BIM在橋梁建設(shè)管理中的運(yùn)用

譚西成

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

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BIM在橋梁建設(shè)管理中的運(yùn)用

譚西成

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

為了能夠滿足大規(guī)模橋梁建設(shè)的需求，將BIM技術(shù)應(yīng)用在橋梁設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中，不僅提高了工程的安全性和質(zhì)量，也促進(jìn)我國綠色生態(tài)的建設(shè)，還在一定程度上降低了施工的成本，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。

BIM技術(shù)；橋梁設(shè)計(jì)；橋梁施工；橋梁運(yùn)維

一、背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展取得了令人滿意的成績。但目前橋梁建設(shè)項(xiàng)目管理面臨較多的問題與挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)如下：一是施工作業(yè)協(xié)同方式落后；二是邊勘察、邊設(shè)計(jì)、邊施工的項(xiàng)目多，設(shè)計(jì)變更頻繁；三是傳統(tǒng)施工技術(shù)及管理模式難以解決大型復(fù)雜工程的施工難點(diǎn)。建筑信息模型(BIM)的出現(xiàn)，讓工程建設(shè)者們找到了合適的解決方案。近年來，國內(nèi)外對BIM技術(shù)的研究工作可謂如火如荼，BIM在國內(nèi)也得到了飛速地發(fā)展，其影響也越來越深遠(yuǎn)。BIM技術(shù)目前主要應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，在橋梁工程方面也有少量應(yīng)用。橋梁工程往往投資大、施工周期長、施工管理復(fù)雜，這就要求對橋梁施工過程進(jìn)行信息化管理，以提高工程項(xiàng)目的管理效率和質(zhì)量。因此，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，以提高項(xiàng)目管理的效率是非常有必要的。

二、BIM在橋梁設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

我國橋梁的數(shù)量每年都不斷增加，并且規(guī)模也變得越來越龐大，橋型越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度不斷提升。為了能夠滿足橋梁設(shè)計(jì)的需求，人們將BIM技術(shù)應(yīng)用在了橋梁設(shè)計(jì)中，這不僅提高了橋梁設(shè)計(jì)的效率，還在一定程度上降低了風(fēng)險(xiǎn)和提高了質(zhì)量。

(一)BIM與初步設(shè)計(jì)

橋梁初步設(shè)計(jì)主要是確定橋梁的總體結(jié)構(gòu)與橋式類型，這是橋梁工程初步設(shè)計(jì)的最重要的環(huán)節(jié)，這不僅關(guān)系施工工藝，還決定了橋梁的造價(jià)。橋型與橋跨的布置與橋梁的位置以及結(jié)構(gòu)保持著緊密的聯(lián)系。在橋梁初步設(shè)計(jì)方案的過程中，設(shè)計(jì)者充分考慮安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、可靠而設(shè)計(jì)多個(gè)方案，選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，由于設(shè)計(jì)圖紙是二維，評(píng)價(jià)最優(yōu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，難于從全局把握。如果將BIM理念與技術(shù)運(yùn)用在初步設(shè)計(jì)中，建立融入地形地貌的三維可視化模型，快速選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。三維可視化讓設(shè)計(jì)者可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的不足之處并迅速解決，并且可以定期對相關(guān)圖紙等及時(shí)更新，有利于設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際工程情況。通過建立BIM三維可視化模型，為設(shè)計(jì)者與業(yè)主提供了廣闊的交流平臺(tái)，使大型橋梁工程的初步設(shè)計(jì)工作能夠高效的完成。

(二)BIM與施工圖設(shè)計(jì)

橋梁工程中初步設(shè)計(jì)工作完成后，還需要對橋梁的技術(shù)以及施工圖進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)，這要求設(shè)計(jì)者對最優(yōu)設(shè)計(jì)方案從全局和細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行的詳細(xì)分析處理，此環(huán)節(jié)是橋梁設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，往往工程中的設(shè)計(jì)變更均來源于對此環(huán)節(jié)為充分考慮。施工圖設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者過去無法建立三維模型，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者對鋼筋的碰撞無法檢測，波紋管與鋼筋的交叉也無法預(yù)知，這往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更及施工質(zhì)量的低劣。將BIM技術(shù)軟件引進(jìn)施工設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以進(jìn)行碰撞檢查，將施工圖中交匯的鋼筋進(jìn)行移動(dòng)，避免鋼筋損傷波紋管與預(yù)埋位置的偏差影響結(jié)構(gòu)的安全。三維模型的建立很大程度上減少了設(shè)計(jì)工作人員的失誤，節(jié)省了時(shí)間，使工程的成本投入也相應(yīng)的減少，合理的使用資源，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

三、BIM在橋梁施工中的運(yùn)用

二十一世紀(jì)初，我國在東部和中部的橋梁建設(shè)中取得了舉世矚目的成就。十三五計(jì)劃期間，我國即將大力發(fā)展西部地區(qū)，西部地區(qū)地勢決定西部必然要修建較多的特大型橋梁。特大型橋梁施工難度大、施工周期長和施工風(fēng)險(xiǎn)高，如果將BIM技術(shù)運(yùn)用到特大型橋梁施工中，模擬施工和動(dòng)態(tài)控制必然能夠降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量。

(一)模擬施工

將BIM技術(shù)運(yùn)用于特大型橋梁施工中，對于提高其的安全性具有非常重要意義。BIM工程師可以提前通過使用BIM相關(guān)軟件，對在橋梁施工過程中一些危險(xiǎn)系數(shù)較高的工序進(jìn)行模擬，橋梁施工中風(fēng)險(xiǎn)較高的部分：0#施工、最大懸臂狀態(tài)施工、邊跨合攏、中跨合攏和掛籃移動(dòng)等。將風(fēng)險(xiǎn)較高的工序提前告訴橋梁施工人員，使施工人員了解每個(gè)施工步驟所需要注意的問題，同時(shí)提出回避風(fēng)險(xiǎn)的措施，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。例如在某連續(xù)剛構(gòu)橋施工時(shí)，橋梁采用懸臂掛籃施工，1#施工完畢后，施工隊(duì)伍需要前移掛籃，掛籃移動(dòng)時(shí)，如果掛籃左右移動(dòng)速度不一致、掛籃錨固系統(tǒng)不牢固和焊接質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，掛籃極易出現(xiàn)傾覆風(fēng)險(xiǎn)。基于這種情況，施工人員在進(jìn)行掛籃移動(dòng)施工前，BIM工程師可以先利用軟件對掛籃移動(dòng)過程中所發(fā)生的傾覆情況進(jìn)行模擬，確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，并制定避免事故發(fā)生的專項(xiàng)措施。做好防范措施，保障相關(guān)施工人員的人身安全和施工質(zhì)量。

(二)可視化施工

BIM工程師利用BIM相關(guān)軟件建立的三維模型后，通過BIM軟件所獨(dú)具有的可視化功能向橋梁施工人員講述該橋梁的施工工序，并對復(fù)雜的工序做專項(xiàng)講解，對高風(fēng)險(xiǎn)工序提出降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，以此來避免施工人員采用與設(shè)計(jì)圖紙有出入的施工方法?？梢暬┕み€有助于進(jìn)一步完善橋梁設(shè)計(jì)圖紙，BIM在建立三維模型時(shí)，若發(fā)現(xiàn)圖紙中鋼筋碰撞地方較多，可以向施工單位反映，以便設(shè)計(jì)單位能夠及時(shí)修改圖紙，避免工期的延誤。BIM工程師通過可視化和以往的工作經(jīng)驗(yàn)指出施工圖紙中與實(shí)際情況不相符的地方，并對這些地方進(jìn)行探討，提出與實(shí)際更接近的最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。例如在某斜拉橋橋塔施工時(shí)，異性橋塔(橢圓型塔柱)中的普通鋼筋和預(yù)埋波紋管有多處向碰撞，BIM工程提前發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計(jì)院及時(shí)作出施工變更，避免預(yù)應(yīng)力的鋼筋偏離使橋塔處于受力不利狀態(tài)。

四、BIM在運(yùn)維中的運(yùn)用

隨著科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)得到了的應(yīng)用，這些技術(shù)對

橋梁運(yùn)營維護(hù)在可視化管理、效率和質(zhì)量方面會(huì)積極的影響。人工智能目前在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，得到了愈加廣泛的重視。人工智能的研究是高度技術(shù)性和專業(yè)的。將人工智能與BIM結(jié)合是當(dāng)前橋梁健康監(jiān)測的必然趨勢，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和自動(dòng)分析，確保橋梁健康運(yùn)營。

五、展望

BIM作為橋梁建設(shè)的新技術(shù)，在歐美等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較早，相關(guān)制度也比較完善，在我國投入應(yīng)用的起步較晚，但是已經(jīng)在全國范圍內(nèi)引起國家相關(guān)部門重視，BIM對十三五期間的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理也很有幫助，必然能夠?yàn)槲覈鴺蛄航ㄔO(shè)帶來巨大的福利。將BIM技術(shù)運(yùn)用到橋梁建設(shè)中，能夠從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維三方面上提高施工質(zhì)量，節(jié)約資源，提高建設(shè)效率。促使我國由交通大國向交通強(qiáng)國邁進(jìn)。

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譚西成(1992.07-)，男，漢族，重慶交通大學(xué)，2016級(jí)建筑與土木專業(yè)研究生，研究方向：橋梁檢測與加固。