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摘要：近年来，BIM技术的发展日新月异，基于三维设计的建筑信息模型是一种新的技术，具有较强的可视化、仿真性和综合信息管理能力，能够减少工程项目中的设计、施工误差，提高工程质量、节约资金。本文重点分析了 BIM 技术在桥梁工程设计阶段、施工阶段和运营管理阶段的应用。最后，结合实际案例介绍了BIM技术在桥梁工程中的应用效果。
关键词：桥梁工程；设计阶段；BIM技术；应用
1 BIM 技术在桥梁工程设计阶段的应用
桥梁工程中涉及的构件较多，特别是一些复杂构件，在设计中必然存在着构件冲突，比如纵向预应力与横向预应力冲突、预应力与普通钢筋冲突等。在传统桥梁设计中，这些问题主要依赖于设计师和校、审核人员的经验。然而，BIM技术的设计从根本上改变了传统的设计习惯。可视化的设计和碰撞检查的相关功能可以有效降低该类错误。同时，基于BIM技术设计的桥梁，其二维图纸与三维模型相互关联，模型修改会及时更新相关图纸，避免因多次修改而出现的相关图纸漏改问题。大大提高了设计效率，使设计人员免于繁重的修改工作，为项目设计的优化提供更多的时间，强化了设计质量。BIM技术设计意义比当年的“甩图板”更重要，即手工绘图转换为CAD计算机辅助设计，BIM技术更加注重项目的可视化和信息管理能力。
随着城市景观桥梁要求越来越高，BIM技术的可视化能力得到充分应用，可以很直观的为建设者提供决策依据。传统的二维设计仅能提供平面图纸，若要展示桥梁的最终效果，一般要制作相应的效果图，但效果图一般不能准确模拟构件的尺寸、坡度等参数，很容易造成最终建成桥梁与效果图不符。而BIM技术是对构件的真实模拟，而且能够多角度的查看模型。同时，对于一些曲线或曲面较为复杂的景观桥，BIM技术的可视化功能可以加强各参建方对项目的理解。因此，对于景观要求较高或构件复杂的桥梁，BIM技术能为建设者和施工人员提供更直观的效果。
2 BIM 技术在桥梁工程施工阶段的应用
在技术交底期间，施工单位可以通过模型的可视化和附加信息充分理解设计思想，避免图纸理解偏差带来的问题。同时，发现设计不合理、施工难度大等问题，可及时与设计人员沟通，减少后期设计变更中的废弃工程量。
2.1 BIM 技术在施工前的仿真分析
施工人员可根据桥梁的三维模型和拟定的施工方法，对桥梁的施工进度进行模拟与优化。一方面，可根据天数、周数和月数对工程建设进度进行模拟，并结合实际情况，实时调整，分析不同施工方案的优缺点，提出最佳施工方案。另一方面，对于施工难度较大的分项工程可进行详细模拟，如工程机械工作空间配置规划、物料供应计划、部件安装过程、物料运输堆栈布局和其他施工程序优化。为确保施工进度，保证工程质量，通过BIM技术的施工仿真对施工方案进行反复模拟和修订，直至制定效率高、投资省的施工方案。通过BIM技术的可视化仿真，不仅能优化施工方案、提高投资效率，而且能对一线操作人员进行可视化施工交底，防止因施工人员对项目理解不到位而产生的施工质量问题。
2.2 BIM 技术的4D、5D 特性
4D、5D技术的在施工组织中的应用，既能直观地显示施工进度信息，又能将工程量信息与工程造价相结合。在施工准备，人力资源安排，资金和进度控制，节省工程成本和增加项目总收入方面进行控制和动态细化管理。
2.3 BIM 模型碰撞检查
BIM软件可以检查BIM模型中定义的各种构件之间的碰撞问题，同时给出检查报告。对于一些综合性项目，各种管线较多，碰撞检查主要应用于各管线的碰撞检查，对于出现碰撞的情况，提示设计或施工人员及时调整构件位置。对于桥梁工程BIM模型的碰撞检查主要应用于各类钢筋的碰撞检查和桥梁桩基与地下构筑物的碰撞检查。BIM模型的碰撞检查功能，能充分体现项目的协同工作特性，有效避免各专业之间的设计不同步或因盲目施工造成的经济损失。
2.4 BIM 技术在施工过程中的应用
BIM技术在施工过程中的应用主要有以下几点，一是施工各阶段工程量及项目数据的提取，BIM模型能够快速的提取各构件的工程量、高程、坐标等数据，包括钢筋量、混凝土量、控制点坐标、高程等，便于施工人员合理进料、下料、符合图纸等。二是对前期的施工方案进行复核、修正，根据实际施工情况，优化施工方案。三是参建单位能够很直观的了解目前项目的进度，便于阶段结算。四是各参建方均在统一的平台下工作，施工中产生的任何问题可通过手机等设备及时沟通，保证施工质量。
3 BIM 技术在桥梁运营管理階段的应用
BIM模型在经历设计和施工阶段后，模型中附加了更加充分的信息，对后期项目的维护具有重要意义。作为工程信息的载体，数字模型比以前的纸质材料更直观，更易于查询和管理。管养单位可根据模型检索项目各构件的信息或产品的生产单位、价格、型号等信息。同时，BIM技术提供的模型集成了设计、施工中的完整信息，避免了各种资料在移交过程的丢失。
BIM技术能够促使数字化城市更快发展，目前许多城市都在发展三维数字化城市，BIM技术若能纳入到三维数字化城市的范畴，那么工程建设项目的壁垒将从上到下彻底打通，为新建项目和改扩建项目的决策提供有效依据，提高项目论证和决策的效率。
4 桥梁工程设计阶段BIM技术的应用案例
4.1 项目背景
本文选取某城市景观桥梁的BIM技术应用情况进行介绍，该桥跨径组合采用五跨变高度预应力混凝土连续梁+预应力砼空心板桥，跨径布置为20.08+（40+3x44+40）+20.08=252.16m。桥墩布置与水流方向一致，道路中心线与河道中心线交角70°。建设单位对该桥梁的景观要求较高，同时该桥墩的观景平台构造较为复杂，因此决定对该桥梁的设计、施工采用BIM技术应用。
4.2 设计阶段 设计前期通过Bentley公司的相关软件进行桥梁建模，向建设单位进行了多次方案汇报，汇报内容包括桥梁主梁的选型、栏杆形式、照明、交通等方案的选择，桥梁与周边环境的协调关系等。桥梁方案经过充分论证后进入正式设计阶段，设计中完全按照道路的设计标高、横坡、桥位控制坐标等建立模型，各专业设计人员通过协同设计，在同一个模型上完成各自的设计，最终合成整体模型。并对主梁的纵向预应力、横向预应力和普通钢筋进行了碰撞检查。
4.3 施工階段应用
为了便于施工中的应用，将设计模型通过插件导入施工单位使用的鲁班BIM平台，对施工单位使用的平台中的模型进行分解、加工，形成满足施工方案的BIM模型。本项目施工应用主要包括，使用Navisworks软件对桥梁施工进行进度和造价模拟；使用鲁班BIM平台对施工场地、运输道路、钢筋下料长度等进行模拟、计算；施工单位对下属一线工作人员进行可视化交底；参建单位通过BIM平台对施工进度、施工质量、施工现场等进行监管；参建单位通过手机等移动设备对施工中存在的问题进行及时沟通及变更处理等。通过BIM技术的应用，使参建方能够清晰的了解项目的各种情况，降低了沟通难度，提高了施工进度。
目前，各行业BIM技术应用程度差异性较大，主要原因一是有的行业起步较晚，BIM技术人才储备不足；二是BIM软件对该行业产生了瓶颈；三是BIM设计标准、规范不完善。在桥梁专业中，专有BIM软件较少，而且数据格式不统一，相互转换容易造成信息丢失，但国内几家大的BIM软件平台正在积极整合数据格式，而且国家也在逐步完善相关标准。本文在现有软件格式不统一的情况下，提出了一种在桥梁工程中应用BIM技术的流程，间接的实现了桥梁专业从设计到施工的应用，随着软件的发展和规范的成熟可能出现更完善的应用流程。
5 结语
BIM技术作为工程建设领域的高新技术，得到越来越多的推广和应用。上海中心、深圳机场等大型建设项目在高新技术应用中取得了良好的效果。各行业、各省建设行业也都制定了相关办法和规范、标准。本文通过对桥梁设计、施工应用BIM技术流程的探讨，基本解决了BIM模型从设计向施工中的转换，目前虽然BIM模型的交付成果还未形成统一的模式，各种BIM软件的格式兼容性差，但随着研究的深入，上述问题将逐步得到解决，传统的施工方法将被取代。只有充分掌握技术企业才能在日益激烈的市场竞争中站稳脚跟。
参考文献：
[1]胡青.BIM技术在桥梁工程中的应用初探[J].价值工程.2015（20）：27-28.
[2]张飞涟，郭三伟，杨中杰.基于BIM的建设工程项目全寿命期集成管理研究[J].铁道科学与工程学报.2015（03）：16-17.
[3]谢显红.BIM在桥梁施工中的运用[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2015（04）：152-153.
[4]李红学，郭红领，高岩，刘文平，韦笑美.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（06）：247-248.
[5]阮任辉，樊燕燕，刘兴旺.BIM技术在特大桥梁工程施工中的应用探究[J].价值工程. 2018（10）：156-157.
[6]张洋洋，王震威.BIM技术在桥梁设计与施工中的应用探索[J].四川水泥.2018（05）：38-39.
[7]林友强，曾明根，马天乐，徐优.桥梁工程设计BIM技术应用探索[J].结构工程师. 2016（04）：156-157.
（作者单位：郑州市市政工程勘测设计研究院）
关键词：桥梁工程；设计阶段；BIM技术；应用
1 BIM 技术在桥梁工程设计阶段的应用
桥梁工程中涉及的构件较多，特别是一些复杂构件，在设计中必然存在着构件冲突，比如纵向预应力与横向预应力冲突、预应力与普通钢筋冲突等。在传统桥梁设计中，这些问题主要依赖于设计师和校、审核人员的经验。然而，BIM技术的设计从根本上改变了传统的设计习惯。可视化的设计和碰撞检查的相关功能可以有效降低该类错误。同时，基于BIM技术设计的桥梁，其二维图纸与三维模型相互关联，模型修改会及时更新相关图纸，避免因多次修改而出现的相关图纸漏改问题。大大提高了设计效率，使设计人员免于繁重的修改工作，为项目设计的优化提供更多的时间，强化了设计质量。BIM技术设计意义比当年的“甩图板”更重要，即手工绘图转换为CAD计算机辅助设计，BIM技术更加注重项目的可视化和信息管理能力。
随着城市景观桥梁要求越来越高，BIM技术的可视化能力得到充分应用，可以很直观的为建设者提供决策依据。传统的二维设计仅能提供平面图纸，若要展示桥梁的最终效果，一般要制作相应的效果图，但效果图一般不能准确模拟构件的尺寸、坡度等参数，很容易造成最终建成桥梁与效果图不符。而BIM技术是对构件的真实模拟，而且能够多角度的查看模型。同时，对于一些曲线或曲面较为复杂的景观桥，BIM技术的可视化功能可以加强各参建方对项目的理解。因此，对于景观要求较高或构件复杂的桥梁，BIM技术能为建设者和施工人员提供更直观的效果。
2 BIM 技术在桥梁工程施工阶段的应用
在技术交底期间，施工单位可以通过模型的可视化和附加信息充分理解设计思想，避免图纸理解偏差带来的问题。同时，发现设计不合理、施工难度大等问题，可及时与设计人员沟通，减少后期设计变更中的废弃工程量。
2.1 BIM 技术在施工前的仿真分析
施工人员可根据桥梁的三维模型和拟定的施工方法，对桥梁的施工进度进行模拟与优化。一方面，可根据天数、周数和月数对工程建设进度进行模拟，并结合实际情况，实时调整，分析不同施工方案的优缺点，提出最佳施工方案。另一方面，对于施工难度较大的分项工程可进行详细模拟，如工程机械工作空间配置规划、物料供应计划、部件安装过程、物料运输堆栈布局和其他施工程序优化。为确保施工进度，保证工程质量，通过BIM技术的施工仿真对施工方案进行反复模拟和修订，直至制定效率高、投资省的施工方案。通过BIM技术的可视化仿真，不仅能优化施工方案、提高投资效率，而且能对一线操作人员进行可视化施工交底，防止因施工人员对项目理解不到位而产生的施工质量问题。
2.2 BIM 技术的4D、5D 特性
4D、5D技术的在施工组织中的应用，既能直观地显示施工进度信息，又能将工程量信息与工程造价相结合。在施工准备，人力资源安排，资金和进度控制，节省工程成本和增加项目总收入方面进行控制和动态细化管理。
2.3 BIM 模型碰撞检查
BIM软件可以检查BIM模型中定义的各种构件之间的碰撞问题，同时给出检查报告。对于一些综合性项目，各种管线较多，碰撞检查主要应用于各管线的碰撞检查，对于出现碰撞的情况，提示设计或施工人员及时调整构件位置。对于桥梁工程BIM模型的碰撞检查主要应用于各类钢筋的碰撞检查和桥梁桩基与地下构筑物的碰撞检查。BIM模型的碰撞检查功能，能充分体现项目的协同工作特性，有效避免各专业之间的设计不同步或因盲目施工造成的经济损失。
2.4 BIM 技术在施工过程中的应用
BIM技术在施工过程中的应用主要有以下几点，一是施工各阶段工程量及项目数据的提取，BIM模型能够快速的提取各构件的工程量、高程、坐标等数据，包括钢筋量、混凝土量、控制点坐标、高程等，便于施工人员合理进料、下料、符合图纸等。二是对前期的施工方案进行复核、修正，根据实际施工情况，优化施工方案。三是参建单位能够很直观的了解目前项目的进度，便于阶段结算。四是各参建方均在统一的平台下工作，施工中产生的任何问题可通过手机等设备及时沟通，保证施工质量。
3 BIM 技术在桥梁运营管理階段的应用
BIM模型在经历设计和施工阶段后，模型中附加了更加充分的信息，对后期项目的维护具有重要意义。作为工程信息的载体，数字模型比以前的纸质材料更直观，更易于查询和管理。管养单位可根据模型检索项目各构件的信息或产品的生产单位、价格、型号等信息。同时，BIM技术提供的模型集成了设计、施工中的完整信息，避免了各种资料在移交过程的丢失。
BIM技术能够促使数字化城市更快发展，目前许多城市都在发展三维数字化城市，BIM技术若能纳入到三维数字化城市的范畴，那么工程建设项目的壁垒将从上到下彻底打通，为新建项目和改扩建项目的决策提供有效依据，提高项目论证和决策的效率。
4 桥梁工程设计阶段BIM技术的应用案例
4.1 项目背景
本文选取某城市景观桥梁的BIM技术应用情况进行介绍，该桥跨径组合采用五跨变高度预应力混凝土连续梁+预应力砼空心板桥，跨径布置为20.08+（40+3x44+40）+20.08=252.16m。桥墩布置与水流方向一致，道路中心线与河道中心线交角70°。建设单位对该桥梁的景观要求较高，同时该桥墩的观景平台构造较为复杂，因此决定对该桥梁的设计、施工采用BIM技术应用。
4.2 设计阶段 设计前期通过Bentley公司的相关软件进行桥梁建模，向建设单位进行了多次方案汇报，汇报内容包括桥梁主梁的选型、栏杆形式、照明、交通等方案的选择，桥梁与周边环境的协调关系等。桥梁方案经过充分论证后进入正式设计阶段，设计中完全按照道路的设计标高、横坡、桥位控制坐标等建立模型，各专业设计人员通过协同设计，在同一个模型上完成各自的设计，最终合成整体模型。并对主梁的纵向预应力、横向预应力和普通钢筋进行了碰撞检查。
4.3 施工階段应用
为了便于施工中的应用，将设计模型通过插件导入施工单位使用的鲁班BIM平台，对施工单位使用的平台中的模型进行分解、加工，形成满足施工方案的BIM模型。本项目施工应用主要包括，使用Navisworks软件对桥梁施工进行进度和造价模拟；使用鲁班BIM平台对施工场地、运输道路、钢筋下料长度等进行模拟、计算；施工单位对下属一线工作人员进行可视化交底；参建单位通过BIM平台对施工进度、施工质量、施工现场等进行监管；参建单位通过手机等移动设备对施工中存在的问题进行及时沟通及变更处理等。通过BIM技术的应用，使参建方能够清晰的了解项目的各种情况，降低了沟通难度，提高了施工进度。
目前，各行业BIM技术应用程度差异性较大，主要原因一是有的行业起步较晚，BIM技术人才储备不足；二是BIM软件对该行业产生了瓶颈；三是BIM设计标准、规范不完善。在桥梁专业中，专有BIM软件较少，而且数据格式不统一，相互转换容易造成信息丢失，但国内几家大的BIM软件平台正在积极整合数据格式，而且国家也在逐步完善相关标准。本文在现有软件格式不统一的情况下，提出了一种在桥梁工程中应用BIM技术的流程，间接的实现了桥梁专业从设计到施工的应用，随着软件的发展和规范的成熟可能出现更完善的应用流程。
5 结语
BIM技术作为工程建设领域的高新技术，得到越来越多的推广和应用。上海中心、深圳机场等大型建设项目在高新技术应用中取得了良好的效果。各行业、各省建设行业也都制定了相关办法和规范、标准。本文通过对桥梁设计、施工应用BIM技术流程的探讨，基本解决了BIM模型从设计向施工中的转换，目前虽然BIM模型的交付成果还未形成统一的模式，各种BIM软件的格式兼容性差，但随着研究的深入，上述问题将逐步得到解决，传统的施工方法将被取代。只有充分掌握技术企业才能在日益激烈的市场竞争中站稳脚跟。
参考文献：
[1]胡青.BIM技术在桥梁工程中的应用初探[J].价值工程.2015（20）：27-28.
[2]张飞涟，郭三伟，杨中杰.基于BIM的建设工程项目全寿命期集成管理研究[J].铁道科学与工程学报.2015（03）：16-17.
[3]谢显红.BIM在桥梁施工中的运用[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2015（04）：152-153.
[4]李红学，郭红领，高岩，刘文平，韦笑美.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（06）：247-248.
[5]阮任辉，樊燕燕，刘兴旺.BIM技术在特大桥梁工程施工中的应用探究[J].价值工程. 2018（10）：156-157.
[6]张洋洋，王震威.BIM技术在桥梁设计与施工中的应用探索[J].四川水泥.2018（05）：38-39.
[7]林友强，曾明根，马天乐，徐优.桥梁工程设计BIM技术应用探索[J].结构工程师. 2016（04）：156-157.
（作者单位：郑州市市政工程勘测设计研究院）