BIM技術(shù)在橋梁施工階段的應(yīng)用

焦玉輝

摘 要： 橋梁作為一種特殊結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在施工階段為施工風(fēng)險大、施工裝備多、施工質(zhì)量要求高，傳統(tǒng)的橋梁采用二維CAD圖紙，引進BIM技術(shù)后，將設(shè)計信息進行了三維化、信息化的集合，能夠大大提高施工組織效率、縮短工期、節(jié)約成本，對復(fù)雜工程效果尤為顯著。本文主要介紹橋梁施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 橋梁施工；BIM；應(yīng)用

1、前言

BIM技術(shù)源自西方發(fā)達國家，目前大多建設(shè)工程項目均采用BIM技術(shù)，驗證了BIM技術(shù)的應(yīng)用潛力。

我國自2001年引進這一技術(shù)以來，應(yīng)用推廣一直較為緩慢，且主要在房屋建筑工程應(yīng)用較廣，在公路、鐵路行業(yè)的應(yīng)用案例更是少之又少。

1.1國家政策發(fā)展階段分析

（1）2001年3月22日，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)了《建設(shè)部科技司2001年工作思路及要點》。

（2）2003年11月住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部建下發(fā)《2003-2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》。

（3）在2011年5月10日，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》。

提出了基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快建筑信息模型（BIM）、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動信息化標準建設(shè)，促進具有自主知識產(chǎn)權(quán)軟件的產(chǎn)業(yè)化，形成一批信息技術(shù)應(yīng)用達到國際先進水平的建筑企業(yè)的總目標。

（4）2015年6月16日，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，非常細致的指出了涉及建筑業(yè)的單位應(yīng)用BIM的探索方向，闡述了BIM的應(yīng)用意義，基本原則，發(fā)展目標，以及發(fā)展重點。

BIM技術(shù)是CAD等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，他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能夠應(yīng)用于工程項目規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、運營維護等各階段，實現(xiàn)建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)共享，為產(chǎn)業(yè)鏈貫通、工業(yè)化建造和繁榮建筑創(chuàng)作提供技術(shù)保障；支持對工程環(huán)境、能耗、經(jīng)濟、質(zhì)量、安全等方面的分析、檢查和模擬，為項目全過程的方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)；支持各專業(yè)協(xié)同工作、項目的虛擬建造和精細化管理，為建筑業(yè)的提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造條件。到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報綠色建筑的公共建筑，和綠色生態(tài)示范小區(qū)等，這些項目的勘察設(shè)計、施工、運營維護中，應(yīng)用BIM的項目率要達到90%。

（5）2016年8月23日，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，更加細化和拓展了BIM的應(yīng)用要求。

對施工類企業(yè)提出了加強信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推進管理信息系統(tǒng)升級換代、拓展管理信息系統(tǒng)新功能的要求。

對總承包企業(yè)提出了優(yōu)化工程總承包項目信息化管理，提升集成應(yīng)用水平、推進“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同工作模式，實現(xiàn)全過程信息化的具體要求。

（6）針對國家政策，大多數(shù)省、自治區(qū)及直轄市也推出了BIM技術(shù)應(yīng)用的相應(yīng)政策、要求，一些大型項目，建設(shè)方在招標文件中就明確要求從設(shè)計、施工、運維全過程推廣應(yīng)用，不具備BIM技術(shù)的施工企業(yè)將被拒之門外，各別項目BIM費用做為一項不可競爭費用在清單中單獨計列。

綜上所述，如果說CAD技術(shù)結(jié)束了傳統(tǒng)手工繪圖、移動支付技術(shù)改變了現(xiàn)金支付的傳統(tǒng)，那么BIM技術(shù)必然引起現(xiàn)場施工技術(shù)管理的革命；BIM與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、3S等技術(shù)的集成應(yīng)用；“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的項目多方協(xié)同工作模式，開發(fā)和應(yīng)用基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同工作系統(tǒng)，實現(xiàn)多方之間的高效協(xié)同與信息共享；基于BIM技術(shù)的成果交付標準，實現(xiàn)從設(shè)計、施工到運維的數(shù)字化交付和全生命周期信息共享等等全新的應(yīng)用將在我們的施工中得以實現(xiàn)。

1.2施工企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國BIM技術(shù)應(yīng)用成功的案例多集中在建筑工程領(lǐng)域，如國家會展中心、廣州周大福金融中心、天津117大廈等，施工企業(yè)在鐵路工程、公路工程中的BIM應(yīng)用還處于起步階段，橋梁BIM尤其如此。

橋梁作為一種特殊結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在施工階段為施工風(fēng)險大、施工裝備多、施工質(zhì)量要求高，BIM技術(shù)應(yīng)用可開發(fā)價值高、應(yīng)用前景廣闊。

從BIM技術(shù)的應(yīng)用主體來劃分，主要分為建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、施工單位、運維單位等，本文主要介紹施工單位橋梁施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。

2、橋梁施工中BIM的應(yīng)用形式

2.1一般形式

BIM技術(shù)貫穿整個項目的生命周期，一般業(yè)主單位會提出BIM建模要求，并明確各參建單位的職責(zé)及具體工作；此時工程建模工作由設(shè)計單位完成，并提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和相交接口。

項目上場后，設(shè)計單位根據(jù)業(yè)主需求進行勘察設(shè)計，并建模；進行碰撞檢測、計算工程量，并利用漫游功能進行設(shè)計效果審核，建設(shè)方確定最后方案并轉(zhuǎn)化為施工圖紙；

施工單位利用設(shè)計單位的模型接口在施工過程中利用施工模型進行現(xiàn)場管理，對模型逐步深化，施工進度信息、成本信息、質(zhì)量信息、安全信息、設(shè)計變更信息等充實到BIM模型中，最終業(yè)主得到一個完全真實的竣工模型，同時等于為業(yè)主提供了一套完整的項目建筑信息。

2.2重難點工程的BIM應(yīng)用

根據(jù)BIM技術(shù)應(yīng)用規(guī)律，越是工期緊、配合多、工藝復(fù)雜，BIM技術(shù)實施的優(yōu)勢就越明顯，因此對一些重難點工程，施工單位對重點工程或重點施工部位有針對性的BIM技術(shù)應(yīng)用。

如果一個項目設(shè)計時沒有采用BIM模式進行設(shè)計，但業(yè)主和施工企業(yè)對BIM技術(shù)有使用需求，這時需施工單位由設(shè)計的二維施工圖制做BIM模型，而這一過程需要大量的人力與時間，因此這一實施過程中一般僅針對重點難點工程和對BIM技術(shù)需求較為迫切的項目進行建模。同時根據(jù)建模需求，選用相應(yīng)的建模工具。

3、BIM建模

目前，鐵路、公路行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的建模軟件主要有Autodesk公司的Revit、Inventor以及Ben-ntley Systems公司的Microstation等BIM軟件。而達索系統(tǒng)BIM軟件系統(tǒng)—3D Experience作為后起之秀，其參數(shù)化協(xié)同設(shè)計、項目質(zhì)量管理、進度管理及安全管理等功能是對其他BIM系列軟件的有效補充，特別是橋梁工程受場地限制、機械設(shè)備多、人員投入集中、工期緊對BIM技術(shù)有更多性能的需求，在實際應(yīng)用中根據(jù)各種軟件特性、使用時間、費用投入、人員技術(shù)要等進行多種形式的搭配，使各類軟件發(fā)揮其各自特性，達到現(xiàn)場有效管理的目的。

2011年，上海市政總院與達索系統(tǒng)公司合作成立了SMEDI-DS應(yīng)用軟件研發(fā)中心，在達索系統(tǒng)平臺上研發(fā)適合橋梁專業(yè)工程的軟件包，此軟件有針對性的解決了橋梁工程在建設(shè)方設(shè)計意圖的表達，提供了勘察、設(shè)計、監(jiān)理、施工、運維及設(shè)備材料供應(yīng)商等參與方協(xié)同工作平臺，對重難點工程可進行深化三維設(shè)計，建設(shè)方可有效進行項目管理、數(shù)據(jù)審查和性能分析等。

BIM建模流程：根據(jù)需求選擇合適的BIM軟件→建立包括坐標、幾何尺寸等基本信息模型的建立→設(shè)計審查過程中優(yōu)化設(shè)計，模型相應(yīng)完善→施工過程中以主模型為基礎(chǔ)，將進度、質(zhì)量、成本、安全及變更等信息的加入，并根據(jù)需求構(gòu)建施工質(zhì)量、進度控制、施工模擬等相應(yīng)模型，并進行施工管理應(yīng)用→工程竣工，將模型交付給業(yè)主或運營維護單位。

4、施工準備階段的BIM應(yīng)用

施工準備階段的BIM應(yīng)用主要體現(xiàn)在施工深化設(shè)計、施工方案模擬等方面。該階段的BIM應(yīng)用對施工深化設(shè)計的準確性、施工方案的虛擬展示等方面起到關(guān)鍵作用。

4.1施工圖深化設(shè)計

施工圖深化設(shè)計的主要目的是提升深化后建筑信息模型的準確性、可校核性。將施工操作規(guī)范與施工工藝融入施工作業(yè)模型，使施工圖滿足施工作業(yè)的需求。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，可使設(shè)計更直觀，如下圖所示，傳統(tǒng)CAD設(shè)計與三維模型對。

4.2施工方案模擬

施工方案模擬主要是在施工作業(yè)模型的基礎(chǔ)上附加建造過程、施工順序等信息，進行施工過程的可視化模擬，充分利用建筑信息模型對方案進行分析和優(yōu)化，提高方案審核的準確性，實現(xiàn)施工方案的可視化交底。

在模擬建設(shè)制作中，將相應(yīng)工序以正確的安裝順序進行關(guān)聯(lián)，造成安裝的時間差，繼而實現(xiàn)施工工序模擬。

5、施工實施階段的BIM應(yīng)用

施工階段BIM應(yīng)用是基于設(shè)計階段、施工準備階段BIM建?；A(chǔ)進行的。實施過程中專業(yè)技術(shù)人員將進度信息、質(zhì)量信息、消耗信息錄入系統(tǒng)，并定期與實施性施工組織設(shè)計進行對比，實現(xiàn)對工程施工過程交互式的可視化和信息化管理。

5.1計劃進度與實際進度比對

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，一是提高施工單位的總承包總集成的能力，多算對比，有效管控，有效協(xié)同；二是合理控制工程成本提高施工效率，減少返工；三是實現(xiàn)綠色環(huán)保施工的理念，精確計算，減少浪費，合理布局。

通過方案進度計劃和實際進度的比對，找出進度落后或提前的對比分析圖，找出進度差異產(chǎn)生的主要影響因素，分析該工作的進度對整體施工進度計劃的影響程度，按需求進行資源配備、施工方案的調(diào)整優(yōu)化。

（1）應(yīng)用步驟

根據(jù)初步設(shè)計圖紙，建立完整項目的結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等模型。

向BIM建筑模型導(dǎo)入項目策劃的施工橫道圖進行項目模擬建造。

導(dǎo)出項目模擬建造的檔案，用以到時檢測和監(jiān)測項目建造過程中計劃進度與實際進度的對比。

通過進度對比，工程師查找出因各種原因?qū)е碌氖┕みM度延誤和修改問題，進行二次進度方案優(yōu)化和調(diào)整并加以實施。

（2）通過模擬達到項目監(jiān)控效果

實際進度模型以天、周、月為周期，進行模擬進度的更新，達到項目施工進度模擬與實際施工進度基本同步。

通過查看施工模擬的檔案，后臺掌握項目整體施工進程。并有利于監(jiān)控項目主材進出料與應(yīng)用的狀況；通過創(chuàng)模進行進度控制。

（3）應(yīng)用實例

根據(jù)周邊環(huán)境條件與施工的組織設(shè)計、進度計劃，進行模擬實際施工，確定最優(yōu)最合理的施工方案指導(dǎo)工程實體的流水實施。

5.2工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計的BIM應(yīng)用主要是從模型中獲取的橋梁各主要部位工程數(shù)量、項目特征等信息，能夠有效提高項目造價管理人員對實際進度對比、原材料消耗、變更統(tǒng)計、對上對下計量提供依據(jù)。

（1）在Revit插件-新點比目云5D軟件中獲取施工作業(yè)模型中的實際工程量信息，得到的工程量信息可作為現(xiàn)場對下對下計量的有效依據(jù)。

（2）應(yīng)用BIM計量與導(dǎo)出材料下料單，有效管控工程材料。

（3）通過模型的數(shù)據(jù)，直接從系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)出設(shè)備的品種、數(shù)量、尺寸、規(guī)格等清單，更便捷的為材料組織配套，提高工作效率。

5.3現(xiàn)場管理

依托BIM360共享平臺收集的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場管理強調(diào)無紙化辦公，減少資源耗費，使用手持式移動設(shè)備，方便查看圖紙、模型數(shù)據(jù)，以及瀏覽三維動畫交底、記錄現(xiàn)場施工情況。

通過現(xiàn)場移動終端，使管理者能及時得到工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的更新，為建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工項目部對現(xiàn)場的質(zhì)量、安全、進度可以實時掌控，并有效調(diào)度，現(xiàn)場管理可形成有效閉合。

5.4工廠化預(yù)制

通過BIM技術(shù)，對項目施工工藝上使用到的特殊構(gòu)件或者鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行提前三維立體建模。

從三維模型中導(dǎo)出構(gòu)件的主要參數(shù)，包括長度、角度、材料、主要使用工藝等，構(gòu)件模型自帶編號。

把構(gòu)件詳細參數(shù)發(fā)往廠家，廠家使用構(gòu)件數(shù)據(jù)預(yù)制所對應(yīng)的構(gòu)件，并把構(gòu)件編號打到構(gòu)件上。

構(gòu)件通過項目施工材料計劃運輸?shù)绞┕龅?，施工員通過構(gòu)件編號對其進行正確位置與方法的安裝。

進行數(shù)字化施工工藝交底，通過BIM技術(shù)，針對施工難點的工藝進行模擬，并以視頻形式導(dǎo)出；施工員通過工藝動畫進行工藝方法的詮釋并指導(dǎo)施工，施工工藝模擬視頻能作為施工工藝交底呈現(xiàn)。

5.5設(shè)計變更調(diào)整

施工過程中，根據(jù)工程變更、現(xiàn)場實際情況，對BIM模型進行維護和調(diào)整，使其與現(xiàn)場實際施工保持一致。

5.6可視化交底

利用BIM模型，開展了三維可視化交底，結(jié)合公司的質(zhì)量樣板引路方案，將BIM模型與操作要點融合，使作業(yè)人員對施工任務(wù)建立了直觀明確的認識，提高了質(zhì)量管理效果。

6、結(jié)論

目前建筑施工企業(yè)在實施BIM方面并不是一帆風(fēng)順，而是遇到各種各樣的困難。與普及平面制圖的CAD相比，普及多信息系統(tǒng)的BIM技術(shù)面臨的阻力和難度更大。

BIM 正在推動一場全面變革的大潮，工程設(shè)計、建造、運維等眾多企業(yè)積極參與其中，只有通過不斷積累企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)BIM專業(yè)技術(shù)人才，才能更好的推進這項技術(shù)的全面應(yīng)用，橋梁工程的復(fù)雜性更決定了BIM技術(shù)應(yīng)用的廣闊前景。

參考文獻

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