吳得卿、張廣海

（中電建路橋集團有限公司，北京 100000）

0 引言

伴隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國交通建設(shè)行業(yè)也得到了長足發(fā)展，尤其橋梁工程項目的建設(shè)數(shù)量和建設(shè)規(guī)模日益壯大。橋梁工程極易受到周邊各種不確定因素的影響，導(dǎo)致橋梁的耐久性和安全性降低。在現(xiàn)階段的橋梁工程施工中，傳統(tǒng)方式的橋梁工程設(shè)計和構(gòu)造主要依托CAD（計算機輔助設(shè)計軟件）。BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息集成化，以及橋梁工程構(gòu)建設(shè)計、施工管理和養(yǎng)護維修三位一體化，不僅能夠有效滿足當(dāng)前建筑行業(yè)現(xiàn)代化的高標準要求，而且有利于加快實現(xiàn)低消耗、低污染的可持續(xù)發(fā)展目標。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)作為一種信息化技術(shù)，在建筑行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。眾所周知，橋梁工程是建筑行業(yè)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中重要的組成部分。橋梁工程因其建設(shè)周期較長，施工難度大，涉及的施工工序和施工環(huán)節(jié)繁雜，施工過程中的不確定因素極易影響橋梁工程的施工質(zhì)量和安全性[1]。針對這種情況，利用BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息化共享功能，建立橋梁工程的仿真建筑物。同時通過BIM 技術(shù)的可視化特征，不斷優(yōu)化、調(diào)整橋梁工程施工方案，有利于確保橋梁工程有序有效地開展。除此之外，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)、設(shè)計、施工以及后期運營管理等全過程中，能夠促進我國建筑行業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。

2 BIM 技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 協(xié)同設(shè)計更高效

傳統(tǒng)方式下，在橋梁工程建設(shè)過程中，由于施工工序和施工環(huán)節(jié)繁雜，極易導(dǎo)致各部門的設(shè)計圖紙版本不一致的情況，嚴重影響整個橋梁工程的施工進度和施工質(zhì)量。區(qū)別于傳統(tǒng)方式，在橋梁工程建設(shè)過程中，采用BIM 技術(shù)協(xié)同模式能夠?qū)崿F(xiàn)各部門的設(shè)計圖紙同一平臺、同一標準、同一目標、同一環(huán)境，有效避免各部門的設(shè)計圖紙在溝通過程中大量反復(fù)修改，在保證橋梁工程的施工效率和施工質(zhì)量的同時，確保施工進度符合項目建設(shè)要求。

2.2 方案設(shè)計成果可視化

在傳統(tǒng)橋梁工程方案設(shè)計階段，往往通過CAD 畫出橋梁平面圖和橋型布置圖后，結(jié)合橋梁的平面圖、立面圖和橫面圖，展現(xiàn)整個橋梁的外觀設(shè)計情況。這種方式不僅程序煩瑣，不利于橋梁工程設(shè)計各部門之間的交流與溝通，而且不能形象、直觀地展現(xiàn)整個橋梁的外觀。針對這種情況，在橋梁工程方案設(shè)計過程中，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)模型設(shè)計，形成三維實景模型，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對整個橋梁外觀的可視化；而且能夠進一步通過渲染和動畫，展示橋梁的整個施工過程以及竣工效果，更加科學(xué)合理地優(yōu)化和完善橋梁工程方案設(shè)計，有利于推動整個橋梁工程建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

2.3 提高施工質(zhì)量，節(jié)約施工成本

在橋梁工程設(shè)計階段，應(yīng)用BIM 技術(shù)，通過三維實體渲染，不僅能夠在建模過程中，第一時間發(fā)現(xiàn)施工和設(shè)計過程中存在的問題，并及時進行整改優(yōu)化，而且能夠發(fā)現(xiàn)橋梁施工中材料的損耗點，并進行合理優(yōu)化，控制材料損耗，提升橋梁工程項目施工質(zhì)量的同時，最大化提升施工材料的利用率，有利于推動整個橋梁工程項目實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

3 我國BIM 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

雖然現(xiàn)階段我國的建筑行業(yè)，尤其橋梁建筑行業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展，BIM 技術(shù)已經(jīng)被建筑行業(yè)應(yīng)用，但從總體上來看，我國橋梁建筑行業(yè)的企業(yè)對BIM 技術(shù)的應(yīng)用還處于研究階段。根據(jù)有關(guān)調(diào)查研究分析，雖然我國橋梁建筑行業(yè)的大部分企業(yè)已經(jīng)對BIM 技術(shù)有所了解，但是將BIM 技術(shù)應(yīng)用到實際的橋梁工程建設(shè)中的企業(yè)少之又少，甚至有小部分橋梁建筑企業(yè)對BIM 技術(shù)的了解甚微。由此可見，BIM 技術(shù)在我國橋梁建筑行業(yè)的發(fā)展還處于探索起步的階段，未來BIM 技術(shù)在我國的橋梁建筑行業(yè)發(fā)展中將具有廣闊的空間。

4 BIM 技術(shù)在橋梁工程方面的應(yīng)用

4.1 BIM 技術(shù)在可行性研究階段的應(yīng)用

在橋梁工程建設(shè)過程中，傳統(tǒng)方式下往往需要建筑企業(yè)深入施工現(xiàn)場，進行選址、方案規(guī)劃等方面全方位的研究評估，進而確保整個橋梁工程建設(shè)的科學(xué)性、可行性。這樣一來，不僅耗時較長，而且難以有效防范橋梁工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種風(fēng)險。然而，通過引進BIM 技術(shù)，搭建橋梁三維模型，實現(xiàn)橋梁的選址、施工方案以及橋梁的外觀面貌可視化。一方面，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁工程建設(shè)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)信息的全方位展示，有利于第一時間發(fā)現(xiàn)在橋梁工程建設(shè)過程中存在的風(fēng)險，并及時采取優(yōu)化措施；另一方面，借助三維橋梁模型，能夠科學(xué)合理地統(tǒng)計分析施工現(xiàn)場所耗用的材料成本，有利于實現(xiàn)在橋梁工程建設(shè)過程中，各種施工材料的精細化管理。

4.2 BIM 技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用

通常情況下，橋梁工程設(shè)計主要包括預(yù)可階段、工可階段、初步設(shè)計階段、技術(shù)設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段等五個階段。

4.2.1 預(yù)可階段

在橋梁設(shè)計的預(yù)可階段，建筑企業(yè)往往通過設(shè)計不同的橋型方案，編制橋梁的工程造價。通過BIM 技術(shù)，對建筑工程現(xiàn)場的周邊地形進行模擬創(chuàng)建。一方面，相關(guān)設(shè)計人員能夠根據(jù)不同的橋梁模型，設(shè)計橋梁工程設(shè)計方案，并進行科學(xué)合理的工程造價和效益估算；另一方面，通過3D 模型能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁周邊環(huán)境保護，以及可持續(xù)發(fā)展方面的可視化，為設(shè)計者提供科學(xué)合理的參考建議，有利于設(shè)計者選出最優(yōu)橋梁工程設(shè)計方案。

4.2.2 工可階段

在工可階段，通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建三維模型。一方面，能夠使設(shè)計人員結(jié)合橋梁工程項目的建設(shè)要求，在模型中標記橋梁的建筑尺寸、材料參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，有利于實現(xiàn)橋梁施工技術(shù)、成本等各方面的精細化管理和控制；另一方面，利用BIM 技術(shù)創(chuàng)建的三維模型，使設(shè)計人員能夠可視化、全方位、精細化地了解橋梁橋型設(shè)計方案，并且能夠結(jié)合多方面因素，實現(xiàn)對橋梁工程設(shè)計方案的可行性和經(jīng)濟性的最優(yōu)化選擇，如圖1 所示。

圖1 某過街天橋橋型方案之一

4.2.3 初步設(shè)計階段

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁的初步設(shè)計階段，一方面，能夠借助BIM 模型最大程度地提升設(shè)計圖紙的科學(xué)合理性，從而有效避免傳統(tǒng)方式下圖紙出現(xiàn)錯誤而導(dǎo)致的工程變更情況，致使建筑企業(yè)的施工成本增加；另一方面，設(shè)計人員通過BIM 技術(shù)結(jié)合施工工程項目建設(shè)要求，在創(chuàng)建的三維模型上編輯施工材料、施工設(shè)備參數(shù)等，有利于實現(xiàn)建筑材料與工程量的科學(xué)合理統(tǒng)計，進而提升各項材料的利用率。

4.2.4 技術(shù)設(shè)計階段

傳統(tǒng)方式下，在橋梁工程建設(shè)過程中，一旦工程設(shè)計方案發(fā)生變化，將會嚴重影響施工進度和施工質(zhì)量。利用BIM 技術(shù)的協(xié)同化特點，不僅能夠在工程設(shè)計方案變更的同時，通過對橋梁結(jié)構(gòu)進行深入精細化的細節(jié)處理，實時更新施工各部門設(shè)計方案，實現(xiàn)工程量的實時更新，能夠有效避免傳統(tǒng)方式下施工進度延誤的情況；而且采用BIM 技術(shù)，能夠極大地提升橋梁工程項目的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量[3]。

4.2.5 施工圖設(shè)計階段

在橋梁施工圖設(shè)計階段，相對于傳統(tǒng)方式下設(shè)計人員費時費力的人工方式，利用BIM 技術(shù)的可視化、數(shù)字化特點，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)強度的精細化計算，確保橋梁結(jié)構(gòu)強度等參數(shù)滿足工程建設(shè)要求；而且能夠利用BIM 技術(shù)精準化計算橋梁配筋等相關(guān)參數(shù)，并且系統(tǒng)自動生成詳細的材料報表。除此之外，當(dāng)施工圖中某一參數(shù)出現(xiàn)錯誤時，利用BIM 技術(shù)的協(xié)同化特點，能夠?qū)崿F(xiàn)整個橋梁施工圖數(shù)據(jù)的實時更新，極大地提升了橋梁施工圖的設(shè)計效率和質(zhì)量。

4.3 BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

為了進一步詳細了解BIM 技術(shù)在橋梁工程建設(shè)中的實際應(yīng)用效果，以實際案例進行闡述。案例中的橋梁建設(shè)長度為974m，橋形是目前國內(nèi)普遍采用的懸臂澆筑法施工單箱梁體最寬的矮塔斜拉橋，其中主橋長660m。施工項目預(yù)期工程造價約4.04 億元，計劃施工周期30 個月。

4.3.1 數(shù)字信息化施工

在該案例中，利用BIM 技術(shù)進行數(shù)字信息化施工，不僅能夠加強施工各部門之間的交流協(xié)作，促進提升各部門信息溝通的質(zhì)量，而且有利于提升橋梁工程的建設(shè)效率和建設(shè)質(zhì)量。不同于傳統(tǒng)方式，在橋梁工程施工階段構(gòu)件生產(chǎn)過程中，受施工環(huán)境不確定因素的影響，導(dǎo)致施工構(gòu)件質(zhì)量大打折扣。通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)橋梁工程的數(shù)字信息化，一方面橋梁的構(gòu)件能夠跨越區(qū)域同時生產(chǎn)，有利于提升橋梁建設(shè)的實際效率[4]。與此同時，還可以通過預(yù)制構(gòu)件的方式進行構(gòu)件加工，有效確保構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性。另一方面，通過BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁工程施工信息化管理的同時，確保橋梁的施工進度和施工周期滿足工程建設(shè)的預(yù)期要求。

4.3.2 施工模擬

在橋梁工程建設(shè)過程中，通過BIM 技術(shù)的三維建模方式能夠模擬各個工序和施工環(huán)節(jié)，有利于最優(yōu)化選擇科學(xué)合理的施工方案。首先，在利用BIM 技術(shù)虛擬模塊的過程中，應(yīng)該模擬在橋梁工程建設(shè)過程中，每一項施工工作建立獨立的設(shè)計模塊。其次，通過設(shè)計各個環(huán)節(jié)的獨立的設(shè)計模塊，綜合分析和探討之后，建立起橋梁工程的完整施工模型，能夠確保實際的橋梁工程施工質(zhì)量和施工進度。

4.3.3 管理物資

首先，工作人員要結(jié)合實際情況和BIM 技術(shù)，對施工材料進行科學(xué)合理的規(guī)劃。其次，工作人員可以利用BIM 技術(shù)，將實際施工中的各個項目通過編碼的形式儲存到相應(yīng)的物資管理數(shù)據(jù)庫中。一方面，能夠自動化計算出工程建設(shè)所需的工程量；另一方面，在物資管理數(shù)據(jù)庫中，將購買的材料和實際工程量所需的材料進行分析比對，能夠?qū)崿F(xiàn)對物資和設(shè)施的實時統(tǒng)計和管理，有效防范施工材料缺失的情況發(fā)生，確保橋梁工程的實際施工進度和施工質(zhì)量。

4.3.4 數(shù)據(jù)管理

在橋梁工程建設(shè)過程中，針對施工工序繁雜、施工周期較長、施工環(huán)境復(fù)雜的特點，為了確保實際施工質(zhì)量和施工進度，需要對各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量進行嚴格監(jiān)督和管理。傳統(tǒng)方式下，質(zhì)量監(jiān)督控制環(huán)節(jié)往往需要用人工方式對大量的橋梁工程施工數(shù)據(jù)進行分析比對，不僅耗費大量的人工，而且質(zhì)量監(jiān)督和管理效果并不樂觀。利用BIM 技術(shù)的信息共享功能和協(xié)同作用，結(jié)合橋梁工程的數(shù)據(jù)信息，建立有效的數(shù)據(jù)信息處理平臺，不僅能夠促進各部門對橋梁信息數(shù)據(jù)的溝通交流，有利于實現(xiàn)各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的監(jiān)督管理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，極大地提升了管理的效率和質(zhì)量。

4.4 BIM 技術(shù)在運營階段的應(yīng)用

眾所周知，我國橋梁眾多，情況復(fù)雜，橋梁工程項目的后期運營管理大多數(shù)依賴于人工方式進行數(shù)據(jù)采集和常規(guī)檢查和CBMS（China Bridge Management System，即中國公路橋梁管理系統(tǒng)）開展運營管理工作。但是，在我國橋梁工程項目建設(shè)規(guī)模和建設(shè)數(shù)量與日俱增的時代大背景下，依靠CBMS 和人工數(shù)據(jù)采集和常規(guī)檢查方式，已經(jīng)難以滿足當(dāng)前橋梁運營管理工作的實際要求。通過引入BIM 技術(shù)，利用BIM 的信息即時更新功能和協(xié)同功能，能夠有效彌補當(dāng)前CBMS 存在的不足，促使BIM 技術(shù)和CBMS 系統(tǒng)協(xié)同工作。一方面，能夠有效促進提升我國橋梁檢測行業(yè)的數(shù)據(jù)收集和常規(guī)檢查工作效率和質(zhì)量；另一方面，在橋梁的日常安全管理方面，也能夠發(fā)揮至關(guān)重要的作用[5]。

在橋梁的日常安全管理方面，利用BIM 技術(shù)的可視化特點，將橋梁工程建設(shè)的所有信息數(shù)據(jù)收集起來，形成3D 模擬動畫，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁后期運營管護階段的實時監(jiān)控，而且通過3D 模擬動畫分析出潛在風(fēng)險，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。除此之外，在實際的橋梁工程建設(shè)過程中，當(dāng)面臨不可抗力、交通事故等突發(fā)性事件時，利用BIM 可視化的特點創(chuàng)建3D 模擬動畫，及時提出科學(xué)可行的應(yīng)急預(yù)案，有利于促進提升橋梁工程建設(shè)安全應(yīng)急管理的實際質(zhì)量和效果。不難看出，未來BIM 技術(shù)在橋梁運營維護方面無疑具有廣闊的發(fā)展空間。

5 結(jié)語

綜上所述，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)的前期階段和后期運營階段等全過程中，充分利用BIM 技術(shù)的可視化、數(shù)據(jù)信息共享、協(xié)同性等特點，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁工程建設(shè)全過程的全方位精細化管理，分析、研究、制定最優(yōu)化的工程設(shè)計方案，而且能夠通過BIM 技術(shù)的可視化模型展示，結(jié)合工程項目建設(shè)要求的施工參數(shù)，實現(xiàn)精確化的工程造價預(yù)算，為項目決策層提供科學(xué)合理的參考依據(jù)。除此之外，通過利用BIM 技術(shù)的協(xié)同化特點，在橋梁工程建設(shè)過程中，出現(xiàn)施工方案變更時，實時調(diào)整施工進度和施工方案，有效避免傳統(tǒng)方式下工程項目變更導(dǎo)致的施工成本增加和施工進度延誤的情況，確保施工進度和施工質(zhì)量。通過將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程項目，有利于促進管理模式向高效、科學(xué)的方式轉(zhuǎn)變。