BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用

張國(guó)平

湖北交通工程檢測(cè)中心有限公司，湖北 武漢 430000

1 BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)和施工中的重要工具，并且發(fā)揮了顯著的作用。隨著我國(guó)交通建設(shè)的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多地理?xiàng)l件復(fù)雜的地區(qū)開(kāi)始進(jìn)行橋梁施工建設(shè)，由于施工區(qū)域地理環(huán)境限制，很多橋梁工程施工難度較大，而B(niǎo)IM 技術(shù)的應(yīng)用極大減小了施工難度，促進(jìn)了橋梁施工質(zhì)量和安全性的提升。同時(shí)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)也出臺(tái)了相關(guān)政策推動(dòng)建筑行業(yè)信息化水平的提升。在這一背景下，BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中發(fā)揮了巨大的作用，但是仍然需要進(jìn)一步的推廣普及。

1.2 應(yīng)用特點(diǎn)

（1）可視化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平的不斷提升，交通建設(shè)的意義越發(fā)凸顯，橋梁工程不僅能夠幫助人們跨越河流，還能應(yīng)用于跨越深溝峽谷以及城市立體道路建設(shè)，相應(yīng)橋梁工程的質(zhì)量和安全性也更加為社會(huì)各界所重視。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式主要是通過(guò)圖紙展示設(shè)計(jì)平面，隨著橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，圖紙已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)需要，難以體現(xiàn)設(shè)計(jì)的空間性。而且BIM 技術(shù)具有可視性的特點(diǎn)，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)圖紙以3D 立體模型的方式呈現(xiàn)出來(lái)，使員工更加直觀地了解設(shè)計(jì)方案，也能夠更加全面可靠地進(jìn)行橋梁監(jiān)控。

（2）協(xié)調(diào)性。橋梁工程建設(shè)規(guī)模大，施工耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，容易受到風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，而橋梁工程施工工序較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)包含多方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，要想保證施工的質(zhì)量和安全，就必須對(duì)各個(gè)工種、各個(gè)環(huán)節(jié)的施工進(jìn)行協(xié)調(diào)，才能使橋梁工程施工有條不紊地順利進(jìn)行，也能夠?qū)崿F(xiàn)縮短工期的目標(biāo)。而且BIM 技術(shù)集成的共享數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)崟r(shí)更新，可以幫助各單位的工作人員迅速獲取方案的變更信息，提升溝通效率，還可以提前對(duì)施工情況進(jìn)行模擬，以便規(guī)劃出最佳的工序流程，提升施工現(xiàn)場(chǎng)管理水平，減少各單位施工沖突，促使施工團(tuán)隊(duì)更加協(xié)調(diào)。

（3）優(yōu)化性。橋梁工程施工周期長(zhǎng)、施工環(huán)境較為惡劣、施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，在施工過(guò)程中容易出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，導(dǎo)致施工進(jìn)度延誤，難以如期完工。而且BIM 技術(shù)可以對(duì)施工中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成，并形成三維模型，還可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)模擬施工情況，有助于設(shè)計(jì)人員在完成設(shè)計(jì)后對(duì)方案進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，也能夠更加直觀地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)和施工中的不足之處，通過(guò)BIM 技術(shù)預(yù)測(cè)施工發(fā)展還有助于避免出現(xiàn)施工安全問(wèn)題。

2 橋梁施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

各種橋型施工監(jiān)控的內(nèi)容有所差別，以斜拉橋施工監(jiān)控為例，主要包括幾何監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、索力監(jiān)測(cè)以及溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)等。

2.1 幾何監(jiān)測(cè)

幾何監(jiān)測(cè)包括主塔變位監(jiān)測(cè)和主梁線形監(jiān)測(cè)。在橋梁施工過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)常常由于多種原因的影響發(fā)生形變，從而與設(shè)計(jì)圖紙產(chǎn)生偏差，因此必須對(duì)橋梁進(jìn)行幾何監(jiān)測(cè)，以便了解和掌握橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，并采取相應(yīng)的措施。幾何監(jiān)測(cè)主要可以分為兩部分內(nèi)容，一是主梁標(biāo)高監(jiān)測(cè)，即監(jiān)測(cè)橋梁的實(shí)際高程；二是偏位監(jiān)測(cè)，即監(jiān)測(cè)順橋向變位值等。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況直接影響施工的安全性，并且會(huì)在施工過(guò)程中不斷發(fā)生變化，因此必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，保證其不超出安全范圍。應(yīng)力監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要是主梁和主塔。對(duì)主梁應(yīng)力狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，要關(guān)注主梁應(yīng)力是否超限和每一施工階段前后的應(yīng)力差兩個(gè)方面；對(duì)主塔應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，必須科學(xué)選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此外，應(yīng)力監(jiān)測(cè)的精度和傳感器的可靠性十分重要，因此一般會(huì)采用精度較高、故障率低的振弦式混凝土應(yīng)力傳感器。

2.3 索力監(jiān)測(cè)

索力測(cè)試是橋梁施工監(jiān)控的特殊內(nèi)容。隨著大跨徑橋梁工程項(xiàng)目的不斷增多，纜索承重結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越多，索力監(jiān)測(cè)也越發(fā)重要。索力監(jiān)測(cè)對(duì)象通常是單根索力，采取千斤頂壓力表法與振動(dòng)頻率法相結(jié)合的方式來(lái)開(kāi)展。

2.4 溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)

當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度也會(huì)隨著發(fā)生變化。一般情況下，材料的溫度變化將引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形，從而在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。由于組成斜拉橋結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的材料、尺寸和結(jié)構(gòu)形式不同，環(huán)境溫度變化將使橋梁內(nèi)各部分的溫度呈復(fù)雜的分布形式。了解橋梁所處的環(huán)境溫度變化和橋梁結(jié)構(gòu)上溫度梯度變化情況，掌握各部分的溫度分布規(guī)律，對(duì)于估算由溫度引起的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力具有重要的意義。

3 BIM 技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用

3.1 搭建橋梁構(gòu)件庫(kù)

按照橋梁類(lèi)型建立橋梁核心構(gòu)件庫(kù)是建立BIM 模型的基礎(chǔ)。根據(jù)橋型不同，對(duì)各種橋梁類(lèi)型的構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)和編碼，且每個(gè)構(gòu)件和編碼均是對(duì)應(yīng)和唯一的，形成核心構(gòu)件庫(kù)，建模時(shí)，從核心構(gòu)件庫(kù)中選擇所需構(gòu)件進(jìn)行拼組，即可建立橋梁所需的BIM 模型。其中，橋梁構(gòu)件分類(lèi)編碼要求基于國(guó)家相關(guān)部門(mén)頒布的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)模型構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)和編碼。對(duì)于懸臂澆筑的斜拉橋建模，每一個(gè)梁段、每一根斜拉索、主塔每個(gè)澆筑節(jié)段等均可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)編碼，從而建立斜拉橋構(gòu)件庫(kù)。在橋梁施工監(jiān)控過(guò)程中，根據(jù)橋梁施工實(shí)際進(jìn)度，選擇不同構(gòu)件進(jìn)行拼裝，形成施工階段模型。

3.2 構(gòu)建施工監(jiān)控的管理平臺(tái)

企業(yè)應(yīng)積極進(jìn)行統(tǒng)一的管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的施工設(shè)計(jì)等內(nèi)容，借助BIM 技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的管理平臺(tái)，使各部門(mén)、單位可以通過(guò)統(tǒng)一的管理平臺(tái)上傳和獲取橋梁模型和數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能終端App的開(kāi)發(fā)。在此過(guò)程中，一方面要在橋梁結(jié)構(gòu)上設(shè)置傳感器，為應(yīng)力、標(biāo)高測(cè)量提供便利，并將測(cè)量結(jié)果上傳到管理平臺(tái)。另一方面，要在管理平臺(tái)上設(shè)置自動(dòng)報(bào)警程序，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，超出設(shè)置的安全范圍時(shí)，自動(dòng)報(bào)警程序?qū)?huì)啟動(dòng)，及時(shí)對(duì)監(jiān)控管理人員發(fā)出警示，以便設(shè)計(jì)人員及時(shí)改進(jìn)施工方案，保證實(shí)際施工符合設(shè)計(jì)圖紙和施工方案要求，確保橋梁工程的整體質(zhì)量和安全性，延長(zhǎng)橋梁運(yùn)營(yíng)壽命。其中要特別關(guān)注的一項(xiàng)工作內(nèi)容就是對(duì)傳感器開(kāi)展編碼。為了將模型和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，使BIM 技術(shù)的模型呈現(xiàn)出更好的可視化效果，應(yīng)結(jié)合傳感器的位置和功用開(kāi)展編碼工作。編碼時(shí)應(yīng)采取固定的方法和模式，以便編碼和數(shù)據(jù)能夠更好地被計(jì)算機(jī)處理。傳感器編碼必須具備規(guī)律性并且一一對(duì)應(yīng)，不能出現(xiàn)重復(fù)的現(xiàn)象，否則計(jì)算機(jī)將無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別編碼對(duì)象，難以確定數(shù)據(jù)的正確含義。另外，還必須保證編碼能夠正確識(shí)別，并在管理平臺(tái)上校準(zhǔn)傳感器信息。

3.3 研發(fā)智能手機(jī)端App

企業(yè)在借助BIM 技術(shù)進(jìn)行智能手機(jī)端App 研發(fā)的過(guò)程中，必須對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括設(shè)計(jì)方案獲取、共享數(shù)據(jù)和文件、應(yīng)力、幾何監(jiān)測(cè)及溫度監(jiān)控、質(zhì)量檢測(cè)、即時(shí)溝通等內(nèi)容。監(jiān)控單位可以采取人工方法對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行定期采集，然后將數(shù)據(jù)信息文件上傳至智能手機(jī)端App，但最好的方法是借助無(wú)線傳感器對(duì)橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并自動(dòng)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到智能手機(jī)端App。在此過(guò)程中需要特別關(guān)注以下兩點(diǎn)：一是應(yīng)力及溫度監(jiān)控功能的設(shè)置。這要求借助傳感器等實(shí)時(shí)上傳和記錄相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并設(shè)置自動(dòng)報(bào)警程序。監(jiān)測(cè)人員可以通過(guò)這一功能獲取實(shí)時(shí)的應(yīng)力、溫度數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)查看橋梁應(yīng)力、溫度變化圖形或者直接搜索某時(shí)間橋梁的相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)獲得有效信息。自動(dòng)報(bào)警程序會(huì)在橋梁關(guān)鍵部位應(yīng)力、溫度超出設(shè)定的安全范圍時(shí)立刻發(fā)出警報(bào)，一般監(jiān)控管理人員需及時(shí)處理。這樣有利于監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)隨地獲取橋梁應(yīng)力、溫度信息等，并第一時(shí)間解決問(wèn)題，有利于橋梁施工順利進(jìn)行，保證施工安全。二是幾何線性控制。在監(jiān)控過(guò)程中，監(jiān)控管理人員可以借助傳感器及其他設(shè)備結(jié)合的方式，獲得準(zhǔn)確的橋梁關(guān)鍵部位坐標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工與設(shè)計(jì)方案中不相符的地方。與此同時(shí)，監(jiān)控管理人員還能夠借助統(tǒng)一管理平臺(tái)，將測(cè)量數(shù)據(jù)信息上傳到Web 端，并借助智能手機(jī)App 進(jìn)行線性控制，設(shè)置警報(bào)程序，在兩者線性誤差的系數(shù)超出規(guī)定的安全范圍時(shí)及時(shí)示警，向監(jiān)控人員、施工人員進(jìn)行提示。

3.4 搭建監(jiān)控信息反饋和交流模塊

傳統(tǒng)的施工監(jiān)控指令流轉(zhuǎn)采用紙質(zhì)版指令表由參建各方依次流轉(zhuǎn)簽認(rèn)，具體流程如下：監(jiān)控單位分析數(shù)據(jù)、下達(dá)監(jiān)控指令表→設(shè)計(jì)單位復(fù)核簽認(rèn)→監(jiān)理單位同意實(shí)施簽認(rèn)→施工單位按指令施工。整個(gè)完整的流程周期需1.5d 左右，同時(shí)還耗費(fèi)相應(yīng)的人力和物力。將基于BIM 技術(shù)施工監(jiān)控平臺(tái)集成監(jiān)控指令信息反饋模塊，由監(jiān)控單位查看分析橋梁施工的各階段數(shù)據(jù)，并在平臺(tái)上下達(dá)監(jiān)控指令，及時(shí)推送到參建各方，能夠迅速完成整個(gè)監(jiān)控指令的流程過(guò)程。與傳統(tǒng)的施工監(jiān)控流程相比，大幅度節(jié)約了時(shí)間成本，溝通更加流暢，從而縮短了整個(gè)橋梁建設(shè)的工期。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用BIM 技術(shù)能夠?qū)蛄菏┕けO(jiān)控過(guò)程的數(shù)據(jù)、資源等信息完整呈現(xiàn)出來(lái)，將參建各方整合在一起，共享施工監(jiān)控過(guò)程。BIM 技術(shù)不僅可以提高施工監(jiān)控的效率，同時(shí)還能保證施工監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的安全，為橋梁建設(shè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展提供了可靠手段。