BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

高晶晶，鄒俊楨，張金鑰

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西　渭南　714000)

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BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

高晶晶，鄒俊楨，張金鑰

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000)

摘要：在橋梁工程中應(yīng)用BIM技術(shù)能夠更有效地進行橋梁施工管理、大幅度地減少橋梁施工安全隱患和更好地實現(xiàn)設(shè)計意圖。文章結(jié)合BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用情況，介紹了常用的BIM技術(shù)應(yīng)用軟件類型，分析了BIM技術(shù)在橋梁施工過程中的具體應(yīng)用方法與功效。

關(guān)鍵詞：BIM；橋梁施工；施工仿真；應(yīng)用

0引言

2015年7月1日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《推進建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》，要求到2020年末，特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。這一指導(dǎo)意見的發(fā)布標(biāo)志著國家從政策層面大力推廣BIM技術(shù)，同時也標(biāo)志著BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用已進入一個相對較為成熟的階段，可以預(yù)見的是BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用必將帶動BIM技術(shù)在其他行業(yè)的快速發(fā)展。目前在公路及鐵路領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的應(yīng)用處于積極探索的階段，一些成功案例主要針對的是地形環(huán)境復(fù)雜、施工難度大的特殊結(jié)構(gòu)物，如滬昆客專北盤江大橋、杭州市紫之隧道等。這些項目主要通過將BIM技術(shù)引入到項目施工過程從而實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同工作、項目的虛擬建造和精細化管理，從而有效地縮短建設(shè)周期和降低工程造價。

那什么是BIM技術(shù)呢？簡單的來說，BIM技術(shù)是以包含建筑工程項目中的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)的三維模型為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)的全壽命周期進行全方位的管理、協(xié)同工作，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達。BIM技術(shù)作為信息化技術(shù)的一種，標(biāo)志著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)時代的來臨。

1橋梁項目常見BIM技術(shù)應(yīng)用軟件

BIM技術(shù)在橋梁施工領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于探索階段，目前市場上專門搭建橋梁BIM模型的軟件還沒有，所以橋梁BIM模型的建立主要是借助于其他領(lǐng)域的建模軟件來完成的。常用的橋梁BIM模型軟件有兩種，一款是由法國達索公司針對于航天航空領(lǐng)域開發(fā)的CATIA軟件，另外一款是由AUTODESK公司開發(fā)的用于民用建筑方面的建模軟件REVIT，針對橋梁結(jié)構(gòu)建模的優(yōu)缺點分別對以上兩款軟件進行簡單介紹：

1.1Revit軟件

Revit是由AUTODESK公司開發(fā)的，而該公司開發(fā)的繪圖軟件AUTOCAD的應(yīng)用面及普及范圍非常廣泛，Revit的操作界面及命令途徑更容易被操作者所接受。Revit軟件對于直線橋、支架等臨時結(jié)構(gòu)的建模功能非常強大，完成速度也較快。利用Revit軟件建造的模型有輕微的渲染效果，模型外觀比較美觀，如圖1。此外，利用Revit軟件可以給結(jié)構(gòu)賦予材質(zhì)屬性，能夠簡單地對橋梁結(jié)構(gòu)進行材料的統(tǒng)計和管理工作，Revit軟件可以實現(xiàn)碰撞檢查，能夠顯示線段值、公式等，還能選擇和刪除多個線段中的單個線段，方便設(shè)計者讀取信息和修改設(shè)計，能對早期設(shè)計進行分析，讓施工過程變得更為清晰明白，為建造和施工準(zhǔn)備提供便利，在制作鋼筋模型時它能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的模具與參考，使做出

的模型更能真實反映鋼筋的具體構(gòu)造。

圖1　利用REVIT建造的箱梁模型圖

1.2CATIA軟件

CATIA軟件是一款計算機圖形輔助三維交互應(yīng)作圖軟件，主要用于航天飛行器的模型建造，所以它的精度非常高。作為專業(yè)的作圖軟件，CATIA軟件在進行橋梁模型的建立時具有以下幾個顯著功能：

(1)可以根據(jù)地形數(shù)據(jù)(高程信息)，利用CATIA的Mesh面生成三維地形模型，然后根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料，結(jié)合縱橫斷面構(gòu)建地層面，從而形成地質(zhì)模型，如圖2。

圖2　利用CATIA建造的地質(zhì)模型圖

(2)可以完成曲線橋梁(平面或縱斷面上，縱斷面上的曲橋即拱橋)的建模工作，如圖3，這是其他的建模軟件所不具有的功能。

圖3　利用CATIA進行橋梁的曲線定位圖

(3)CATIA在建模過程中可以將模型的尺寸進行參數(shù)化設(shè)置，因為它具有變量驅(qū)動功能，所以建模后期在對模型修改的時候只需要修改參數(shù)即可，大大減小了后期的修改、調(diào)整工作量。

(4)CATIA軟件提供了知識工程陣列、用戶自定義特征、超級副本等多種結(jié)構(gòu)復(fù)制形式，大大減小了橋梁建模尤其是鋼筋建模的工作量，鋼筋建模的工作量可以減小50%～70%。

綜上所述，兩種軟件在橋梁信息模型的建立過程中各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)橋梁項目的特點來選擇合適的軟件對結(jié)構(gòu)進行建模。

2BIM技術(shù)在橋梁施工過程中的應(yīng)用

(1)BIM技術(shù)可以實現(xiàn)橋梁施工中的多角度協(xié)同應(yīng)用

橋梁施工的項目管理涉及到的參與方非常多，有建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、材料供應(yīng)單位等等，各方之間的協(xié)調(diào)溝通一直以來效率比較低下，嚴(yán)重影響橋梁項目的建設(shè)進度、質(zhì)量和費用。BIM技術(shù)可以利用統(tǒng)一的項目管理平臺，方便各方及時輸入項目相關(guān)信息，同時各方也可以在自己的權(quán)限范圍以內(nèi)及時調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，達到生產(chǎn)協(xié)同，數(shù)據(jù)協(xié)同的目的，實現(xiàn)了建設(shè)信息的有效集成，實現(xiàn)了對海量數(shù)據(jù)的獲取、歸納和分析，以便進行項目管理決策。利用BIM技術(shù)，能夠很好地達到成本管理目標(biāo)、進度管理目標(biāo)、質(zhì)量管理目標(biāo)。

(2)BIM技術(shù)可以輔助進行更全面有效的橋梁施工項目管理

橋梁施工項目管理的過程是一個動態(tài)的過程，其中涉及到的結(jié)構(gòu)構(gòu)件非常的多，工序也非常復(fù)雜。在橋梁施工中引入BIM技術(shù)可以通過建立施工各階段的控制模型，也就是過程模型，達到對施工精細化管理的目的，該模型能夠更形象直觀地展示出在某個時期橋梁應(yīng)該完成哪些部位的施工。

引入BIM技術(shù)模擬出橋區(qū)的地形、地質(zhì)模型，為施工場地的選址提供參考，同時也為施工鉆機的選型提供了幫助，為下階段的工作打下基礎(chǔ)。與此同時，引入BIM技術(shù)還可以復(fù)核施工圖紙上的相關(guān)問題，模擬優(yōu)化施工工序。采用交互模式，實現(xiàn)施工過程的模擬和展示，如圖4，可以將施工中實際測得的高程、坐標(biāo)、方位角等信息跟模型中的相關(guān)信息進行對比，以確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，可以在橋梁施工的各個階段、各個部位任意讀取相應(yīng)的混凝土方量和鋼筋質(zhì)量，為現(xiàn)場限額領(lǐng)料提供了精確的數(shù)據(jù)，很好地控制了現(xiàn)場的材料使用成本，如圖5?？傊?，BIM技術(shù)可以更好地實現(xiàn)橋梁施工的全過程管理，能夠制定更合理的進度目標(biāo)和成本目標(biāo)，能夠更好地實現(xiàn)進度目標(biāo)和成本目標(biāo)。

(a)

(b)

圖5　工程量的提取示意圖

(3)BIM技術(shù)可以減少橋梁施工過程中的安全隱患

對安全隱患較大的一些重難點工程可以利用三維模型提前進行模擬仿真，比如某橋橋墩墩身施工過程中對模板進行吊裝，模板會自由擺動，高空作業(yè)時擺動幅度更大，模板擺動區(qū)域為危險區(qū)域，利用BIM技術(shù)對模板擺動區(qū)域進行仿真，確定危險區(qū)域范圍，在模板吊裝時對作業(yè)人員進行安全指導(dǎo)，保證人員處在安全區(qū)域，如圖6。而在墩身的施工仿真中作業(yè)人員在安裝外模板時，可以用CATIA的施工安全性辨別功能發(fā)現(xiàn)判別原設(shè)計平臺寬度是否合理，若操作人員作業(yè)困難且有墜落的風(fēng)險時，為保證作業(yè)人員人身安全，可對將三角支架平臺寬度進行及時調(diào)整。

圖6　模板吊裝的模擬仿真圖

(4)BIM技術(shù)可以更好地實現(xiàn)設(shè)計意圖——三維技術(shù)交底工作

修建橋梁時，橋梁中某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件比較復(fù)雜，如某橋墩施工中預(yù)埋件種類較多(如檢查梯、吊圍欄滑槽，電梯、輸送管和塔吊固定預(yù)埋件等)，以三維模型的形式直觀顯現(xiàn)出來，如圖7，便于施工前對工人進行交底工作，更加直觀，更加形象。同時預(yù)埋件位置之間，預(yù)埋件與墩身鋼筋、預(yù)埋件位置與洞身通風(fēng)孔及模板拉筋位置均存在相互干擾，通過干涉碰撞功能，能及時在施工前進行調(diào)整，同時在施工過程實時提醒作業(yè)人員在每循環(huán)施工中需要埋設(shè)的預(yù)埋件及管道。

圖7　某橋墩透視圖

再比如某大跨徑鋼管混凝土拱橋的勁性骨架連接桿件眾多，空間關(guān)系非常復(fù)雜，現(xiàn)場如果僅僅利用二維圖紙給工人進行交底，很容易出現(xiàn)工人無法完全理解設(shè)計意圖，從而造成桿件加工安裝錯誤的后果。而當(dāng)現(xiàn)場引入BIM模型進行三維交底，如圖8，設(shè)計者的設(shè)計意圖一目了然，非常清晰。

圖8　勁性骨架模型圖

3結(jié)語

BIM技術(shù)的引入使得橋梁施工變成了一門藝術(shù)。BIM技術(shù)在我國橋梁施工中的應(yīng)用已逐漸步入注重應(yīng)用價值的深度應(yīng)用階段，并呈現(xiàn)出BIM技術(shù)與項目管理、云計算、大數(shù)據(jù)等先進信息技術(shù)集成應(yīng)用的“BIM+”特點。對于今后橋梁施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用主要提出以下兩點展望：

(1)雖然目前我國主要是在橋梁施工過程中引入BIM技術(shù)，但是理想狀態(tài)是在橋梁的全壽命周期內(nèi)都使用BIM技術(shù)，做到真正的信息模型。

(2)從單機應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)的多方協(xié)同應(yīng)用轉(zhuǎn)變?；诰W(wǎng)絡(luò)的多方協(xié)同應(yīng)用可以更好地支持基于BIM模型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的采集，信息可以及時的獲取和傳遞，可以對模型進行及時的存儲以及分析，為BIM技術(shù)在工程現(xiàn)場的使用提供了必要的技術(shù)手段，另外，降低了管理各方溝通協(xié)同的成本。

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Application of BIM Technology in Bridge Construction

GAO Jing-jing，ZOU Jun-zhen，ZHANG Jin-yue

(Shaanxi Railway Institute，Weinan，Shaanxi，714000)

Abstract：Application of BIM technology in bridge engineering can more efficiently manage the bridge construction，dramatically reduce the bridge construction safety hazards and better achieve the design intent.Combined with the applications of BIM technology in bridge construction，this article introduced the common BIM technology application software types，and analyzed the specific application methods and efficiency of BIM technology in bridge construction process.

Keywords：BIM；Bridge construction；Construction simulation；Application

收稿日期：2015-12-07

文章編號：1673-4874(2016)01-0057-05

中圖分類號：U445.4

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.013

作者簡介

高晶晶(1985—)，講師，碩士，主要從事道路與橋梁教學(xué)工作。