基于BIM技術的橋梁可視化施工應用研究

徐利

（山東智行咨詢勘察設計院，山東 德州 253000）

0 引言

橋梁工程在現(xiàn)代交通運輸中有重要作用。汽車數量增長、物流等相關行業(yè)飛速發(fā)展，對交通運輸的質量要求也越來越高。為了滿足現(xiàn)代經濟發(fā)展需求，翻新橋梁、建設新橋梁工程越來越多。應用BIM 技術構建虛擬仿真模型，可以為施工人員提供更加可靠的數據支持，保證各項施工環(huán)節(jié)在合理規(guī)劃基礎上順利完成。

1 橋梁可視化施工概述

橋梁可視化施工技術可以有效提升測量的精確性和施工效率，為后續(xù)施工提供可靠的數據支持[1]。其中，可視化指的是利用計算機技術（如圖像顯示技術等）將橋梁工程中相對抽象的數據信息轉換成圖像，更直觀地展示工程信息，以便更清晰地了解、改進橋梁工程設計中的不足。

2 BIM 技術分析

BIM 技術可以構建三維虛擬仿真模型，為設計人員提供更加真實的建設場景，便于其制訂更加合理可行的施工方案。BIM 技術在橋梁可視化方面的應用主要涉及數據集成與軟件互操作。

第一，數據集成技術。該技術可以將不同來源、不同格式的數據集中在一起，為施工單位提供準確數據作為參考，且能實現(xiàn)數據共享功能。

第二，軟件互操作技術。該技術可以協(xié)調不同數據信息，使施工單位可以利用數據實現(xiàn)橋梁工程可視化。與傳統(tǒng)的CAD 圖紙相比，借助BIM 技術建立的模型更加逼真和形象，在招標階段和設計階段均可起到有效幫助，有利于參與者高效溝通施工內容，因此在各類建筑施工中應用較為廣泛。

3 BIM 技術在橋梁可視化施工中的應用優(yōu)勢

3.1 模型可視化

BIM 技術具有良好的可視化功能，可以全面展現(xiàn)橋梁構件的實際情況，幫助設計人員更加深入地了解施工要點，制訂全面、合理的施工計劃，不僅可以有效避免施工誤差，也可以有效提升橋梁施工的標準性與規(guī)范性[2]。

3.2 體現(xiàn)構件之間的關聯(lián)性

建設橋梁虛擬仿真模型時，該技術可以將每一個構件之間的關系串聯(lián)起來，直觀展現(xiàn)這些構件的功能與關聯(lián)性[3]。便于設計人員更好地優(yōu)化施工方案，保證橋梁施工的可行性。

3.3 保證數據完整性

BIM 技術可以完整、真實地采集施工數據，并對相關數據進行詳細分類和解讀，可幫助設計人員及相關工程參與人員更準地掌握施工內容，能夠起到管理輔助作用。

4 BIM 技術在橋梁可視化施工中的具體應用

4.1 工程概況

某橋主跨為2m×220m，屬于獨塔斜拉橋。橋面主要采用錯層方式進行布置：上層可通行機動車；下層可通行行人。橋梁主梁為整體式箱形斷面，形式為組合梁；橋梁引橋為全預制拼裝；道路等級屬于二級；系桿共設置32 束，其中16 束為平面內曲線布置，主要用來對吊桿產生的橫向分力進行平衡，所有系桿布設在鋼箱梁內，錨固定在肋間平臺之上；共有2 條拱肋，分別平行于拱平面之內，向外呈現(xiàn)不對稱傾斜狀態(tài)[4]。東側拱肋計算跨徑為300m；矢高為82.92m；拱平面橫向傾角為66.54°。開展橋梁可視化工程時，主要采用BIM 技術構建虛擬仿真模型，大大提高了可視化程度和工程效率，具體模型設計數據如表1 所示。

表1 主梁BIM 模型設計數據

4.2 技術準備

在橋梁可視化施工中，施工人員主要采用BIM 技術的三維可視化功能提高橋梁可視化程度，應用該技術之前，需要做好相關技術準備。

4.2.1 做好施工現(xiàn)場調查

施工人員需要在現(xiàn)場收集地質信息、土壤情況、氣候條件、水系情況等建設參數，以確保后續(xù)建立的三維模型更加形象、真實。

4.2.2 做好人員準備

由于BIM 技術在建筑行業(yè)中屬于新興技術，需要相關人員具備專業(yè)理論知識及實操能力，因此在開展技術應用前必須確保人員可以熟練操作技術軟件，以充分發(fā)揮該技術在橋梁可視化施工中的應用優(yōu)勢。必要時施工單位可以對內部人員進行統(tǒng)一培訓，主要內容為橋梁設計內容及BIM 技術應用要點，這樣既可以節(jié)省部分人力資源支出（如人員招聘方面的支出）；也可以縮短施工周期。

4.3 BIM 技術應用內容

4.3.1 三維建模技術

該技術是BIM 技術中的核心技術，技術人員可以利用三維建模完成施工圖紙設計、橋梁模型構建以及材料模型設計，在此基礎上開展相關施工。

4.3.2 布置橋梁施工現(xiàn)場

構建三維立體模型后，施工人員可以根據橋梁設計模型針對性地對施工現(xiàn)場進行優(yōu)化布設、合理調整，以便于高效開展施工。

4.3.3 施工模擬

借助三維立體模型，可以提前進行施工模擬以便發(fā)現(xiàn)施工中的技術問題及安全問題，并根據這些問題制訂有效的改善措施，以此提高技術實施水平，保證施工安全性。

4.4 BIM 技術在施工管理中的應用

施工管理在橋梁工程中的作用不容小覷，針對一些較為繁瑣的施工程序，可以通過BIM 技術的不同功能實現(xiàn)高效管理，如三維激光掃描等。可以以BIM 技術為基礎，實現(xiàn)四維動態(tài)集成管理，如通過連接施工現(xiàn)場三維模型、施工進度計劃及施工資源信息，借助RBCCE 軟件完成各項施工管理，糾正一些管理偏差問題。

4.4.1 橋梁施工質量管理

在橋梁施工質量管理環(huán)節(jié)，需要管理人員模擬建設三維模型，根據模型分析現(xiàn)場可能存在的施工問題，動態(tài)管理現(xiàn)場施工進度、施工內容及材料采購等內容，構建更加完善的人員管理和材料管理制度，以此把控橋梁施工質量[5]。以材料管理制度為例，采購施工材料時，必須嚴格按照設計圖紙要求制訂材料清單，經過統(tǒng)一審批方可進行批量采購。材料入場之前，需要嚴格檢查，如材料是否有瑕疵等；入場后儲存在合理位置，避免與地面直接接觸影響材料質量等。

為確保施工質量，管理人員可以采用BIM 技術進行施工工序管理，從而實現(xiàn)精細化管理，提高施工品質。首先，通過模擬橋梁建設全過程，使設計人員可以直觀了解橋梁的基礎結構。其次，設計人員可根據模擬的橋梁建設全過程充分考慮施工工序的合理性，便于及時找出問題，完善施工計劃，保證施工工序的合理性。最后，再次進行模型模擬演示，檢驗優(yōu)化后的橋梁工序，保證各項工序安排合理。

4.4.2 橋梁施工成本管控

利用BIM 技術可以有效管理材料成本、施工損耗等方面，避免不必要的施工浪費，從而提高工程的經濟效益。此外，BIM 技術還具備較強的數據集成能力，其數據庫可以覆蓋橋梁工程的全部數據，各參與單位可以共享這些數據，以實現(xiàn)建設材料與價格的精準鏈接，準確計算施工成本和工程造價，并實現(xiàn)對成本的合理管控。

為降低施工成本，相關人員還需要做好施工進度規(guī)劃，可以利用BIM 技術生成四維信息模型，展示橋梁工程施工量的變化，并通過動畫對比計劃進度和實際施工進度，找出差距，調整施工計劃，縮短施工時間，以降低施工成本。

在管理施工原材料方面，還可以借助二維碼掃描和RFID 技術，將真實構件數據信息與三維虛擬模型關聯(lián)起來，實現(xiàn)四維材料管理。利用BIM 模型準確計算橋梁工程所需材料總量，并自動生成材料下料單。在原材料進場之前，可以通過掃描二維碼了解實際庫存情況。安裝構件后，再次掃描二維碼以獲取當前的原材料剩余數量，并根據工程進度和資金預算制訂更科學的材料采購計劃，實現(xiàn)材料成本控制。

4.4.3 橋梁施工安全管理

可視化技術不僅可以用于施工管理，監(jiān)管人員還可以通過現(xiàn)場模擬了解施工中存在的安全隱患，從而制訂更合理的安全管理制度。同時，可以在現(xiàn)場布設全面的安全設施，確保施工人員的安全，避免發(fā)生安全事故造成經濟損失和工程停滯。進行橋梁工程安全控制時，相關人員需要建立預警機制，防止重大危險源的出現(xiàn)，并在每個工序開始之前進行現(xiàn)場施工工藝的模擬和技術交底。

第一，安全技術交底。通過提高現(xiàn)場施工人員的安全意識，使其更好地了解和掌握施工內容，可以避免后期施工中出現(xiàn)不規(guī)范的施工操作等問題。利用BIM 信息模型直觀展示橋梁施工要點和難點，可以確保施工人員準確理解施工內容，不僅能實現(xiàn)施工的透明性，還能提高整體施工效率。

第二，安全設施的三維布置?？梢越柚鶥IM 信息模型將橋梁施工現(xiàn)場中的重要安全設施布置在顯眼的位置，如變電箱、滅火器等設備[6]。一旦發(fā)生安全問題，現(xiàn)場人員可以快速找到事故區(qū)域，并采取相應的急救措施，提高現(xiàn)場安全管理效果。

4.5 BIM 技術在施工測量中的應用

首先，進行橋梁數據測量之前，可以利用BIM 技術模擬現(xiàn)場的地形情況，構建真實的地質模型，以提高測量工作的精度。其次，通過模型可以發(fā)現(xiàn)實際測量與設計圖紙之間的矛盾點，并及時在測量前做好計劃調整，確保測量作業(yè)更加高效、準確。最后，BIM 技術的交互模式可以展示和模擬測量施工內容，并對比測量不同參數數據（如高程、方位角、坐標等），使最終測量數據更加準確。

技術人員可以使用RBCCE 軟件創(chuàng)建橋梁的三維數據模型，并根據模型計算施工信息，完成一體化的測量作業(yè)。第一，可以生成橋梁的平面布置圖，包括支座、樁基、墊石、承臺、墩頂、墩身和主梁等主要構件。通過平面圖可以檢查橋梁布置的數據，如檢查左右梁縫設置是否符合要求。第二，可以查詢不同構件的三維坐標，并使用表格進行批量輸出，作為檢查橋梁施工坐標放樣和測點的檢查參照。

4.6 可視化施工模擬

首先，可以利用BIM 技術對橋梁施工進行可視化模擬，以計算連續(xù)橋梁和剛構橋懸臂的數據。其次，使用RBCCE 軟件的不同模式，設計和優(yōu)化常見的臨時結構，并計算和查詢結構數據。最后，可以利用自動生成的三維MIDAS 模型完成橋梁施工三維空間計算，如掛籃、不同類型的梁柱支架、托架、碗扣滿堂支架、模板、鋼板樁和鋼便橋等。計算完成后，可以優(yōu)化結構設計，以提高建設質量。

由于模板在吊裝過程中會出現(xiàn)不規(guī)則的擺動狀態(tài)，且隨著吊裝高度的增加，擺動幅度也會增大，存在安全隱患。因此，管理人員可以利用BIM 技術進行模擬施工，并制訂施工計劃，用于指導現(xiàn)場施工人員作業(yè)。

第一，嚴格按照模板施工設計圖紙進行施工準備，清理模板表面，涂抹適量的色拉油，確保涂抹均勻，避免漏涂。

第二，對模板進行拋光，保持表面的光潔度和平坦度，確保模板的邊角順直、潔凈。將模板分堆擺放，以便有效控制組合模板的拼縫嚴密度和平整度。

第三，在吊裝過程中，必須有專門的指導人員指揮吊車，明確指揮信號，以確保施工的安全性。同時，在高空吊裝時，要做好模板外側加固，防止模板因擺動幅度過大而掉落。

第四，先吊裝平面模板，再吊裝圓弧模板。吊裝至設定好的位置后，使用斜撐進行加固處理，連接墩身模板后開始吊裝。

第五，根據編號進行模板組裝。模板就位后，使用雙面膠帶連接板塊和板層，避免澆筑時出現(xiàn)漏漿影響模板承載力。膠帶邊緣必須與模板邊緣處于同一水平線，以免產生錯臺或者凹槽，影響混凝土外觀。

第六，全部模板組裝完成后，及時進行加固處理，以確保模板的穩(wěn)固性。

5 結語

BIM 技術在橋梁可視化工程中的應用，能夠大幅提升施工效率和施工質量，使橋梁工程整體質量得到有效保障。為此，施工單位應積極采用該種技術，為設計人員、施工人員以及管理人員提供真實數據信息，通過各方高效配合，使橋梁施工順利竣工。