钱 枫
(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)
摘 要：建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,它具有可视性、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。而BIM技术在桥梁工程建设领域的应用目前正处于前期阶段,初步探索在设计、施工、后期运营养护维修的全生命周期中如何利用BIM技术来提高设计效率、改善设计质量、加强施工组织及后期运营管理,具体的实现方法以及应用BIM技术所能带来的效益,希望能对BIM技术在桥梁工程方面的应用拓展思路。
关键词：桥梁工程；BIM；建筑信息模型；全生命周期
近几年国内建筑工程领域的最热门技术非BIM莫属，在建筑行业取得了不错的应用成效后，国家开始大力推进BIM技术在工程领域如铁路、公路、水利水电行业应用研究，而桥梁工程在工程建设领域所占的比重又相当大，尤其是高速铁路、山区铁路、公路等，桥梁占比往往较大，在桥梁工程中应用BIM技术对整个工程项目的意义重大，本文将从设计、施工、后期运维项目全生命周期的三个阶段分别研究BIM技术的实际应用需求及效果。
设计阶段分为前期设计及后期设计两个阶段，前期设计主要包括项目立项、可行性研究及方案比选等部分内容，通过利用Revit等参数化建模工具建立的桥梁三维实体模型可以很方便的根据实际需要调整尺寸，并将实际成桥效果实时动态展现，达到所见即所得，能够直观地将设计理念、设计效果直接以三维可视化模型为载体传递给项目决策者，极大地方便设计方案的调整，根据修改意见及时修改并呈现，并且可通过添加成本控制信息及时了解改动后的投资增减情况，使前期桥型桥式方案的快速确定十分便捷高效。图1为某铁路桥矮塔斜拉桥主桥模型，建模采用Revit软件，需要根据桥梁结构特点建立专门的族库，对于复杂的桥梁结构利用BIM模型三维表达较传统二维图纸更清楚、更易理解。
图1 某铁路桥梁全桥BIM模型三维透视图
模型建立完成后可通过三维渲染软件以真实场景渲染图的形式表达，或者生产三维漫游动画，方便业主决策方充分理解设计意图、设计理念，真实地反映项目与周围环境的立体关系。图2为某公路桥梁方案设计阶段采用BIM模型生成的模拟真实场景的桥梁三维漫游动画，汇报方案时生动、直观，远比以往呆板的三维渲染图信息量大、效果好，并且普通设计人员即可完成。
图2 某公路桥梁三维可视化漫游动画
后期设计阶段建立详细的桥梁BIM模型以满足设计碰撞检查、纠错以及出图需求。由于桥梁结构内部三向预应力管道、斜拉索等空间相对关系错综复杂，而二维CAD图纸通常在不同的图纸表示不同的构件，容易导致设计时考虑不周发生管道碰撞、部件位置冲突等现象，项目不同人员之间沟通、协同也比较困难，设计质量得不到保证；部分特殊结构的复杂部位二维表示困难，具体实施时施工单位难以理解设计意图，造成不必要的损失；图纸表达造成的信息传递丢失，设计人员的设计信息不能完整地传递至施工单位、运营管理部门；图3可以清楚地看到桥梁的纵、横、竖三向预应力钢束按原布置方式发生的位置冲突，设计人员可以及时进行调整以避免后期设计变更，提高设计质量。
图3 碰撞检查发现钢束位置冲突
在设计阶段利用BIM技术可以完全避免上述现象的发生，桥梁结构部件均以真实的三维实体表达，利用软件自动进行碰撞检查，三维可视化技术交底等，设计信息可以很方便地保存在项目模型中提交给施工单位及业主，并且施工单位的施工信息和后期养护维修信息都能够很方便地添加进去，完整地信息传递方便了后期对结构部件追溯，及时发现问题成因。
BIM设计从根本上改变了传统的设计习惯，多专业、多人员协同设计平台使得在设计过程中，各专业并行设计，沟通及时准确，避免了大量的重复性返工，同时由于二维图纸均基于三维BIM模型所建立并与之相关联，模型局部修改后相关联图纸自动更新，极大地提高了设计效率，使设计人员从繁重的修改工作中解脱出来，将更多的精力投入项目设计方案的优化中。
BIM技术的先进性和可扩展性决定了从传统的CAD二维设计向BIM设计转变是大势所趋，其意义甚至比当年的“甩图板”即手工绘图向CAD计算机辅助设计的转换更为重大，堪称勘察设计行业的又一次技术革命。
技术交底期间施工单位可通过BIM模型的可视化和附着信息充分理解设计思路，避免了由于图纸理解偏差造成的问题，同时也能及时发现设计方案不合理、难以施工等问题并及时与设计方协调修正，减少后期变更设计等造成的废弃工程和浪费。
施工组织设计应用BIM技术的4D、5D特性，不仅可以更直观的三维展现施工进度信息，更可以结合工程量信息整合项目成本控制，在施工备料、人力资源安排、资金与进度控制等方面动态精细化管理，节约工程成本，提高项目总体收益和工程施工质量。图4为桥梁施工过程的动态模拟(Navisworks软件截图)，以动画形式模拟桥梁施工步骤，方便施工技术交底及计划进度安排等。
图4 施工过程4D施工模拟
利用BIM模型还可进行施工机具的碰撞检查以及移动路径检查，确定合理的施工方案，更好地与业主与设计单位沟通协商，减少施工方案引起的工程变更，降低工程成本。施工过程中根据现场自动化采集的桥梁位移数据，利用三维BIM模型对应显示相应位置位移值，并与理论计算数据进行比较，对于超出允许范围的位移及时在BIM模型中给予警示信息，提醒用户及时采取措施加以修正，并将最终成桥线型与理论数据通过图形+数据方式直观体现。根据桥梁施工过程中由监控单位量测的应力、应变数据实时反映桥梁的结构安全性以及与理论计算结果的差值，及时纠正施工出现的偏差，确保桥梁工程的施工质量，降低施工风险，桥梁工程监控量测及预警机制详细流程详见图5。
图5 监控量测及预警机制
施工过程在BIM模型中添加施工信息，对施工过程质量管理以及后期项目运营阶段的养护维修都十分重要，利用BIM模型作为施工信息的载体，较以往的施工工程日志等更为直观，更方便查询管理，可根据部件的ID信息进行快速检索、分类，及时发现问题并进行相应调整。
桥梁工程的结构安全至关重要，后期的养护维修、运营管理、档案管理都可以利用BIM技术强大的信息化、可视化功能来实现。
设计、施工模型与信息经由数字化信息模型无损地传递给运管部门，对结构使用过程中发现的风险因素分析成因，分清责任，制定维修整改实施方案并记录在BIM模型信息中，所有的数据记录后期都可以很方便地查询，大到桥梁墩台、梁部大体积混凝土，小到预应力钢束的锚具，甚至是桥梁支座的螺栓等都可以根据其ID信息和可视化图形界面调阅，避免低效率的查阅大量二维图纸、日志记录等繁琐工作，对一些易出现问题的部位也可以通过添加提醒功能按期检查，避免出现不可挽回的损失。
BIM作为一种新兴的高新技术在工程建设领域得到了越来越多的推广应用，许多大型建筑工程项目如上海中心、深圳机场等应用BIM技术均取得了不俗的成效。在铁路基础设施建设领域，由铁路总公司等部门推进的一系列标准、规范也在紧锣密鼓的编制中，新建项目的BIM应用试点等研究工作也在加紧进行，随着应用研究的不断深入，BIM技术必将为工程建设领域带来一次全新的技术革命，在桥梁工程等项目的应用前景也将十分广阔，虽然目前还面临对口软件、执行标准的缺乏，但随着开发研究的不断深入必将逐步解决上述问题，并取代传统的建设方法，只有充分掌握了BIM技术的企业才能在日趋激烈的市场竞争中站稳脚跟。
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QIAN Feng
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)
Abstract：The Building Information Modeling is based on various relevant Information data to establish architecture models. It is granted with five main features of visibility, coordination, simulation, optimization and drawing directly by simulating the real Information of building digital information. The BIM technology is now applied at an early stage in the field of bridge engineering. The main purpose of this paper is to improve design efficiency and quality, strengthen construction organization and later operation management. The practical implementation method and application of BIM technology are expected to bring more benefit and serve as
references：for future projects.
Key words：Bridge project; BIM; Building information modeling; Full life cycle
收稿日期：2015-04-29；
修回日期：2015-05-15
作者简介：钱 枫(1977—)，男，高级工程师，1998年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，E-mail：qfxian@foxmail.com。
文章编号：1004-2954(2015)12-0050-03
中图分类号：U442.5
文献标识码：A
DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.012
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