BIM技术在桥梁工程中的应用分析

【摘要】BIM（建筑信息模型）技术是具有可视化、协调性、全生命周期性的一种管理模型，能够有效进行建筑工程行业的信息集成、交互及协同工作，在建筑行业发挥着越来越重要的作用。桥梁是交通系统的节点，桥梁工程对经济、安全、质量与寿命等方面要求较高，将BIM技术应用到桥梁工程中十分必要，通过研究分析BIM技术在桥梁工程设计、施工和运营阶段的应用现状，发现BIM技术运用在桥梁工程中能够极大提高设计、施工效率，延长桥梁使用寿命，降低维护成本。

【关键词】桥梁工程;BIM技术;设计阶段;施工阶段;运营阶段

现代社会已经进入信息化和智能化时代，信息技术在许多行业都发挥着重要作用，极大提高了生产效率。相对其他行业，信息技术在建筑工程领域的应用相对落后，在桥梁工程上的应用就更加滞后，随着桥梁工程项目的不断复杂，传统技术在勘测处理数据、设计图纸、建筑物可视化、施工管理、工程造价、运营管理、监控及养护等方面造成了人力、物力以经济的极大浪费和损失，因此建立一个完善的信息系统或平台就十分迫切。BIM技术的出现可以很好解决这些工程问题，BIM技术能够提高桥梁建设过程中的施工效率和安全性，降低成本、延长桥梁使用寿命并对运营阶段的安全进行实时监测。本文通过研究BIM技术在桥梁工程设计、施工、运营阶段的应用，发现BIM技术的优势，并对BIM技术的发展进行展望。

1、BIM技术介绍

建筑信息化模型（BIM）是一个完整的信息模型，能够将工程项目全生命周期各个不同阶段的工程信息和资源集中到一个模型中，被工程各參与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所有真实信息，为工程设计和施工提供相互协调的信息模型以达到设计施工一体化，各专业协同工作，降低工程生产成本，保障工程按时按质完成[1]。BIM技术核心是利用计算机建立工程项目的三维模型，利用数字信息化技术，将完整的实际工程信息添加到模型中去，形成一个工程信息库。这个信息库包括工程主体构件的几何信息、物理信息、专业属性信息和状态信息，还包含空间、时间、运动行为等信息，这些信息形成一个完整的具有极强逻辑性和层次性的信息系统，管理着工程生命周期的全部信息。在设计阶段，施工阶段、运营管理阶段、工程出图、工程量计算、施工成本计算、工程方案模拟等工作中发挥重要作用。BIM技术工作结构如图1所示。

2、BIM技术在桥梁工程中的应用

2.1 BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用

桥梁工程设计阶段，工作量大，不仅要完成方案设计还要完成建模计算，以往建模计算，都是利用图纸对模型进行多次优化调整，效率低下。BIM技术可以将建模模型和计算模型互相关联或整合成一个数据模型，大大提高工作效率，主要体现在快速建模、模型计算、图纸输出和工程量统计等工作上。

2.1.1 快速参数化建模

在桥梁工程中考虑到BIM系统实现的复杂性、操作的易用性、处理速度的可行性、软硬件技术的支持性，参数化建模是BIM得以真正成为生产力不可或缺的基础。BIM技术应用于设计第一步就是要进行参数化建模，将桥梁上部结构和下部结构分类，统计分析总结同一类别构件的参数化表达方式，将构件的标准图以及相关参数输入到Revit系列软件里，进行参数化建模，然后利用前期测量的地形地貌和路线走向，确定桥梁工程规模和中心桩号，将中心桩号、桥梁跨径、桩斜交角度、桥梁上下部结构形式等一系列信息输入设计平台，最后调取Revit系列软件构件库中桥梁全部结构的三维构建信息，经过计算分析，快速建立三维桥梁模型[2]。

2.1.2桥梁模型计算

建立三维桥梁模型后就要进行模型计算，计算主要分为整体和局部模型计算。整体模型计算就是对桥梁整体结构的力学性能、抗震性能等进行充分的整体分析，以保障桥梁结构的强度和刚度的安全性。传统桥梁结构分析时耗费大量人力、物力和财力，且由于人主观意识的存在经常导致分析结果出现偏差，利用 BIM 技术中的分析模块进行计算可以对桥梁结构部件设计不足之处进行修正，不但提高了设计效率，且保障桥梁结构的强度和刚度。局部模型计算就是对桥梁结构中复杂构造节点，利用 BIM进行建模导为 .sat 格式文件，运用有限元分析软件进行受力分析，进一步判断该节点设计的合理性，以判断是否需要进行设计优化和调整[3]。

2.1.3二维图纸输出

目前我国建筑工程设计行业主要任务为生成工程的二维图纸交付业主及施工单位。但是出图任务繁重，传统技术耗时耗力，利用三维 BIM 模型，可以直接生成二维图纸，模型与图纸的关联性可以保证出图的准确性和质量。由于现代桥梁设计的复杂性和注重对桥梁整体美感的追求，二维设计技术已不能满足表达三维形态的立体多层次的效果要求，为了能够精确表达复杂结构桥梁的几何特征，三维设计是发展的必然要求，而利用BIM技术可以轻易实现三维设计。

2.1.4工程量统计

传统桥梁工程量统计根据CAD 图纸进行计，计算量大且易出错，运用BIM技术可以迅速读取储存在BIM模型数据库中的桥梁工程全部信息，进而对各个构件进行工程量计算，运用BIM技术可以根据构件设计变化随时调整工程量计算值，实时进行工程成本估算、工程预算和工程决算。

2.2 BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用

BIM技术在工程施工阶段就是将设计阶段的信息与施工阶段的信息进行结合，通过桥梁信息模型与时间因素结合，进行施工场地规划、施工过程模拟与施工进度管理。

2.2.1施工场地的规划

相比传统技术运用BIM技术进行工程场地规划具有形象、真实、快捷和方便修改的优点，通过Revit系列软件分析导入三维等高线数据，通过放置高程点，设置地形材质，自动生成地形图。然后进行草图和表格编辑绘制建筑红线位置，确定项目范围。然后对项目的施工区域、道路、停车场、绿化等进行总体设计，最后完成场地配景。

2.2.2施工仿真模拟

运用BIM技术进行施工仿真主要将BIM模型、施工方案和施工进度集成建立一个基于空间信息与时间信息的模型，直观、精确地反映整个工程的施工过程。工程人员可以在虚拟环境中对项目的重点、难点进行模拟，如对场地、工序、安装模拟等，进而优化施工方案。通过BIM技术进行施工仿真模拟可以发现不同专业联合施工中可能产生的技术和安全问题，及时进行调整优化，避免真正施工时再次进行现场协调，从而提高施工效率，保证施工安全性[4]。

2.2.3施工进度管理

施工进度管理是在项目实施过程中，为保证项目在满足时间约束条件下实现总体目标，对各阶段进展程度和项目最终完成期限进行的管理。BIM进度管理模型以建筑信息（施工图、水文地质资料及其他建筑信息）、方案设计（施工技术方案、施工组织设计、安全专项设计）和施工技术等信息数据库为基础以4D数字模型为主体，创建可视化环境，对项目整体进度和阶段进度进行场景模拟和动态优化分析， 实时调整施工顺序， 完成施工建设资源合理配置， 保证項目整体进度，并对工程项目的各个阶段进行实时跟踪。除此之外还可以进行潜在风险评估，及时发现潜在危险， 提高施工安全性。

2.3 BIM技术在桥梁工程运营阶段的应用

BIM技术的应用使桥梁工程的运营模式发生了极大改变。桥梁工程的运营管理主要通过搜集整个桥梁运营阶段的信息，进行运营方案的优化、桥梁能耗的监测以及运营数据的分析。

2.3.1运营方案的优化

BIM技术运营管理系统，结合设计阶段的桥梁信息化模型和以及施工阶段信息数据制定运营方案。再通过协同工作平台与设计、施工等单位进行交流，在运营前完成对拟定运营方案的改进和完善，以提高运营期间管理效率，减少因运营方案制定缺陷导致的事故，保证桥梁安全运营，节省运营成本[5]。

2.3.2桥梁的能耗监测

桥梁运行期间，能耗监测是保证桥梁使用寿命的重要手段。运用 BIM 技术进行桥梁能耗监测能够实时记录桥梁所有设备的耗能数据和信息，然后将统计数据上传到能耗评估平台，根据显示的数据信息和实际工程需要，评定能耗合理性，制定符合该桥梁工程项目的优化节能方案，保证桥梁能耗控制在最低水平。

2.3.3运营数据的管理分析

桥梁运营过程会产生大量数据，实时记录、整理、分析这些数据是运营阶段工作开展的基础。运用BIM 技术可以将所有数据资料进行统一整理分析，随时对数据和信息进行修改和更新，保证信息完整性和可靠性。BIM技术还能够和 “云”计算技术结合，建立数据共享平台，实时上传桥梁运营管理数据，管理人员根据最新的桥梁运用数据进行决策，保证桥梁管理高效性。

3、结论与展望

BIM技术在桥梁工程设计、施工和运营阶段的应用极大提高了工作的信息化和网络化，确保了工作的效率和质量，使得工程管理更加科学安全具有全局性，保证了桥梁工程的使用寿命和结构可靠性。

BIM技术在桥梁工程的全面普及应用需要政策支持，政府应鼓励BIM技术发展的财政支持。需要人才支持，各个工程院校和企业应注重BIM系统知识的学习，注重BIM人才的培养。未来BIM技术发展要和大数据相结合，建立完整的桥梁工程行业的数据库，对整个桥梁工程领域实现统筹管理。

参考文献：

[1]宋斌.BIM技术在高大模板工程中的应用研究[D].东南大学，2016.

[2]李兴.基于BIM平台的桥梁工程设计与应用[D].北京建筑大学，2017.

[3]刘智敏，王英，孙静，等.BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用研究[J].北京交通大学学报，2015，39（06）：80-84.

[4]洪磊.BIM技术在桥梁工程中的应用研究[D].西南交通大学，2012.

[5]李亚君.BIM技术在桥梁工程运营阶段的应用研究[D].重庆交通大学，2015.

作者简介：

杨振艺，重庆第二外国语学校，重庆。

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