BIM技术在桥梁工程中的应用分析

    卢晓

    

    【摘? 要】随着我国经济的高速发展，桥梁的建设数量逐年剧增。由于桥梁建设的特殊性和复杂性，在整个建设生命周期的施工和管理中存在形形色色的问题，仅采用传统的管理方法和技术不能将其彻底解决。近年来，建筑信息模型（BIM）逐渐在各领域得到广泛的应用。论文提出将6D-BIM应用于桥梁建设项目的全生命周期中，这可以对项目全生命周期的施工、资产管理和维护、状态监视和实时结构模拟进行全方位的管理，以期为今后工程技术的发展提供参考。

    【Abstract】With the rapid development of China's economy， the number of bridges under construction has increased significantly year by year. Due to the particularity and complexity of bridge construction， there are all kinds of problems existing in the construction and management of the whole construction life cycle， which can not be completely solved only by applying traditional management methods and technologies. In recent years， building information model （BIM） has been widely applied in various fields. This paper proposes to apply 6D-BIM to the whole life cycle of bridge construction project， which can comprehensively manage the construction， asset management and maintenance， status monitoring and real-time structure simulation for the project's whole life cycle， so as to provide a reference for the development of engineering technology in the future.

    【關键词】BIM技术;桥梁工程;6D-BIM;项目管理

    【Keywords】BIM technology; bridge engineering; 6D-BIM; project management

    【中图分类号】U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）10-0194-03

    1 引言

    随着我国基础设施建设的需求提升和发展，道路交通技术正朝着工业化、信息化的方向快速发展。BIM技术作为一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过使用其可视化的模型来整合建筑项目的相关信息，在建筑项目设计、施工和运维的全生命周期过程中进行共享、传递和应用[1]，将BIM技术应用于建筑工程设计、施工和管理[2]，能够显著提高工程建造效率，大量减少风险，从而可以提高建筑行业的总体管理水平[3]。因此，BIM技术在桥梁工程中的广泛应用势在必行[4]。目前，BIM技术在我国桥梁工程中的应用尚处于起步阶段，缺乏系统的研发技术[5]。进行6D设计、施工管理、运维管理和实时监测，从而综合应用BIM技术来提高设计效率、改善设计质量、加强施工组织管理及后期运营维护，具有非常重要的理论意义和应用价值。

    2 BIM技术在桥梁工程中应用的国内外研究现状

    2.1 国外研究现状

    国外对于BIM技术的认可度非常高，并且根据自己的国情都有具体的应用和改良，甚至许多国家将工程中必须使用BIM模型进行了立法[6]。

    BIM技术在桥梁工程中的应用如下：HH Song、CS Shim等人都对BIM技术在实际中的应用提出了自己的观点，并且给出了4D模型[7]。卡塔尔多哈大桥采用BIM技术建立了桥梁数字化的仿真模型，实现了多哈大桥穿筯、安装及预应力张拉等施工精细化的管理。Bentley软件公司协助美国交通运输部门开发完成了24个完整的BIM模型，应用BIM技术深化了桥梁施工的管理，快速地从各种来源收集背景数据为项目的全生命周期提供准确、智能的三维桥梁信息模型，提高运营效率，并最大限度降低业务风险，确保符合国家法规。通过将BIM技术应用到桥梁项目的施工管理中，将其项目的管理效率平均提升了25%[8]。此外，DEGES在经过全面的实施阶段和初步试点项目之后，开始将BIM技术应用于项目工程中，包括更换柏林的Westendbrücke桥（A 100）和更换北莱茵-威斯特法伦州的Schwelmetalbrücke桥（A 1）[9]。

    2.2 国内研究现状

    BIM技术在我国的研究应用相对较晚，但是由于国家的大力支持，“十二·五”相关规划中，将BIM技术列为重点的发展技术项目，BIM技术的发展在我国建筑工程中的应用突飞猛进，在桥梁工程中的应用也越来越广泛。

    经过国内BIM研究人员多年的研究和实际应用，许多房建项目应用BIM技术，例如，武汉中心项目、上海中心大厦、中国尊等都用到了Revit软件建造了相应的BIM模型。将BIM技术应用到桥梁工程中，选择Revit核心建模软件，可以借鉴成功案例和经验。目前，我国已经建成的港珠澳大桥是万众瞩目的世界级工程，涵盖专业多、管线复杂、施工困难等诸多问题，该项目借助BIM技术，有效解决了施工过程中管线、结构碰撞等问题，确保了工程质量和进度[10]。2015年，刘占省通过大量的实践证明，通过将BIM技术应用在桥梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，节约了时间与成本。张晓、蔡瑞瑞针对BIM技术在桥梁工程全生命周期中的应用指出：BIM技术在桥梁工程的应用主要是设计、施工和运维阶段，通过对BIM技术的应用，使桥梁工程的全生命周期管理更为系统化，施工进度与质量均可得到有效保证，并且在运维阶段可以准确进行工程量的测算以及相应人员的配备，从真正意义上推动了桥梁工程顺利进行[11]。

    3 BIM技术在桥梁工程中的应用分析

    3.1 BIM技术在桥梁工程中应用的SWOT分析

    BIM技术在桥梁工程中应用的SWOT分析如图1所示。

    3.2 6D-BIM在桥梁中的应用分析

    桥梁道路曲折，环境复杂，工程量大，施工难度高，由于曲线道路等各种复杂形式的结构层出不穷，为施工方带来了巨大的麻烦，而设计方一般都以二维图纸进行交付，所以施工部门往往要结合平、立、剖的图纸，才能对结构构件的位置进行确定，费时费力，十分不便。因而在施工之前先利用Revit软件，根据二维图纸，对该项目进行建模十分重要。通过建立该桥梁的BIM模型，各构件尺寸、位置关系、表现材质均能在模型中直接反映出来，方便施工和相关者进行实时监控。其建模方法如图2所示。

    5D-BIM（第五维建筑信息模型）用于预算跟踪和成本分析。与3D和4D（时间）相关联的BIM的第五维允许参与者可视化其活动的进度和相关的成本。5D-BIM技术的使用可以提高项目估算、工程变更和材料设备或人工变化的准确性和可预测性，提供了用于提取和分析成本、评估方案和变更影响的方法。刘宇闻等人针对BIM技术在立交改造工程全生命周期的应用研究中结合武汉某立交项目，创新地将BIM技应用于设计、施工、运维阶段等各个环节，从而编制了该项目相应的BIM标准，创建了高精度、全专业、全方位的BIM模型，并且开创性地基于BIM三维模型进行桥梁复杂结构的有限元计算，应用了5D-BIM施工管理、移动协同管理平台，同时，后期结合预埋传感器和监控设备，可实时监测桥梁和管道等设施的实际运营状况并进行维护，综合应用BIM技术来提高设计效率、改善设计质量、加强施工组织管理及后期运营维护[12]。该项目中BIM技术的应用表明，BIM技术可以大大提高设计效率和工程质量，提升施工管理水平，查看进度和节约成本。

    6D-BIM（第六维建筑信息模型）是在5D-BIM的基础上增加了能量，具有可持续性，可以进行能耗的分析。在设计过程的早期利用6D-BIM技术可以产生更加完整和准确的能量估算，它也可以进行测量和验证建筑物的占用期间，还可以改进在高性能设施中收集经验教训的过程。6D-BIM技术中模型和管理不仅包括图形，还包括信息，允许自动生成图纸和报告，包括设计分析、进度模拟、可持续性等信息，最终使项目决策者能够作出更优的决策。BIM支持分布式团队，以便该项目各参与方可以在整个建筑生命周期中有效地共享此信息，从而消除数据冗余、数据重新输入、数据丢失、错误传达和工作错误等问题[13]。因此，这将有利于项目各参与方有效监控该项目的全生命周期。

    此外，Sakdirat等人采用6D建模，将3D模型信息与时间表、成本估算以及整个桥梁项目生命周期内的碳足迹分析相结合，结果表明：由于6D-BIM是在生命周期的早期阶段开发的，利益相关者可以在BIM环境中进行协作，以提高可持续性和成本效益。这项研究还证明了BIM应用程序在整个生命周期中桥梁基础设施项目的可能性。6D-BIM可同时用于多种目的，例如，可持续性、生命周期资产管理和维护、状态监视和实时结构模拟，可以促进有效的资产和项目管理，也可以促进工作组之间的合作，并为各个利益相关者改善项目的可视化情况。

    4 结语与展望

    习近平主席在第二十三届国际经济论坛全会的致辞中提到：可持续发展是破解当前全球性问题的“金钥匙”，可持续发展是各方的最大利益契合点和最佳合作切入点，而6D-BIM技术的可持续性和节能性正是迎合了这一理念，因此，值得广泛探讨。

    BIM技术在桥梁工程中的设计、施工、碰撞、造价管理、质量管理和构件运输等方面发挥了巨大的作用。通过将6D-BIM技术运用到桥梁工程全生命周期中，不仅可以节省施工成本，而且可以提升施工质量和效率，满足了桥梁工程建设信息化管理、精细化施工的需要，同时，亦能满足节约能耗、减少资源浪费的可持续发展理念，为桥梁工程的发展开辟了新思路，也对整个工程技术的发展起到很大的促进作用。

    【参考文献】

    【1】黄柳云，宋少军，王建军，等.BIM技术在南宁某立交改造工程施工中应用研究[J].公路，2019，64（02）：130-132.

    【2】S.-H.Lee，B.-G.Kim.IFC Extension for Road Structures and Digital Modeling[J].Procedia Engineering，2011，14（2259）：1037-1042.

    【3】Salman Azhar，Wade A.Carlton，Darren Olsen，et al.Building information modeling for sustainable design and LEED ？ rating analysis[J].Automation in Construction，2010，20（2）：217-224.

    【4】劉占省，李斌，王杨，等.BIM技术在多哈大桥施工管理中的应用[J].施工技术，2015（12）：76-80.

    【5】李红学，郭红领，高岩，等.基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].工程管理学报，2012，26（06）：48-52.

    【6】武静.BIM技术在徐州某桥梁项目的施工应用及探索[D].徐州：中国矿业大学，2019.

    【7】宋福春，陈冲，张兴，等.BIM技术在大跨度斜拉桥设计中的应用[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2016，32（01）：115-123.

    【8】刘延宏.基于BIM+GIS技术的铁路桥梁工程管理应用研究[J].交通世界（运输.车辆），2015（09）：30-33.

    【9】Margarita Pelych Dipl，Burkhard Pott Dipl，Jens Tandler Werner Breinig Dipl.BIM im konstruktiven Ingenieurbau – ein Erfahrungsbericht der DEGES[J].Bautechnik，2020，97（2）：107-117.

    【10】马少雄，李昌宁，徐宏，等.基于BIM技术的大跨度桥梁施工管理平台研发及应用[J].图学学报，2017，38（03）：439-446.

    【11】张晓，蔡瑞瑞.BIM技术在桥梁工程全生命周期中的应用[J].市政技术，2019，37（04）：93-94.

    【12】刘宇闻，叶春，陶聪.BIM技术在立交改造工程全生命周期的应用研究[J].施工技术，2017，46（S1）：1060-1063.

    【13】BIM视点.BIM3D/4D/5D/6D和7D[EB/OL].http：//www.kkbim.com/article-662-1.html，2019-01-14.