BIM技术在桥梁工程设计与施工中的应用研究

朱红军 孙建锋

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

0 引言

BIM技术属于新一代的设计技术与设计理念，其已经被欧美国家用于各种建设项目中，被誉为继CAD之后的又一次重大变革。然而，对于桥梁工程建设而言，BIM技术处于初步探索环节，其应用的案例比较少，应用成功的案例有新白沙沱长江大桥、沪昆客专北盘大桥。首先，我们应充分了解BIM技术的基本概念，以便更好地开展后续的分析与研究工作。

1 BIM技术的基本概述

BIM即建筑信息化模型，其是一个比较完整的信息化模型，可将建筑工程全生命周期每个阶段的资源、工程信息都集中在一个模型之中，然后被项目参与方所应用[1]。其借助三维数字技术来模拟建筑工程的真实信息，可为项目设计与施工提供有效的信息模型，以实现设计施工一体化的效果。据估测，预计在未来的几年内，我国BIM技术的应用率比较高的企业数量会呈现出108.0%的态势增长。

2 BIM技术在桥梁工程设计施工中产生的作用

2.1 提升设计方案的精准度

在桥梁设计和施工过程中，应重视对BIM技术的应用，这样可构建比较完善的信息化模型，且此种三维桥梁模型设计和二维桥梁模型是存在一定差异的，三维效果更加理想、直观，便于相关工作人员更好地调整参数。也就是说，在构建建筑工程信息化模型时，可真实地模拟桥梁建设情况，便于提升计算的精准度[2]。同时，BIM技术的应用能减少计算过程中的误差，可以从本质上提高整个方案的精准度与可行性。

2.2 提高生产效率

当发现图纸存在问题应该 经过讨论与商量后才能修改，问题处理效率低。将BIM技术应用到桥梁工程施工过程中，可以替代以往的运行模式，使桥梁工程信息更加丰富，即使发生问题，也能及时对桥梁模型信息予以修改，使工程满足具体的需求，降低风险，从而大大提高生产效率。

2.3 提高桥梁后期的维护与管理水平

BIM技术在桥梁工程施工中的应用，能对桥梁的具体建设情况进行及时的更新，可以提高人员参与率，在参与项目的过程中会加深对项目的了解。应用BIM技术能更好地开展安全管理与养护维护工作，使得维护与管理工作的可行性更强，可以开展针对性的质量管理和监督管理，这是确保桥梁工程施工质量的重要途径。

3 BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用

BIM数据库主要分为BIM设计、BIM施工与BIM运维，3个平台相互协调才能确保整个BIM底层平台运行的高效性。在BIM设计阶段，也就是建模平台，需要结合桥梁工程实况来打造三维协同化的设计平台，实现族库积累，还要将BIM技术和分析软件进行有机的整合，然后通过BIM的二次开发，从而得出最终的桥梁施工图纸，如图1所示。

以某桥梁工程为例，主桥部分主要是设计成高低塔单索面混凝土斜拉桥，其整体长度是680.0 m，跨径最大数值是338.6 m。该桥梁的具体情况如下。1）高塔的塔柱高度达到180.0 m，总共有29对斜拉索。2）低塔塔柱高度是122.3 m，总共有15对斜拉索。东引桥的总长度是271.5 m，西引桥的总长度是1 024.6 m。将BIM技术应用到该桥梁设计中，取得了不错的成效。

0号节段长度为26.0 m，宽度是33.5 m，在区域内部未设计斜拉索，除了塔身自身的支撑部位，在纵向上形成大约13.0 m的大悬臂式结构[3]。而从横向来看，悬臂大约为16.0 m。在该方案设计中，面临的难题是从双向大悬臂模式向上部结构形式转变。

结合桥梁工程的基本数据，BIM建模操作人员应对相关数据进行收集、整理与分析，与桥梁工程信息化软件进行有效的协同、合作，借助BIM技术进行开发，以获得最终的桥梁设计图纸。通过BIM所提供的三维图像，我们可以得出具体的设计方案。1）落地支架现浇工艺。2）托架现浇工艺。把这2项施工设计方案导入到BIM模型，对2组设计方案进行对比分析。通过BIM模型的三维化模拟与分析，2个方案操作起来都会存在一定的难度，还从经济角度出发，分析其经济价值，从而产生了第三个设计方案，即把0号节段纵桥向实施2次浇筑。可利用BIM模型进行真实情况的模拟，首次浇筑时，应用托架浇筑的方法，长度大约是11.5 m，此种方式能减少工程量，以降低设计难度系数。在开展二次作业时，可借助BIM模型尝试着模拟利用挂篮来开展悬臂施工模式。通过BIM模型的模拟，我们了解到第三种方案既可降低项目的设计难度，还能提升技术的可行性，从而达到控制成本的目的。此外，还可使用达索V6开展初期方案设计，结合桥梁的基本结构类型选择统一标准来构建构件模板，使用程序来实现模板的自动化拼装与调整，还对工程的设计变更进行了模拟，主要是为了验证BIM技术在设计变更方面的适用性[4]。

而就某铁路桥梁工程而言，对以CATIA为条件的设计流程展开了相关的分析与研究，这为后期的数据查询、管理模型数据提供了方便。还有专家采取CATIA设计引桥与Solidworks设计主桥的方式，实现了参数化建模、碰撞检查、材料信息赋予、结构仿真分析、指导项目施工工序等目标。由于CATIA与Solidworks均属于达索公司，因此，能避免出现信息丢失与数据割裂的情况[5]。

图1 BIM模型的运行系统

4 BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用

BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用，主要包含BIM-4D施工进度管理与BIM-5D计量支付管理2个方面。施工人员可通过BIM模型来跟踪施工团队的具体施工进度，施工团队需要及时将日进度计划、月进入计划等以电子数据形式传入到项目信息化管理系统中，BIM技术操作人员可结合系统数据来追踪项目的执行情况，能实现4D化的进度管理，从而提高进度管理水平。例如，桥梁工程桥墩部分施工完毕，施工人员将桥墩部分的施工数据、施工进度等转化成电子数据，上传至信息化管理系统，此时，BIM模型就会对数据进行记录，实现数据库的及时更新。同时，工作人员还能借助BIM平台实现对桥梁工程计量与支付情况的5D化管理，能及时了解项目工程量与款项支付情况，以便决策人员做出更为高效而合理的决策。从具体的施工效果来看，将BIM技术渗透到斜拉桥施工环节，使得施工难度大大降低，让施工人员可以借助三维系统平台来获取重要数据与信息，会让整个桥梁建设构图更加立体化、详细化，能大大提高施工质量。

此外，还有部分专家选用Navisworks来模拟整个施工过程，使得构件预拼装、局部与整体模型的碰撞检查得以完成。同时，专家们还对以BIM技术为基础的桥梁工程可视化情况进行了研究，涉及BIM技术在碰撞检测、施工场地布置、施工管理、施工模拟以及交底等方面的具体应用。部分专家以某结构较为复杂的变截面斜拉桥为例，先运用一定的软件构建了临时施工设施与桥梁的BIM模型，然后选用Navisworks构建4D施工进度模型，旨在对整个施工进度情况进行模拟。结果表明，设计环节所构建的BIM模型无法直接转化成施工应用类模型，并且我国的设计师还不适应BIM模型的三维设计模式。

5 结语

综上所述，如果要将BIM技术更好地渗透到桥梁工程领域中，国内外学者与工程人员都进行了相关的探索与开发，使得BIM技术的应用范围不断扩大。在桥梁工程设计环节中，还要重视对核心建模软件的开发，确保能够将模型数据真实而准确地传输到施工环节；而在桥梁工程施工环节，应该及时处理好BIM技术在重要节点使用中所存在的问题，尝试将BIM技术连续地应用到桥梁的整个施工过程中。同时，还要重视将BIM技术应用到运维阶段，以构建更加科学的管理规范与管理系统，这是确保BIM技术应用效果的重要保障。