基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究

郭胜

摘要：随着时代发展，道桥工程的基础设施建设发生了大规模提升，逐渐成为了道路桥梁工程中的重要一员。由于道路桥梁工程的设计与施工过程复杂精细，要考虑因素较多，所以BIM在桥梁工程中得到了部分应用。作为一个近两年兴起的技术，BIM在整体设计、施工与管理方面的优化方面有着得天独厚的优势。本文通过对桥梁工程特点的分析，进行对BIM的桥梁工程设计与施工优化的研究，并得出BIM在桥梁工程项目中的作用性。该研究旨在对大型桥梁工程设计中应用BIM技术起到一定参考作用。

关键词：BIM；桥梁工程设计；施工优化

前言

随着近年来国内经济的稳步增长和持续发展，大型桥梁工程项目数量在逐步增加，而大型桥梁自身结构的复杂和施工现场的多元化情况更是对施工单位能力的考验。目前桥梁工程的设计普遍还在采用AutoCAD绘制二维图纸，施工技术人员和管理人员只能通过多图结合对比的方式分析设计，很多设计中的问题难以发现，从而影响施工效率，浪费资金；同时由于设计图中问题无法提前发现，只能在施工过程中发现并解决，所以也间接增加了人力资源成本和施工管理成本。所以桥梁工程设计与优化都需要BIM来提高设计可行性，并让现场的技术与管理人员直观的发现设计中的问题，从而避免资金浪费[1]。

BIM作为一种国内新兴的管理理念，目前在欧美国家的建筑业使用频繁。BIM一方面可以满足对桥梁建设项目设计与施工的支持，另一方面可以为项目各方提供协同工作的平台，从而提高工程效率。本研究通过分析研讨，从多方面实证BIM应用在桥梁工程设计与施工方面的可行性。

1桥梁工程特点

桥梁工程作为一种相对复杂的工程类型，其复杂的设计方案与现场状况是最大的特点。

1.1 结构复杂

由于桥梁工程的力学结构，桥梁工程的设计普遍较为复杂，尤其是力学结构上的各个应力点，所以在桥梁结构设计中经常出现各种冲突，而且在传统设计方式中，二维图纸的修改统一性差，导致即使发现问题也难以迅速解决；同时复杂的桥体结构导致施工环境与施工条件复杂，从而使得工程施工管理困难，难以达到理想的施工效果[2]。

1.2 预制构件数量多体积大

由于预制构件必须在工厂制造完成后运输到施工现场再进行安装，所以一旦出现了尺寸设计问题，只能重新改变设计中的尺寸并让工厂重新制造匹配的预制构件，从而导致施工速度放慢，也提高了不必要的施工成本；同时因为预制构件的数量和体积庞大，在运输和施工现场整理保管时也面临着很大的难题，必须从预制构件刚刚到达施工现场时便开始反复验证才能保证现场管理不出现纰漏。其次，大型预制构件的安装过程较为复杂，耗时较多。最后是桥梁工程中使用的工程设备，强度是否达标，数量是否能满足生产需求，都需要现场管理人员经过计算和结合经验得出[3]。

1.3 施工现场环境复杂

桥梁工程的施工往往要面对跨海跨河，山谷断崖等环境，且每一个项目的环境都不相同，所以每一次施工都相当于从零做起，难以通过现有的经验去完成施工方案的制定与实施，最终导致工程项目的效率降低，成本增加，施工安全也难以得到保证。

2基于BIM的桥梁工程设计优化研究

桥梁工程设计分为初步设计、技术设计和施工设计三大阶段。传统的桥梁工程设计以AutoCAD和其他附属平面设计软件为主，设计图构型抽象，信息不直观。所以想要将BIM結合到桥梁设计中，首先需要将设计转换为3D建模形式，然后根据建模来进行修改，最终得到最直观的设计方案信息。

2.1 初步设计

初步设计的目的是敲定桥梁结构和方案。在确定桥梁方案时，通过BIM技术将各种桥梁方案转换为3D建模，还可以转换为2D图纸，在分析比较方案的方面优势明显，清晰明了；同时3D参数化建模对于方案修改也非常轻松。另外通过建立BIM模型的方式来探究方案可行性，可以促进业主等参与方的协调沟通，不仅提高效率，还能结合各个参与方的建议，得出具有可行性的方案。

2.2 技术设计

技术设计是在初步设计结束，确定可行性方案后将方案进行细化处理，主要用于大型桥梁工程。由于BIM的自身优势，使得技术设计阶段对于方案的修改变得简单快速，通过BIM进行设计冲突分析，发现问题后便可以直接进行修改，例如碰撞冲突分析，在检测到碰撞冲突后，系统将自动生成冲突报告，并可以将有冲突的构件表位高亮，方便进行修改。修改过后重新进行建模后再检测，最终完成技术设计阶段。

2.3 施工设计

施工设计是在技术设计细化处理之后进行最后的计算分析，绘制最终施工图纸的过程。在BIM中进行分析计算，发现问题后进行修改，最终确定方案。由于BIM中，一个构件的修改会将所有有关的信息一同修改，很大程度解放了设计人员的重复思考，提高了设计人员的工作效率。

3基于BIM的桥梁工程施工优化研究

施工优化主要是施工工序，进度及管理的优化，根据设计中建立的BIM施工模型和施工规划，进行模拟施工，分析施工中多方面可行性，最终改良并确定施工方案。施工过程分析由BIM技术实施和施工现场管理协调沟通，共同决定对方案的修改意见。

3.1 工序优化

技术人员通过BIM的3D建模与数据整理技术将3D模型结合到施工方案中，通过生动形象的施工流程模拟，让施工人员可以直观的看到整个过程中的方案流程是否可行，同时发现问题后直接在BIM上修改方案并再次模拟，直到施工方案达到可行性要求方可采用，从而确保桥梁工程的施工质量和效率。

3.2 进度优化

BIM在项目施工方面中的作用主要用于施工进度模拟分析。在BIM中代入项目进度计划，通过BIM的3D建模进行施工项目进度模拟，并由项目负责人、BIM建模设计师和工程师共同完成进度修改并确定方案。在进度优化初期，首先对施工的项目进度进行初步施工过程模拟，主要对施工工序，施工按照设计进度开展的可能性展开研究，并得到初步确定可行的施工方案；初步方案确定之后，施工进度计划细化完成，BIM技术人员与项目管理人员基于之前确定的BIM中施工方案进行修改细化并进行模拟，最终得到可行的方案。这种模拟施工进程和方案的方式为施工计划的顺利实施提供了保障，同时也提高了方案的可行性。

3.3 管理优化

由于BIM模拟施工进程和方案的能力，施工过程中才会发现的问题在方案设计之时就得到了解决，所以管理方式也就相应发生了变化，由等待问题解决问题的管理方式转变为发现问题解决问题的管理方式，由被动转换为主动；同时，施工过程的可视化同样可以用作在施工现场指导流程和方案的方式，让工人直观地看到整个流程以及每一个安全隐患，在有效的减少了施工问题的同时，也解放了施工现场的管理规模，让管理人员减少无用的时间浪费，从而提高了整体的管理效率，优化了管理的整体流程，最终达到提高施工管理水平的目的。

结语

本研究全面分析研究，得出BIM能够为桥梁工程的设计和施工方面提供支持。通过尽管BIM在桥梁工程项目中的作用只有设计三维化，问题监测和施工进度模拟，但通过对整个工程项目的保障和帮助仍不可忽视，表明了BIM本身在建筑工程方面的作用性，随着BIM的广泛运用，BIM的应用面定会更广，技术性也会更高，BIM在建筑工程方面的发展空间无比巨大。

参考文献：

[1]李红学，郭红领，高岩，刘文平，韦笑美，基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].工程管理学报，2012.12（6）：48-52.

[2]杨会强，基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].建筑设计，2016（5）：21，26.

[3]何涛，基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].建材装饰，2016（9）：240-241.