BIM技術在橋梁工程設計與施工中的應用

陳長俊 孫曉博

（1.福建農(nóng)林大學金山學院，福建 福州 350002；2.福建省高速技術咨詢有限公司，福建省高速公路工程重點實驗室，福建 福州 350108）

0 引言

BIM 技術是一種能夠將建筑工程多維化的工具，利用實際三維模型，各參與者在軟件平臺上可以共享信息，有助于提高工程參與者之間的溝通效率，提高整個工程的工作進度[1]。特別是在細部構造有變動的情況下，信息的共享能夠使其他人員更實時高效地了解到變動。依據(jù)建筑行業(yè)的要求及相關的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，至2021 年底，BIM 技術在建筑業(yè)的使用覆蓋率已經(jīng)非常高了。BIM 技術的應用，將建筑工程的信息實現(xiàn)快速共享，建筑工程的設計、業(yè)主、施工、監(jiān)理各參與方能夠實現(xiàn)相關信息的直接高效交流，減少信息流通過程中的消耗，提高工程項目協(xié)同工作效率。能夠實現(xiàn)信息快速的共享，主要是因為在BIM 技術軟件中所建立的三維模型，能夠對信息進行統(tǒng)一的保存和傳遞，提高了各參與方的交流效率。本文僅從橋梁工程的設計與施工談談BIM技術的應用。

1 BIM技術在橋梁工程建設各個階段中的作用

在橋梁工程項目建設的各個階段，利用BIM 技術可以實現(xiàn)工程中各參與方對模型數(shù)據(jù)信息的有效共享[2]，提高各方之間協(xié)同工作的效率，比如某些施工方案需要各參與方共同進行交流，這時候通過BIM 平臺就十分方便，工作效率也高[3]。

（1）設計階段。使用BIM 技術建立三維模型生成效果圖，更直觀地表達設計方案；橋梁構件參數(shù)化，更高效地建立三維模型，以及進行細部構件的修改。設計方案評審過程中，業(yè)主單位可以根據(jù)效果圖及構件庫數(shù)據(jù)信息，能直觀、高效地進行橋梁結構設計方案的評審工作。

（2）施工階段。BIM 三維模型的信息共享化，提高了各參與方信息資源的交流效率，施工單位可以實時根據(jù)施工方案進行施工進度控制，確保在規(guī)定工期內(nèi)完成工程項目，業(yè)主單位也可以通過BIM 平臺實時了解工程施工進度，更有效地進行監(jiān)督和管理工作。同時在施工階段可以利用BIM 技術進行工程造價的控制，三維立體模型能夠準確、有效地計算出工程量，按定額標準計算出預算成本，根據(jù)實際價格能夠實時得到實際成本，這樣就能進行有效的成本控制，大大降低了工程造價工作的難度，也提高了工程造價的準確性。

（3）運營管理階段。通過BIM 技術平臺，設計單位和施工單位將三維模型轉交給橋梁建設單位，建設單位通過對模型中的共享信息，能更加直觀了解橋梁設計過程、施工過程、成本控制過程以及實際竣工情況，為建設單位安排后續(xù)的管理養(yǎng)護工作提供依據(jù)，提高運營階段的管理和養(yǎng)護效率。

2 BIM技術在橋梁工程中的應用

某橋梁工程上部結構采用18m×30m 預應力鋼筋混凝土箱梁，下部結構采用柱式墩、肋式臺，鉆孔灌注樁基礎。為確保橋梁設計及施工過程的準確性，利用BIM 技術進行三維建模，保證橋梁設計質量和橋梁施工質量，提高設計效率和施工效率。

2.1 模型建立及使用

建立橋梁三維模型過程中，先將橋梁結構進行分類，然后將上部結構的梁體構件、下部結構的墩柱、蓋梁等構件進行相關參數(shù)分析，并實現(xiàn)參數(shù)化表達，進一步分析各構件中的相關參數(shù)和設計圖紙內(nèi)容，并梳理內(nèi)在聯(lián)系，編寫相應的流程圖。審核流程圖、構件圖紙等信息，利用軟件進行二次開發(fā)，并創(chuàng)建構件族庫（如圖1 所示）。所創(chuàng)建的構件庫不僅能為該工程使用，也能給今后有類似構件的工程提供參考。

圖1 構建族庫

在BIM 軟件revit 中先確定路線的大致走向，定位橋梁的中心樁號，然后調取二次開發(fā)生成的構件，在相應的樁號位置放置橋梁上部結構和下部結構，整理獲得橋梁三維模型，如圖2所示。

圖2 橋梁三維模型

2.2 碰撞檢查

以往的二維設計圖紙，由于其只能在二維平面內(nèi)展示，各個專業(yè)的構件不能在空間上進行分析，很容易出現(xiàn)位置重疊的現(xiàn)象，即碰撞問題（該工程中出現(xiàn)的碰撞問題如圖3 所示）。為避免給后面施工帶來不必要的麻煩，經(jīng)常要進行設計變更，不僅增加了設計成本和施工成本，同時也造成了大量的資源浪費。

圖3 碰撞檢查

使用BIM 技術軟件建立橋梁的三維模型，可以在三維模型里發(fā)現(xiàn)到二維圖紙中可能出現(xiàn)的碰撞問題，并在設計階段就將這類碰撞問題解決好，減少了施工階段的設計變更工作，提高橋梁施工效率。比如預應力鋼筋混凝土施工過程中，比較容易出現(xiàn)的橫向鋼筋和縱向鋼筋的碰撞問題、錨具與鋼筋等碰撞問題，在建立三維模型中進行碰撞檢查后，及時對出現(xiàn)的碰撞情況進行修改。

2.3 工程量計算及成本管理

以往在進行工程量計算中，采用人工計算及造價軟件計算，容易出現(xiàn)錯誤。在利用BIM 技術進行計算，設計人員在模型建立完成后，就可以直接得到相應的工程量值。創(chuàng)建三維模型過程中，BIM 軟件可以根據(jù)模型構件數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，隨時得到工程量值，為后期的施工管理和成本管理提供參考。在橋梁設計過程中，利用BIM 軟件調整部分構件模型時，軟件也對鋼筋量、混凝土量等進行了相應的調整，按照定額標準得到預算成本，同時也根據(jù)市場的實際價格進行分析，從而得到實際成本（如圖4、圖5所示）。

圖4 鋼筋成本

圖5 混凝土成本

2.4 生成圖紙及細節(jié)分析

在模型完成后，可以使用軟件中的圖紙管理器按照設計需要進行圖紙的分類，然后根據(jù)設計人員對實際情況的要求進行出圖，利用軟件中能實現(xiàn)自動出圖的工具，有效地提高出圖效率，同時也在一定程度上保證了圖紙的精確度。

利用模型構件數(shù)據(jù)庫的信息，將各細部結構的尺寸進行參數(shù)設置，在軟件中對模型進行節(jié)點拼裝工作，提高細部結構的設計質量，同時也能有效地指導施工，減少施工過程中出現(xiàn)不必要的問題。細部結構在制作加工以及現(xiàn)場安裝過程中，由于構件在空間上錯綜復雜，從而提高了對施工過程的要求，而使用BIM 技術軟件能夠提高施工節(jié)點位置的精確度，有效提高施工效率。

2.5 三維可視化施工

利用REVIT 軟件進行施工步驟模擬。由于橋梁結構復雜，其施工流程可能出現(xiàn)各種問題，通過BIM 技術模擬施工工序，確定最優(yōu)施工方案，達到節(jié)約時間成本和資源配置最優(yōu)化的效果，并為可能出現(xiàn)的問題提前制定預案。三維可視化施工步驟模擬，可以形象生動地呈現(xiàn)施工過程，為施工人員及技術管理者提供參考，更高效地完成相關工作。如圖6為橋梁施工步驟。

圖6 橋梁施工步驟

利用REVIT軟件進行場地布置。通過REVIT軟件進行三維動態(tài)施工平面布置，實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)管的可視化和場地布置的動態(tài)化，可以有效地安排施工現(xiàn)場的設備、材料、工作人員宿舍等。通過時間的控制加上三維可視化施工模擬，能夠將實際的施工進度與施工計劃進度進行比較，進而優(yōu)化施工計劃進度，并指導施工方進行具體的施工作業(yè)工作，避免施工隱患及安全問題，從而減少返工及整改時間。

3 BIM技術在橋梁工程中的應用成效

該工程由于其結構的復雜性，存在一定的設計難度，利用BIM 技術進行三維建模來保證設計質量和施工要求，取得了以下成效：

（1）通過軟件可以直接統(tǒng)計出橋梁工程的工程量，根據(jù)定額標準計算出預算成本，并根據(jù)實際施工過程的價格算出實際成本，為整個項目管理提供依據(jù)。

（2）利用軟件進行碰撞分析，檢查出產(chǎn)生沖突的碰撞點，為結構設計的修改提供依據(jù)，并減少后期施工所帶來不必要的返工問題。

（3）利用軟件出圖工具，按需要對橋梁工程進行自動出圖，提高出圖效率，保證圖紙的精確度。

（4）通過利用BIM 技術能夠準確得到橋梁構件節(jié)點的具體位置，如橋臺結構、蓋梁、橋墩結構的具體位置及高程，為施工定位提供依據(jù)，利用三維可視化模擬施工步驟保證施工質量。

4 結束語

綜上所述，應用BIM 技術進行橋梁工程設計，提高了設計的準確性，保證設計質量。BIM 技術也能夠指導施工，為施工過程管理提供相應的依據(jù)，保證施工質量。本文依托實際工程案例，分析了BIM 技術在橋梁工程中的應用，為類似的工程案例進行BIM 技術分析提供參考。