道路橋梁施工管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

張璐

海南省交通工程建設(shè)局 海南海口 570203

公路建設(shè)關(guān)系著國家宏觀戰(zhàn)略、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民日常出行，公路設(shè)計的科學(xué)性、合理性對公路建設(shè)起到?jīng)Q定性作用。目前，基于CAD的公路設(shè)計方法多以“3-2-3”設(shè)計思路為主，用二維的CAD圖紙表達(dá)三維設(shè)計創(chuàng)意，之后創(chuàng)建三維實(shí)體模型，其設(shè)計過程不可避免地會出現(xiàn)設(shè)計意圖表達(dá)不準(zhǔn)確、空間信息丟失和錯漏碰缺問題。建筑信息建模（Building Information Modeling，BIM）在三維空間進(jìn)行設(shè)計與協(xié)同，為公路工程的設(shè)計與優(yōu)化帶來了新的思路與機(jī)遇。

1 工程概況

海南鋪前跨海大橋橫跨海南島東北部的鋪前灣海域，項(xiàng)目起點(diǎn)與文昌濱海旅游公路相接，終點(diǎn)與?？诮瓥|大道二期工程相接，大橋連接?？诮瓥|大道和文昌市濱海旅游公路，是“海澄文”經(jīng)濟(jì)圈的交通控制性工程，海南鋪前大橋項(xiàng)目全長5.597公里，其中跨海大橋長3.959公里，橋頭引線長1.638公里，采用雙向六車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80公里/小時，橋梁寬度32米。文昌側(cè)引橋長1110米，其中水上部分引橋長300m，采用6跨50m等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，陸上部分引橋長810米，采用27跨30m等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；通航主橋橋長460米，采用（230+230）米獨(dú)塔斜拉橋，塔高151.8米；?？趥?cè)引橋總長2381米，其中跨斷層引橋采用10跨等截面簡支鋼箱梁，長581米，普通段引橋采用36跨50m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，長1800米。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用

BIM是一個可進(jìn)行信息化處理的數(shù)據(jù)庫，是一個協(xié)同工作平臺。海南鋪前大橋作為海南省最大的獨(dú)立跨海橋梁，率先在工程中應(yīng)用了BIM技術(shù)，具體包括：進(jìn)行設(shè)計碰撞檢查復(fù)核，主要為結(jié)構(gòu)中鋼筋、鋼箱梁板單元等施工提供指導(dǎo)；通過BIM系統(tǒng)施工數(shù)據(jù)的錄入及設(shè)計變更數(shù)據(jù)的更新實(shí)現(xiàn)施工階段數(shù)據(jù)的積累；通過BIM系統(tǒng)進(jìn)度數(shù)據(jù)的錄入，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的4D進(jìn)度管理；實(shí)現(xiàn)基于BIM系統(tǒng)的移動終端現(xiàn)場安全、質(zhì)量、環(huán)保管理；實(shí)現(xiàn)基于BIM系統(tǒng)的構(gòu)件、人員及機(jī)械的二維碼信息管理；實(shí)現(xiàn)基于BIM系統(tǒng)的現(xiàn)場視頻監(jiān)控管理；實(shí)現(xiàn)基于BIM系統(tǒng)的施工可視化模擬及技術(shù)安全交底。

2.1 在設(shè)計階段的應(yīng)用

（1）在“預(yù)可報告”中，通過設(shè)計不同的橋型方案，對其工程造價、投資效益和回報等相關(guān)問題進(jìn)行初步的估算。本階段通過建設(shè)不同的橋梁模型能夠?qū)Σ煌姆桨高M(jìn)行初步的工程造價和效益估算。而且可以對其周邊的地形進(jìn)行模擬創(chuàng)建，在美觀、環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面也能夠?yàn)樵O(shè)計者提供參考和建議，以便于選擇更合適的橋梁方案，提高橋梁項(xiàng)目順利通過的效率和可能性[1]。

（2）“工可”階段，利用BIM技術(shù)能夠在橋梁的建設(shè)規(guī)模、施工工藝、設(shè)備性能對比、環(huán)境等多個方面實(shí)現(xiàn)可視化。如使用Revit等BIM軟件建立的橋梁模型不僅可以使設(shè)計人員直觀準(zhǔn)確地了解橋型設(shè)計方案，而且還能對橋梁模型中的材料、尺寸等信息進(jìn)行編輯，從而使設(shè)計人員能夠更清楚地從橋梁施工技術(shù)、成本的控制、工程的狀況等多個角度對項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查研究和分析比較。

（3）在橋梁的初步設(shè)計階段，利用BIM技術(shù)能夠輕松地完成建筑材料以及工程量的統(tǒng)計，為編輯施工圖設(shè)計文件、施工準(zhǔn)備等提供依據(jù)。同時也能夠通過BIM模型來檢查圖紙的準(zhǔn)確性，避免施工過程中發(fā)現(xiàn)錯誤修改圖紙導(dǎo)致的工期延誤，以及由此產(chǎn)生的工程浪費(fèi)。

（5）橋梁施工圖設(shè)計，該階段中，BIM技術(shù)的數(shù)字化、可視化等特點(diǎn)能夠發(fā)揮很大的作用。該階段需要對橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行仔細(xì)的計算，確保橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形等條件能夠滿足運(yùn)營要求。人為的設(shè)計不但費(fèi)時費(fèi)力而且很容易出現(xiàn)計算失誤，利用BIM技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確計算橋梁配筋、截面以及形狀等相關(guān)數(shù)據(jù)，而且系統(tǒng)會自動生成詳細(xì)的報表，查看時一目了然。即使出現(xiàn)錯誤，也能夠很快的改正。

2.2 施工階段的應(yīng)用

2.2.1 施工進(jìn)度可視化管理

以工序卡控和檢驗(yàn)批填報生成實(shí)際施工進(jìn)度，實(shí)時反饋計劃進(jìn)度差異，并與BIM模型關(guān)聯(lián)，用不同顏色區(qū)分各施工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對施工整體進(jìn)度的可視化把控。同時，選中關(guān)聯(lián)的構(gòu)件模型，可查詢構(gòu)件的屬性信息、施工起止時間及完成狀態(tài)；對施工計劃時間段內(nèi)的各項(xiàng)工程數(shù)量及任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計，形成產(chǎn)值報表，實(shí)現(xiàn)對工程量的可視化預(yù)估，自動生成勞動力、機(jī)械設(shè)備、物資材料等資源計劃清單，便于統(tǒng)籌優(yōu)化，合理調(diào)配資源，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

2.2.2 質(zhì)量安全協(xié)調(diào)管理

質(zhì)量安全管理以工序管理為核心，工序與安全隱患和質(zhì)量檢查庫關(guān)聯(lián)，海南鋪前跨海大橋各施工標(biāo)段在平臺內(nèi)按照不同橋型、不同施工部位完成1680個施工工序的配置。根據(jù)這些配置的實(shí)際施工工序和施工進(jìn)度，工序報驗(yàn)及時推送給監(jiān)理，完成施工過程質(zhì)量驗(yàn)收的流程審批，并在BIM管理平臺的WEB端或者移動智能終端APP發(fā)起相應(yīng)質(zhì)量安全問題處理流程。問題一旦發(fā)起，各施工標(biāo)段安全員與項(xiàng)目經(jīng)理會收到信息提醒，BIM模型會在具體工程部位以警示燈的方式提醒直至問題整改完成，實(shí)現(xiàn)基于模型可視化的質(zhì)量安全閉環(huán)管理，為橋梁施工安全管理提供支持及保障[2]。

2.2.3 施工技術(shù)交底

將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工技術(shù)交底能夠?qū)⒄麄€施工過程進(jìn)行虛擬仿真，以動畫的形式呈現(xiàn)出來。在技術(shù)交底的過程中，施工動畫能夠讓技術(shù)交底更加直觀、易懂，提高技術(shù)交底的準(zhǔn)確率。該項(xiàng)目制作施工動畫的方式：將已經(jīng)建好的三維模型導(dǎo)出FBX格式，然后導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)BIM-FILM虛擬施工系統(tǒng)軟件設(shè)計交互，導(dǎo)出成動畫，再配上語音和字幕，最后形成一個MP4格式的施工技術(shù)交底視頻。施工人員可以隨時使用支持播放MP4格式的設(shè)備進(jìn)行觀看，既降低技術(shù)交底的時間成本，又提高了技術(shù)交底的準(zhǔn)確率。

2.2.4 4D 施工模擬

利用Navisworks軟件，將建好的全橋模型與施工組織設(shè)計中的施工計劃進(jìn)行相關(guān)聯(lián)。在3D模型中加入時間進(jìn)度維度，將BIM模型與傳統(tǒng)的施工計劃整合，先為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和工序制作相應(yīng)的施工模擬動畫進(jìn)行可視化技術(shù)交底，再結(jié)合4D施工模擬，讓項(xiàng)目參與人員能夠清晰地了解整個項(xiàng)目的進(jìn)度安排，及時發(fā)現(xiàn)每個施工環(huán)節(jié)將會出現(xiàn)的問題，制定更加合理可行的施工進(jìn)度安排。合理科學(xué)的施工進(jìn)度安排不僅可以指導(dǎo)施工現(xiàn)場，還能為建設(shè)、管理單位提供直觀的進(jìn)度管理依據(jù)，保證整個項(xiàng)目實(shí)施的過程中人、材、機(jī)的合理安排，減少彼此的溝通時間，縮短工期，降低成本[3]。

2.2.5 施工現(xiàn)場布置

與傳統(tǒng)中平面化、固定化的圖紙方案不同，BIM技術(shù)下的數(shù)字化模型圖紙、信息化施工方案是可控制、可流動的。在橋梁工程的建設(shè)實(shí)踐中，相關(guān)人員可依托各類傳感裝置對BIM軟件平臺進(jìn)行現(xiàn)場情況的實(shí)施反饋，從而充分發(fā)揮出工程模型對材料進(jìn)場路線規(guī)劃、施工人員現(xiàn)場調(diào)度、施工工序動態(tài)調(diào)整等方面的支持作用。此外，相關(guān)人員還可在工程模型中標(biāo)記出高風(fēng)險區(qū)域，并將配備有傳感裝置的安全帽發(fā)放給一線施工人員。這樣一來，一旦有人員進(jìn)入到高風(fēng)險區(qū)域當(dāng)中，工程模型或安全帽便會出發(fā)告警機(jī)制，從而有力保障橋梁工程施工活動的安全化、穩(wěn)定化運(yùn)行。

合理的場地布置方案能夠?yàn)槭┕挝粶p少成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場布置往往是技術(shù)人員根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)用CAD進(jìn)行大致的布置，沒有具體的三維模型，很難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場布置中存在的問題，更不能對施工現(xiàn)場布置方案進(jìn)行優(yōu)化。將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工現(xiàn)場布置，對項(xiàng)目部、鋼筋場、施工現(xiàn)場進(jìn)行三維布置規(guī)劃并形成最終的布置方案，最大化利用了臨時租用地，達(dá)到了材料轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)最小化，減少損耗，降低項(xiàng)目成本。

2.3 BIM 技術(shù)在運(yùn)營階段的應(yīng)用

目前BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用更多的集中于橋梁工程的規(guī)劃設(shè)計及施工的前期階段，對于后期的橋梁工程運(yùn)營階段的應(yīng)用尚不成熟。現(xiàn)在后期運(yùn)營很大程度上是人工操作進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和常規(guī)檢查，管理效率低下，在我國橋梁檢測行業(yè)發(fā)展如此迅速的時代背景下，人工的檢測難以有效的應(yīng)付如此海量的橋梁工程信息數(shù)據(jù)收集、管理以及對病害的檢測和評估。

BIM技術(shù)在橋梁運(yùn)營方面的應(yīng)用相比于人為管理展現(xiàn)了諸多的優(yōu)勢。我國主要依靠CBMS（China Bridge Management System即“中國公路橋梁管理系統(tǒng)”）對橋梁進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)。但是由于我國橋梁眾多、情況復(fù)雜，而且橋梁的評估體系并不完善，加之信息不能夠第一時間準(zhǔn)確的搜集，使得橋梁運(yùn)營管理系統(tǒng)還存在一些不足。BIM技術(shù)的信息即時更新能夠有效地彌補(bǔ)目前CBMS存在的缺陷。若是能夠?qū)IM技術(shù)與橋梁的運(yùn)營緊密結(jié)合，就能夠使CBMS系統(tǒng)得到更有效地應(yīng)用。

除此之外，在橋梁的日常安全管理方面，采用BIM技術(shù)的橋梁安全管理系統(tǒng)能夠有效地將橋梁構(gòu)件的所有數(shù)據(jù)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)對橋梁的實(shí)時監(jiān)測。利用BIM的可視化特性以及情景動畫模擬可以提出應(yīng)急預(yù)案，并對工程人員進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)急培訓(xùn)，在橋梁的安全應(yīng)急管理方面就能夠發(fā)揮非常重要的作用。當(dāng)面對不可抗力、交通事故等突發(fā)性事件時，給出安全完整的應(yīng)急措施。未來BIM技術(shù)在橋梁運(yùn)營維護(hù)方面的應(yīng)用無疑會更加廣泛。

3 研究成果的應(yīng)用情況及對社會的意義

3.1 應(yīng)用情況

相對于房建領(lǐng)域，如今橋梁工程領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用仍處于探索階段，BIM技術(shù)應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)部分設(shè)計圖紙問題，同時通過施工方案模擬和BIM協(xié)同平臺的應(yīng)用，解決了現(xiàn)場施工中碰到一些問題，有效的指導(dǎo)了項(xiàng)目的施工?；贐IM的專項(xiàng)施工方案，可以直觀反應(yīng)施工現(xiàn)場情況，達(dá)到可視化交底的目的，從而保障了施工的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、安全指標(biāo)。同時，BIM技術(shù)的引入，使得工程各組成部分具有責(zé)任的可追溯性，也減少了項(xiàng)目實(shí)施過程中的未知，讓管理變得輕松和精細(xì)化，給參建各方帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

在橋梁施工階段引用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目施工過程的管理，目光僅局限于設(shè)計和施工階段，對項(xiàng)目的全生命周期運(yùn)用不足，沒有考慮對模型的進(jìn)一步運(yùn)用，尤其對于項(xiàng)目后期，項(xiàng)目的運(yùn)營管理。由于BIM技術(shù)是新興技術(shù)，處于新老技術(shù)交替階段，技術(shù)人員的適應(yīng)性還不是太強(qiáng)，但在費(fèi)用管控方面，效益非常明顯，整個項(xiàng)目從建筑的構(gòu)件入手，一個個構(gòu)件組成了完整的整體，這種方式有利于業(yè)主對變更引起的費(fèi)用進(jìn)行把控。

3.2 應(yīng)用情況

本課題研究的海南鋪前跨海大橋的研究，促進(jìn)了BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)行業(yè)特別是大型橋梁施工中的發(fā)展，通過直觀的虛擬建模推演，極大地提高了設(shè)計和項(xiàng)目管理水平、施工質(zhì)量及參建各方溝通效率，有效地縮短了設(shè)計和施工周期，加快了橋梁工程建設(shè)步伐，BIM模型的全生命周期應(yīng)用價值，也有力地提升了后期運(yùn)營維護(hù)管理的能力。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)以其協(xié)調(diào)性、可視化、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性展現(xiàn)了其巨大的優(yōu)勢。本文研究分析了BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期中各個階段的應(yīng)用，得出在設(shè)計階段和施工階段應(yīng)用較多，但是在后期運(yùn)營管理階段應(yīng)用較少。較房屋建筑工程而言，我國BIM技術(shù)在橋梁工程方面的應(yīng)用仍然不夠全面深入。另外研究發(fā)現(xiàn)，橋梁BIM建模軟件種類繁多，難以確定核心建模軟件，不利于BIM技術(shù)的推廣。且BIM建模主要依靠國外的BIM軟件，想要與國內(nèi)管理軟件順利對接，不僅要考慮到我國的國產(chǎn)軟件與國外軟件之間的兼容問題，而且需要進(jìn)行大量的二次開發(fā)，給BIM技術(shù)在橋梁工程方面的應(yīng)用造成阻礙，BIM技術(shù)的不完善在一定程度上制約了BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用和發(fā)展。

總之，在橋梁工程中，BIM技術(shù)的推廣，核心BIM軟件的確定，BIM技術(shù)與橋梁運(yùn)營管理軟件的結(jié)合，以及相關(guān)規(guī)范的形成等，可以加快BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期中的應(yīng)用，為我國的橋梁工程事業(yè)快速發(fā)展插上騰飛的翅膀。