同時也可以有效地發(fā)現(xiàn)施工中的難點和設(shè)計圖中的不合理之處，減少施工錯誤產(chǎn)生和資源浪費。在應(yīng)用BIM技術(shù)進行建設(shè)工程施工進度控制的過程中，首選需要建立一個自主的BIM系統(tǒng)。為在實施階段盡可能地保證在各參建主體之間暢通無阻地傳遞項目信息，各個職能部門能夠協(xié)同操控和調(diào)用，一個主要的需求是建立項目集成控制平臺，基本管理對象為建設(shè)項目，基于計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建協(xié)同的業(yè)務(wù)平臺，實現(xiàn)協(xié)同三跨（地域、企業(yè)和部門）管理，最終達到信息資源共享的目標(biāo)，進而通過建立BIM平臺，進行模擬施工，加快施工進度，進而實現(xiàn)對建設(shè)工程項目施工進度的良好控制和管理。

2.2橋梁施工成本控制

工程、人工、材料和機械控制等四個控制是橋梁施工階段成本控制的主要內(nèi)容[4]。同時，基于線性回歸、指數(shù)平滑、偏差分析、灰色預(yù)測的方法是成本控制的主要方法。其中，偏差分析方法是施工過程中使用頻率最高的。偏差分析法，其定義為分析目標(biāo)期望與目標(biāo)進度和成本差異的方法，主要是比較差值來發(fā)現(xiàn)實際與設(shè)計之間差異。支撐項目的準(zhǔn)確分析，項目施工情況的有效控制，是其最大的優(yōu)勢特點。通過收集并計算三個費用，具體包括：（1）工作預(yù)計完成的預(yù)算費，（2）工作已完成部分的預(yù)算費用，（3）工作實際完成費用的值，進而分析成本和進度相對于預(yù)期出現(xiàn)偏差的原因，基于展開糾偏措施，從而達到橋梁的施工成本控制。

2.3橋梁施工安全管理

BIM技術(shù)可以在實際施工之前進行虛擬的施工過程模擬，有利于盡快確定合理方案，便于人員之間的協(xié)調(diào)，減少施工變更的損失，及時糾正施工偏差。而在施工中較容易受到外界的影響，在施工時易發(fā)生安全以及質(zhì)量問題;橋梁工程的復(fù)雜性和不確定性顯而易見，其難度也是十分高的，BIM技術(shù)則可以提供較為完善的技術(shù)平臺，用于做好安全管理工作。在分析層次化的橋梁信息模型基礎(chǔ)上，建立以三維模塊模擬橋梁缺損的表達方式，建立面向養(yǎng)護管理階段的橋梁構(gòu)件編碼體系，并提出橋梁病害的可視化管理，為基于BIM的橋梁病害定位提供一定的技術(shù)基礎(chǔ)。以橋梁裂縫病害為例，可以利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和工程管理器進行自動養(yǎng)護決策建議系統(tǒng)構(gòu)建，搭建基于BIM的橋梁病害輔助決策支持系統(tǒng)的框架，為實現(xiàn)可視化和自動化的橋梁施工安全管理提供一定的研究基礎(chǔ)[4]。

3、BIM技術(shù)在橋梁運營管理中的運用

3.1橋梁設(shè)備維護管理

在國內(nèi)的橋梁運營管理方面存在不少缺陷，BIM技術(shù)的出現(xiàn)一定程度上可以進行補充;在后期的運營管理中，保修等方面都可以通過BIM技術(shù)強大的信息化、可視化和模擬化進行全面的監(jiān)督[5]。大型橋梁的全面監(jiān)督十分困難，但同過BIM技術(shù)的三維立體圖像可以清楚地進行查看分析，甚至細化到每一個細節(jié)上，從而有效地提高管理水平和管理效率。

3.2橋梁應(yīng)急管理控制

管理過程中，結(jié)合實際情況，利用BIM技術(shù)對結(jié)構(gòu)、水電和消防等方面進行信息采集、構(gòu)建和表達，建立完整的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以有效地對橋梁的健康情況進行監(jiān)督，避免了大量繁瑣的低效率工作，也可對一些易損部位進行隨時督查，避免不必要的損失。尤其在一些極端事件或惡劣條件下，比如發(fā)生火災(zāi)或洪水災(zāi)害時，及時通過橋梁BIM系統(tǒng)查詢得到最短路徑和最穩(wěn)固構(gòu)建的信息，從而及時疏散人員和躲避災(zāi)害，進而將損失降低到最小。

結(jié)論：

本文主要敘述了現(xiàn)代信息化BIM技術(shù)的原理和過程，將其運用在以橋梁工程為代表的土木工程領(lǐng)域，從橋梁設(shè)計施工和運營管理三個不同階段闡述具體應(yīng)用過程;BIM技術(shù)與土木工程行業(yè)的交叉結(jié)合具有十分可觀的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]錢楓.橋梁工程BIM技術(shù)運用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計.2015（12）：50-52.

[2]陳浩.BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計的應(yīng)用探討[J].工程建設(shè).2016（6）：56-59.

[3]劉智敏，王英，孫靜，賈英杰，高日.BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計階段的應(yīng)用研究[J].北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院.北京交通大學(xué)學(xué)報.2015（6）：80-84.

[4]周明利.BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計.2016（）：122-123.

[5]周紅波，汪再軍.BIM技術(shù)在既有橋梁運維管理中的應(yīng)用[J].建筑經(jīng)濟.2016（12）：45-48.

作者簡介：

毛瑞麒，峽江中學(xué)，江西吉安。