BIM技術(shù)在普通國省干線橋梁建設(shè)工程中的應(yīng)用研究

南京市公路事業(yè)發(fā)展中心公路科學(xué)研究所，江蘇 南京 210008

1 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，主要以三維設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[1]，通過數(shù)字信息與計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)工程項目中相關(guān)結(jié)構(gòu)物的設(shè)計并指導(dǎo)施工、管理，在設(shè)計、施工以及運(yùn)營階段應(yīng)用BIM技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)工程項目的建管養(yǎng)一體化[2-3]。與公路工程相比，橋梁工程由于上下部結(jié)構(gòu)的特性，施工更加復(fù)雜，更加適合應(yīng)用BIM技術(shù)。

2 項目概況

案例工程為328國道雍莊至龍池段改擴(kuò)建工程，為江北大道快速化改造工程二期項目，起點(diǎn)雍莊互通，終點(diǎn)龍池互通（K24+370.000～K35+681.054），長11.31km，于2019年建成通車。該項目設(shè)計等級為一級公路，參照城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，主線設(shè)計速度為80km/h，輔道設(shè)計速度為40km/h，是主線雙向六車道，輔道雙向四車道，汽車荷載公路-I級。

3 BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

328國道雍莊至龍池段改擴(kuò)建工程指揮部在項目施工初期確定在橋梁施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，針對現(xiàn)場不同橋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行參數(shù)化建模、進(jìn)度計劃、漫游、施工模擬等方面的具體應(yīng)用，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。通過深入分析施工階段所發(fā)揮的優(yōu)勢，顯著提高了工程管理效率。

（1）施工場地規(guī)劃。施工場地規(guī)劃包含建設(shè)過程中兩區(qū)三場等場地建設(shè)，包含對原材料堆放、臨建設(shè)施、文明施工、施工機(jī)械、機(jī)電設(shè)施等進(jìn)行規(guī)劃與布置優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)場地布置的科學(xué)合理。對于馬汊河承臺施工的場地規(guī)劃布置應(yīng)用，項目組首先依據(jù)照片、電子地圖、非常初步的二維平面場地布置圖以及未經(jīng)過驗(yàn)證的場地規(guī)劃布置技術(shù)方案，利用模型將現(xiàn)場布設(shè)方案搭設(shè)出來，模型包括橋梁結(jié)構(gòu)模型、基礎(chǔ)場地模型、施工機(jī)械模型、安全設(shè)施模型等。

（2）可視化施工交底。為實(shí)現(xiàn)328橋梁工程馬汊河橋梁段承臺施工專項方案的模擬（見圖1），并在模擬的基礎(chǔ)上優(yōu)化施工方案，建立原始地貌BIM模型，項目組采用自建族技術(shù)完成方案所需的專用鋼板樁族、模板族、承臺構(gòu)件族等標(biāo)準(zhǔn)化族，并使用Fuzor、3Dmax等BIM動態(tài)演示軟件進(jìn)行承臺施工的模擬，最終實(shí)現(xiàn)了承臺施工專項方案模型的模擬與展示。

圖1 馬汊河橋梁段下部結(jié)構(gòu)（承臺）施工方案模擬

（3）構(gòu)件預(yù)制加工。工廠化、裝配式建造是未來提高建設(shè)效率與質(zhì)量的重要手段之一，代表著橋梁建設(shè)的發(fā)展方向。在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，運(yùn)用BIM技術(shù)將有利于進(jìn)一步提高加工能力，從而降低成本、提高效率和建設(shè)質(zhì)量。文章吸納了各省BIM導(dǎo)則的預(yù)制構(gòu)件加工部分內(nèi)容，結(jié)合面向普通推廣性橋梁應(yīng)用，確定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、實(shí)施流程與成果。在該項目的建設(shè)過程中，主要是應(yīng)用BIM技術(shù)直接對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化，再利用模型數(shù)據(jù)進(jìn)行精確加工，得出可正確反映位置、順序的模型與工廠制作的加工圖[4]。

（4）工程進(jìn)度管理。國省干線橋梁工程進(jìn)度管理非常重要，BIM進(jìn)度管理主要是通過比對方案進(jìn)度計劃和實(shí)際進(jìn)度，分析進(jìn)度超前或者落后的原因，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)度的合理控制以及進(jìn)度質(zhì)量的最優(yōu)化。以馬汊河大橋?yàn)槔谶M(jìn)行傳統(tǒng)橋梁項目管理時，將已有的工作結(jié)構(gòu)分解WBS、計劃進(jìn)度與模型構(gòu)件一一對應(yīng)，生成馬汊河進(jìn)度管理模型，比對分析計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度，不斷檢查計劃進(jìn)度是否滿足工期要求，與模型結(jié)合檢查是否有影響工期事項，是否達(dá)到最優(yōu)狀況。

（5）實(shí)物工程量管理。實(shí)物工程量管理主要是在橋梁施工圖設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)計變更、計量資料等相關(guān)材料，及時將實(shí)際進(jìn)度與計價文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)過程中實(shí)時、動態(tài)的工程量與工程造價的統(tǒng)計分析，從而提高了施工過程中對于工程量、造價信息統(tǒng)計分析的效率與準(zhǔn)確性，便于管理者實(shí)時掌握工程量與造價等關(guān)鍵信息[5]。

（6）交通組織方案模擬。國省干線橋梁工程的施工需要考慮對交通的影響情況。施工前，首先需要考察工程建設(shè)地施工單位進(jìn)場前的交通流情況，繼而運(yùn)用無人機(jī)和三位全景拍照影像技術(shù)對原貌道路進(jìn)行逆向輔助建模，建模后便可結(jié)合圖紙確定橋梁工程施工場地占地范圍，然后基于施工圖與模型，與各參建單位溝通后確定交通流導(dǎo)改方案，最后以導(dǎo)改方案的模型為基礎(chǔ)便可制作交通組織方案動畫，實(shí)現(xiàn)以方案動畫指導(dǎo)現(xiàn)場交通組織的目的。

（7）BIM模型建立與全方位3D直觀展示。為實(shí)現(xiàn)328工程BIM模型的建立與展示，已經(jīng)通過Revit軟件利用自建族技術(shù)完成橋梁工程的標(biāo)準(zhǔn)化族并建立BIM模型，采用Lumion環(huán)繞漫游技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型展示，最終整體實(shí)現(xiàn)328國省干線橋梁的BIM模型建立與展示（見圖2）。

圖2 馬汊河大橋模型渲染圖

4 應(yīng)用成效

針對我國尤其是江蘇省工程建設(shè)中BIM技術(shù)應(yīng)用存在的主要問題，如橋梁工程BIM推廣度低、BIM應(yīng)用點(diǎn)零散、BIM管理制度缺乏、示范性工程不足，該研究項目依托328項目進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用的研究，取得了以下效益：

（1）指導(dǎo)關(guān)鍵工序的施工建設(shè)。由于橋梁工程特有的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)跟工藝相對復(fù)雜，僅靠傳統(tǒng)的二維CAD圖紙很難在前期工作中發(fā)現(xiàn)可能存在的沖突問題；然而通過BIM技術(shù)，施工方可以在BIM模型上對施工計劃和施工方案進(jìn)行分析模擬，充分利用空間和資源，優(yōu)化施工方案，降低施工過程對交通的影響，使施工方案達(dá)到最優(yōu)。

（2）實(shí)現(xiàn)工程量進(jìn)度的綜合管控。在傳統(tǒng)的工程管理模式中，工程量計算較為復(fù)雜，無法快速準(zhǔn)確地計算工程量信息，若發(fā)生工程變更，計算效率十分低下；然而BIM模型可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的工程量計算功能，在建設(shè)過程中只需實(shí)時更新BIM模型以及相關(guān)聯(lián)的造價等數(shù)據(jù)，即可得到實(shí)時的工程量清單。在328國道改擴(kuò)建工程中，通過將BIM模型與進(jìn)度關(guān)聯(lián)，可以模擬施工進(jìn)程，輔助制訂科學(xué)的進(jìn)度計劃。

（3）形成國省干線橋梁工程的BIM應(yīng)用導(dǎo)則。通過328國道改擴(kuò)建工程的BIM數(shù)據(jù)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有必要根據(jù)所使用的BIM軟件或平臺建立技術(shù)應(yīng)用制度，形成BIM技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則，主要用于明確建模規(guī)則，篩選適用軟件，確定操作流程，用以規(guī)定不同的人進(jìn)行BIM技術(shù)運(yùn)用的規(guī)范和流程，確保信息在BIM系統(tǒng)中的準(zhǔn)確和暢通。

（4）促進(jìn)參與各方的溝通。在傳統(tǒng)的工程管理模式中，信息傳遞不夠及時，管理過程較為煩瑣，若遇到工程變更等問題，則會顯著拖延進(jìn)度，甚至在工作過程中出現(xiàn)錯誤；然而BIM等信息技術(shù)管理導(dǎo)則有利于技術(shù)與管理人員信息共享，確保了信息傳遞的準(zhǔn)確與暢通。

5 結(jié)論

通過BIM技術(shù)在328項目橋梁建設(shè)工程中的應(yīng)用，取得了以下主要研究成果：（1）通過Revit軟件實(shí)現(xiàn)采用自建族技術(shù)完成橋梁工程的標(biāo)準(zhǔn)化族，通過套用標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)建即可快速高效地建立橋梁BIM模型；（2）通過BIM技術(shù)在328項目中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了可視化的施工交底、交通組織方案模擬、場站布置優(yōu)化、進(jìn)度與工程量清單管理等功能；（3）BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)過程中的應(yīng)用可以更好地指導(dǎo)關(guān)鍵工序的建設(shè)，加強(qiáng)進(jìn)度、質(zhì)量安全方面的管控，促進(jìn)各方的信息傳遞，取得了較好的應(yīng)用效果，具有很大的推廣應(yīng)用價值。