BIM技术在桥梁施工阶段的应用

焦玉辉

摘 要： 桥梁作为一种特殊结构体现在施工阶段为施工风险大、施工装备多、施工质量要求高，传统的桥梁采用二维CAD图纸，引进BIM技术后，将设计信息进行了三维化、信息化的集合，能够大大提高施工组织效率、缩短工期、节约成本，对复杂工程效果尤为显著。本文主要介绍桥梁施工阶段BIM技术的应用。

关键词： 桥梁施工；BIM；应用

1、前言

BIM技术源自西方发达国家，目前大多建设工程项目均采用BIM技术，验证了BIM技术的应用潜力。

我国自2001年引进这一技术以来，应用推广一直较为缓慢，且主要在房屋建筑工程应用较广，在公路、铁路行业的应用案例更是少之又少。

1.1国家政策发展阶段分析

（1）2001年3月22日，住房与城乡建设部下发了《建设部科技司2001年工作思路及要点》。

（2）2003年11月住房与城乡建设部建下发《2003-2008年全国建筑业信息化发展规划纲要》。

（3）在2011年5月10日，住房与城乡建设部下发《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》。

提出了基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，促进具有自主知识产权软件的产业化，形成一批信息技术应用达到国际先进水平的建筑企业的总目标。

（4）2015年6月16日，住房与城乡建设部下发《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，非常细致的指出了涉及建筑业的单位应用BIM的探索方向，阐述了BIM的应用意义，基本原则，发展目标，以及发展重点。

BIM技术是CAD等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，他是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。

BIM能够应用于工程项目规划、勘察、设计、施工、运营维护等各阶段，实现建筑全生命期各参与方在同一多维建筑信息模型基础上的数据共享，为产业链贯通、工业化建造和繁荣建筑创作提供技术保障；支持对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面的分析、检查和模拟，为项目全过程的方案优化和科学决策提供依据；支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理，为建筑业的提质增效、节能环保创造条件。到2020年末，以国有资金投资为主的大中型建筑、申报绿色建筑的公共建筑，和绿色生态示范小区等，这些项目的勘察设计、施工、运营维护中，应用BIM的项目率要达到90%。

（5）2016年8月23日，住房与城乡建设部下发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，更加细化和拓展了BIM的应用要求。

对施工类企业提出了加强信息化基础设施建设、推进管理信息系统升级换代、拓展管理信息系统新功能的要求。

对总承包企业提出了优化工程总承包项目信息化管理，提升集成应用水平、推进“互联网+”协同工作模式，实现全过程信息化的具体要求。

（6）针对国家政策，大多数省、自治区及直辖市也推出了BIM技术应用的相应政策、要求，一些大型项目，建设方在招标文件中就明确要求从设计、施工、运维全过程推广应用，不具备BIM技术的施工企业将被拒之门外，各别项目BIM费用做为一项不可竞争费用在清单中单独计列。

综上所述，如果说CAD技术结束了传统手工绘图、移动支付技术改变了现金支付的传统，那么BIM技术必然引起现场施工技术管理的革命；BIM与物联网、云计算、3S等技术的集成应用；“互联网+”环境下的项目多方协同工作模式，开发和应用基于互联网的协同工作系统，实现多方之间的高效协同与信息共享；基于BIM技术的成果交付标准，实现从设计、施工到运维的数字化交付和全生命周期信息共享等等全新的应用将在我们的施工中得以实现。

1.2施工企业BIM技术应用现状

我国BIM技术应用成功的案例多集中在建筑工程领域，如国家会展中心、广州周大福金融中心、天津117大厦等，施工企业在铁路工程、公路工程中的BIM应用还处于起步阶段，桥梁BIM尤其如此。

桥梁作为一种特殊结构体现在施工阶段为施工风险大、施工装备多、施工质量要求高，BIM技术应用可开发价值高、应用前景广阔。

从BIM技术的应用主体来划分，主要分为建设单位、勘察设计单位、施工单位、运维单位等，本文主要介绍施工單位桥梁施工阶段BIM技术的应用。

2、桥梁施工中BIM的应用形式

2.1一般形式

BIM技术贯穿整个项目的生命周期，一般业主单位会提出BIM建模要求，并明确各参建单位的职责及具体工作；此时工程建模工作由设计单位完成，并提供基础数据库和相交接口。

项目上场后，设计单位根据业主需求进行勘察设计，并建模；进行碰撞检测、计算工程量，并利用漫游功能进行设计效果审核，建设方确定最后方案并转化为施工图纸；

施工单位利用设计单位的模型接口在施工过程中利用施工模型进行现场管理，对模型逐步深化，施工进度信息、成本信息、质量信息、安全信息、设计变更信息等充实到BIM模型中，最终业主得到一个完全真实的竣工模型，同时等于为业主提供了一套完整的项目建筑信息。

2.2重难点工程的BIM应用

根据BIM技术应用规律，越是工期紧、配合多、工艺复杂，BIM技术实施的优势就越明显，因此对一些重难点工程，施工单位对重点工程或重点施工部位有针对性的BIM技术应用。

如果一个项目设计时没有采用BIM模式进行设计，但业主和施工企业对BIM技术有使用需求，这时需施工单位由设计的二维施工图制做BIM模型，而这一过程需要大量的人力与时间，因此这一实施过程中一般仅针对重点难点工程和对BIM技术需求较为迫切的项目进行建模。同时根据建模需求，选用相应的建模工具。

3、BIM建模

目前，铁路、公路行业中应用比较广泛的建模软件主要有Autodesk公司的Revit、Inventor以及Ben-ntley Systems公司的Microstation等BIM软件。而达索系统BIM软件系统—3D Experience作为后起之秀，其参数化协同设计、项目质量管理、进度管理及安全管理等功能是对其他BIM系列软件的有效补充，特别是桥梁工程受场地限制、机械设备多、人员投入集中、工期紧对BIM技术有更多性能的需求，在实际应用中根据各种软件特性、使用时间、费用投入、人员技术要等进行多种形式的搭配，使各类软件发挥其各自特性，达到现场有效管理的目的。

2011年，上海市政总院与达索系统公司合作成立了SMEDI-DS应用软件研发中心，在达索系统平台上研发适合桥梁专业工程的软件包，此软件有针对性的解决了桥梁工程在建设方设计意图的表达，提供了勘察、设计、监理、施工、运维及设备材料供应商等参与方协同工作平台，对重难点工程可进行深化三维设计，建设方可有效进行项目管理、数据审查和性能分析等。

BIM建模流程：根据需求选择合适的BIM软件→建立包括坐标、几何尺寸等基本信息模型的建立→设计审查过程中优化设计，模型相应完善→施工过程中以主模型为基础，将进度、质量、成本、安全及变更等信息的加入，并根据需求构建施工质量、进度控制、施工模拟等相应模型，并进行施工管理应用→工程竣工，将模型交付给业主或运营维护单位。

4、施工准备阶段的BIM应用

施工准备阶段的BIM应用主要体现在施工深化设计、施工方案模拟等方面。该阶段的BIM应用对施工深化设计的准确性、施工方案的虚拟展示等方面起到关键作用。

4.1施工图深化设计

施工图深化设计的主要目的是提升深化后建筑信息模型的准确性、可校核性。将施工操作规范与施工工艺融入施工作业模型，使施工图满足施工作业的需求。

BIM技术的应用，可使设计更直观，如下图所示，传统CAD设计与三维模型对。

4.2施工方案模拟

施工方案模拟主要是在施工作业模型的基础上附加建造过程、施工顺序等信息，进行施工过程的可视化模拟，充分利用建筑信息模型对方案进行分析和优化，提高方案审核的准确性，实现施工方案的可视化交底。

在模拟建设制作中，将相应工序以正确的安装顺序进行关联，造成安装的时间差，继而实现施工工序模拟。

5、施工实施阶段的BIM应用

施工阶段BIM应用是基于设计阶段、施工准备阶段BIM建模基础进行的。实施过程中专业技术人员将进度信息、质量信息、消耗信息录入系统，并定期与实施性施工组织设计进行对比，实现对工程施工过程交互式的可视化和信息化管理。

5.1计划进度与实际进度比对

通过BIM技术的应用，一是提高施工单位的总承包总集成的能力，多算对比，有效管控，有效协同；二是合理控制工程成本提高施工效率，减少返工；三是实现绿色环保施工的理念，精确计算，减少浪费，合理布局。

通过方案进度计划和实际进度的比对，找出进度落后或提前的对比分析图，找出进度差异产生的主要影响因素，分析该工作的进度对整体施工进度计划的影响程度，按需求进行资源配备、施工方案的调整优化。

（1）应用步骤

根据初步设计图纸，建立完整项目的结构、周边环境等模型。

向BIM建筑模型导入项目策划的施工横道图进行项目模拟建造。

导出项目模拟建造的档案，用以到时检测和监测项目建造过程中计划进度与实际进度的对比。

通过进度对比，工程师查找出因各种原因导致的施工进度延误和修改问题，进行二次进度方案优化和调整并加以实施。

（2）通过模拟达到项目监控效果

实际进度模型以天、周、月为周期，进行模拟进度的更新，达到项目施工进度模拟与实际施工进度基本同步。

通过查看施工模拟的档案，后台掌握项目整体施工进程。并有利于监控项目主材进出料与应用的状况；通过创模进行进度控制。

（3）应用实例

根据周边环境条件与施工的组织设计、进度计划，进行模拟实际施工，确定最优最合理的施工方案指导工程实体的流水实施。

5.2工程量统计

工程量统计的BIM应用主要是从模型中获取的桥梁各主要部位工程数量、项目特征等信息，能够有效提高项目造价管理人员对实际进度对比、原材料消耗、变更统计、对上对下计量提供依据。

（1）在Revit插件-新点比目云5D软件中获取施工作业模型中的实际工程量信息，得到的工程量信息可作为现场对下对下计量的有效依据。

（2）应用BIM计量与导出材料下料单，有效管控工程材料。

（3）通过模型的数据，直接从系统内导出设备的品种、数量、尺寸、规格等清单，更便捷的为材料组织配套，提高工作效率。

5.3现场管理

依托BIM360共享平台收集的数据，现场管理强调无纸化办公，减少资源耗费，使用手持式移动设备，方便查看图纸、模型数据，以及浏览三维动画交底、记录现场施工情况。

通过现场移动终端，使管理者能及时得到工程基础数据的更新，为建设单位、监理单位、施工项目部对现场的质量、安全、进度可以实时掌控，并有效调度，现场管理可形成有效闭合。

5.4工厂化预制

通过BIM技术，对项目施工工艺上使用到的特殊构件或者钢结构构件进行提前三维立体建模。

从三维模型中导出构件的主要参数，包括长度、角度、材料、主要使用工艺等，构件模型自带编号。

把构件详细参数发往厂家，厂家使用构件数据预制所對应的构件，并把构件编号打到构件上。

构件通过项目施工材料计划运输到施工场地，施工员通过构件编号对其进行正确位置与方法的安装。

进行数字化施工工艺交底，通过BIM技术，针对施工难点的工艺进行模拟，并以视频形式导出；施工员通过工艺动画进行工艺方法的诠释并指导施工，施工工艺模拟视频能作为施工工艺交底呈现。

5.5设计变更调整

施工过程中，根据工程变更、现场实际情况，对BIM模型进行维护和调整，使其与现场实际施工保持一致。

5.6可视化交底

利用BIM模型，开展了三维可视化交底，结合公司的质量样板引路方案，将BIM模型与操作要点融合，使作业人员对施工任务建立了直观明确的认识，提高了质量管理效果。

6、结论

目前建筑施工企业在实施BIM方面并不是一帆风顺，而是遇到各种各样的困难。与普及平面制图的CAD相比，普及多信息系统的BIM技术面临的阻力和难度更大。

BIM 正在推动一场全面变革的大潮，工程设计、建造、运维等众多企业积极参与其中，只有通过不断积累企业基础数据，培养BIM专业技术人才，才能更好的推进这项技术的全面应用，桥梁工程的复杂性更决定了BIM技术应用的广阔前景。

参考文献

[1]中国勘察设计协会市政工程设计分会信息管理工作委员会--中国市政设计行业BIM实施指南（2015版）.

[2]靳金，曹仕雄，黄锰钢，BIM研究者的应用体验———广联达信息大厦施工阶段项目管理BIM 应用探索[J].工程建设与设计，2012（10）.

[3]朱建国.BIM 技术在施工阶段的应用策略研究[J].建筑施工，2013，35（7）.

[4]刘立明.建筑企业BIM 推进策略及实施方法论[J].建筑施工，资讯，特别策划，2013.11.