BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用分析

盧曉

【摘? 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，橋梁的建設(shè)數(shù)量逐年劇增。由于橋梁建設(shè)的特殊性和復(fù)雜性，在整個(gè)建設(shè)生命周期的施工和管理中存在形形色色的問題，僅采用傳統(tǒng)的管理方法和技術(shù)不能將其徹底解決。近年來，建筑信息模型（BIM）逐漸在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。論文提出將6D-BIM應(yīng)用于橋梁建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期中，這可以對項(xiàng)目全生命周期的施工、資產(chǎn)管理和維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)視和實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)模擬進(jìn)行全方位的管理，以期為今后工程技術(shù)的發(fā)展提供參考。

【Abstract】With the rapid development of China's economy， the number of bridges under construction has increased significantly year by year. Due to the particularity and complexity of bridge construction， there are all kinds of problems existing in the construction and management of the whole construction life cycle， which can not be completely solved only by applying traditional management methods and technologies. In recent years， building information model （BIM） has been widely applied in various fields. This paper proposes to apply 6D-BIM to the whole life cycle of bridge construction project， which can comprehensively manage the construction， asset management and maintenance， status monitoring and real-time structure simulation for the project's whole life cycle， so as to provide a reference for the development of engineering technology in the future.

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);橋梁工程;6D-BIM;項(xiàng)目管理

【Keywords】BIM technology; bridge engineering; 6D-BIM; project management

【中圖分類號(hào)】U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）10-0194-03

1 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求提升和發(fā)展，道路交通技術(shù)正朝著工業(yè)化、信息化的方向快速發(fā)展。BIM技術(shù)作為一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過使用其可視化的模型來整合建筑項(xiàng)目的相關(guān)信息，在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的全生命周期過程中進(jìn)行共享、傳遞和應(yīng)用[1]，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)、施工和管理[2]，能夠顯著提高工程建造效率，大量減少風(fēng)險(xiǎn)，從而可以提高建筑行業(yè)的總體管理水平[3]。因此，BIM技術(shù)在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用勢在必行[4]。目前，BIM技術(shù)在我國橋梁工程中的應(yīng)用尚處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)[5]。進(jìn)行6D設(shè)計(jì)、施工管理、運(yùn)維管理和實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而綜合應(yīng)用BIM技術(shù)來提高設(shè)計(jì)效率、改善設(shè)計(jì)質(zhì)量、加強(qiáng)施工組織管理及后期運(yùn)營維護(hù)，具有非常重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

2 BIM技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外對于BIM技術(shù)的認(rèn)可度非常高，并且根據(jù)自己的國情都有具體的應(yīng)用和改良，甚至許多國家將工程中必須使用BIM模型進(jìn)行了立法[6]。

BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用如下：HH Song、CS Shim等人都對BIM技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用提出了自己的觀點(diǎn)，并且給出了4D模型[7]?？ㄋ柖喙髽虿捎肂IM技術(shù)建立了橋梁數(shù)字化的仿真模型，實(shí)現(xiàn)了多哈大橋穿筯、安裝及預(yù)應(yīng)力張拉等施工精細(xì)化的管理。Bentley軟件公司協(xié)助美國交通運(yùn)輸部門開發(fā)完成了24個(gè)完整的BIM模型，應(yīng)用BIM技術(shù)深化了橋梁施工的管理，快速地從各種來源收集背景數(shù)據(jù)為項(xiàng)目的全生命周期提供準(zhǔn)確、智能的三維橋梁信息模型，提高運(yùn)營效率，并最大限度降低業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，確保符合國家法規(guī)。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁項(xiàng)目的施工管理中，將其項(xiàng)目的管理效率平均提升了25%[8]。此外，DEGES在經(jīng)過全面的實(shí)施階段和初步試點(diǎn)項(xiàng)目之后，開始將BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目工程中，包括更換柏林的Westendbrücke橋（A 100）和更換北萊茵-威斯特法倫州的Schwelmetalbrücke橋（A 1）[9]。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在我國的研究應(yīng)用相對較晚，但是由于國家的大力支持，“十二·五”相關(guān)規(guī)劃中，將BIM技術(shù)列為重點(diǎn)的發(fā)展技術(shù)項(xiàng)目，BIM技術(shù)的發(fā)展在我國建筑工程中的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，在橋梁工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。

經(jīng)過國內(nèi)BIM研究人員多年的研究和實(shí)際應(yīng)用，許多房建項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)，例如，武漢中心項(xiàng)目、上海中心大廈、中國尊等都用到了Revit軟件建造了相應(yīng)的BIM模型。將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程中，選擇Revit核心建模軟件，可以借鑒成功案例和經(jīng)驗(yàn)。目前，我國已經(jīng)建成的港珠澳大橋是萬眾矚目的世界級工程，涵蓋專業(yè)多、管線復(fù)雜、施工困難等諸多問題，該項(xiàng)目借助BIM技術(shù)，有效解決了施工過程中管線、結(jié)構(gòu)碰撞等問題，確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度[10]。2015年，劉占省通過大量的實(shí)踐證明，通過將BIM技術(shù)應(yīng)用在橋梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，節(jié)約了時(shí)間與成本。張曉、蔡瑞瑞針對BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期中的應(yīng)用指出：BIM技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用主要是設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段，通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用，使橋梁工程的全生命周期管理更為系統(tǒng)化，施工進(jìn)度與質(zhì)量均可得到有效保證，并且在運(yùn)維階段可以準(zhǔn)確進(jìn)行工程量的測算以及相應(yīng)人員的配備，從真正意義上推動(dòng)了橋梁工程順利進(jìn)行[11]。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用分析

3.1 BIM技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用的SWOT分析

BIM技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用的SWOT分析如圖1所示。

3.2 6D-BIM在橋梁中的應(yīng)用分析

橋梁道路曲折，環(huán)境復(fù)雜，工程量大，施工難度高，由于曲線道路等各種復(fù)雜形式的結(jié)構(gòu)層出不窮，為施工方帶來了巨大的麻煩，而設(shè)計(jì)方一般都以二維圖紙進(jìn)行交付，所以施工部門往往要結(jié)合平、立、剖的圖紙，才能對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置進(jìn)行確定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，十分不便。因而在施工之前先利用Revit軟件，根據(jù)二維圖紙，對該項(xiàng)目進(jìn)行建模十分重要。通過建立該橋梁的BIM模型，各構(gòu)件尺寸、位置關(guān)系、表現(xiàn)材質(zhì)均能在模型中直接反映出來，方便施工和相關(guān)者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。其建模方法如圖2所示。

5D-BIM（第五維建筑信息模型）用于預(yù)算跟蹤和成本分析。與3D和4D（時(shí)間）相關(guān)聯(lián)的BIM的第五維允許參與者可視化其活動(dòng)的進(jìn)度和相關(guān)的成本。5D-BIM技術(shù)的使用可以提高項(xiàng)目估算、工程變更和材料設(shè)備或人工變化的準(zhǔn)確性和可預(yù)測性，提供了用于提取和分析成本、評估方案和變更影響的方法。劉宇聞等人針對BIM技術(shù)在立交改造工程全生命周期的應(yīng)用研究中結(jié)合武漢某立交項(xiàng)目，創(chuàng)新地將BIM技應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段等各個(gè)環(huán)節(jié)，從而編制了該項(xiàng)目相應(yīng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了高精度、全專業(yè)、全方位的BIM模型，并且開創(chuàng)性地基于BIM三維模型進(jìn)行橋梁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算，應(yīng)用了5D-BIM施工管理、移動(dòng)協(xié)同管理平臺(tái)，同時(shí)，后期結(jié)合預(yù)埋傳感器和監(jiān)控設(shè)備，可實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁和管道等設(shè)施的實(shí)際運(yùn)營狀況并進(jìn)行維護(hù)，綜合應(yīng)用BIM技術(shù)來提高設(shè)計(jì)效率、改善設(shè)計(jì)質(zhì)量、加強(qiáng)施工組織管理及后期運(yùn)營維護(hù)[12]。該項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用表明，BIM技術(shù)可以大大提高設(shè)計(jì)效率和工程質(zhì)量，提升施工管理水平，查看進(jìn)度和節(jié)約成本。

6D-BIM（第六維建筑信息模型）是在5D-BIM的基礎(chǔ)上增加了能量，具有可持續(xù)性，可以進(jìn)行能耗的分析。在設(shè)計(jì)過程的早期利用6D-BIM技術(shù)可以產(chǎn)生更加完整和準(zhǔn)確的能量估算，它也可以進(jìn)行測量和驗(yàn)證建筑物的占用期間，還可以改進(jìn)在高性能設(shè)施中收集經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的過程。6D-BIM技術(shù)中模型和管理不僅包括圖形，還包括信息，允許自動(dòng)生成圖紙和報(bào)告，包括設(shè)計(jì)分析、進(jìn)度模擬、可持續(xù)性等信息，最終使項(xiàng)目決策者能夠作出更優(yōu)的決策。BIM支持分布式團(tuán)隊(duì)，以便該項(xiàng)目各參與方可以在整個(gè)建筑生命周期中有效地共享此信息，從而消除數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)重新輸入、數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤傳達(dá)和工作錯(cuò)誤等問題[13]。因此，這將有利于項(xiàng)目各參與方有效監(jiān)控該項(xiàng)目的全生命周期。

此外，Sakdirat等人采用6D建模，將3D模型信息與時(shí)間表、成本估算以及整個(gè)橋梁項(xiàng)目生命周期內(nèi)的碳足跡分析相結(jié)合，結(jié)果表明：由于6D-BIM是在生命周期的早期階段開發(fā)的，利益相關(guān)者可以在BIM環(huán)境中進(jìn)行協(xié)作，以提高可持續(xù)性和成本效益。這項(xiàng)研究還證明了BIM應(yīng)用程序在整個(gè)生命周期中橋梁基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的可能性。6D-BIM可同時(shí)用于多種目的，例如，可持續(xù)性、生命周期資產(chǎn)管理和維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)視和實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)模擬，可以促進(jìn)有效的資產(chǎn)和項(xiàng)目管理，也可以促進(jìn)工作組之間的合作，并為各個(gè)利益相關(guān)者改善項(xiàng)目的可視化情況。

4 結(jié)語與展望

習(xí)近平主席在第二十三屆國際經(jīng)濟(jì)論壇全會(huì)的致辭中提到：可持續(xù)發(fā)展是破解當(dāng)前全球性問題的“金鑰匙”，可持續(xù)發(fā)展是各方的最大利益契合點(diǎn)和最佳合作切入點(diǎn)，而6D-BIM技術(shù)的可持續(xù)性和節(jié)能性正是迎合了這一理念，因此，值得廣泛探討。

BIM技術(shù)在橋梁工程中的設(shè)計(jì)、施工、碰撞、造價(jià)管理、質(zhì)量管理和構(gòu)件運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮了巨大的作用。通過將6D-BIM技術(shù)運(yùn)用到橋梁工程全生命周期中，不僅可以節(jié)省施工成本，而且可以提升施工質(zhì)量和效率，滿足了橋梁工程建設(shè)信息化管理、精細(xì)化施工的需要，同時(shí)，亦能滿足節(jié)約能耗、減少資源浪費(fèi)的可持續(xù)發(fā)展理念，為橋梁工程的發(fā)展開辟了新思路，也對整個(gè)工程技術(shù)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。

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