基于BIM技術的橋梁工程施工管理

摘要：文章以700 m上承式鐵路拱橋為例，分析了橋梁工程施工過程中常見的問題，從BIM技術的可視化、數據集成等基本功能出發，結合監測系統和移動終端的靈活運用，建立了橋梁工程的云監控網絡，實現了BIM模型與實際施工的實時關聯，以及項目各參與方的信息交互。

關鍵詞：BIM技術；橋梁工程；云平臺；施工管理

中圖分類號：U445.1A431492

0引言

橋梁是道路交通的重要組成部分。隨著我國道路基建事業的大力發展，橋梁的建設也不斷向大跨度、多層次、新材料的方向發展，如重慶朝天門大橋、上海市盧浦大橋等一系列大跨度公路鐵路橋梁相繼建成［1］。橋梁建設飛速發展也帶來一系列的施工管理難題，在如何提升施工管理的效率、降低橋梁工程的項目風險等方面，BIM技術提供了新的思路［2］。BIM技術的數字化信息過程能夠有效提高橋梁施工的管理效率，本文就BIM技術對橋梁工程管理的貢獻進行探討。

1造成道路橋梁施工管理問題的主要原因

1.1橋梁設計與施工方對接存在問題

橋梁是跨越峽谷、江河乃至湖海的大型構筑物，其施工環境復雜，并且具有高空作業多、作業面少、水中作業多、施工組織協作復雜等特點。在非EPC（工程總承包模式之一）橋梁工程中，設計人員的理念與現場施工認知往往存在一定程度的偏差，設計人員在做橋梁設計時更側重于橋梁結構設計、造型美化，新材料、新工藝應用等情況，對現場的施工環境和條件考慮較少，從而給后續的現場施工帶來困難［3］。

（1）施工人員對構造信息接收有偏差。二維圖紙的信息傳遞依賴于使用者的能力水平，在設計方向施工方交底圖紙時，由于專業知識背景差異，經常會造成信息接收的偏差及丟失。對于復雜的橋梁鋼結構，如鋼拱混凝土鐵路橋，不僅結構復雜，且拱肋和三角斜撐等構件的連接關系也難以借助二維圖紙表達清楚。

（2）設計圖紙中預留施工作業面不足。由于橋梁的特殊作業環境，在設計圖投入施工時會出現局部作業面不足等情況。在復雜結構設計中，二維圖紙需多圖協作說明，前期設計中即便對復雜結構的錯位和碰撞做出了碰撞檢驗調整，其預留的施工作業面也很難充分滿足工藝要求。

1.2施工現場管理存在問題

（1）橋梁樁基礎中，鉆孔灌注樁施工時出現成空不垂直、偏差值大的情況，其原因有鉆機未出處水平位置或鉆進過程中發生不均勻沉降。橋梁樁基經施工人員放線核查形成的紙質資料通常為數據表格和二維樁位圖，施工現場標記方式大多是傳統的插點標記，易發生挪動倒塌等錯誤，導致后續樁位的施工質量問題。

（2）橋梁混凝土外觀差。橋梁混凝土外觀問題取決于模板質量，支模不平整、模板材質強度剛度不足、澆筑振搗不到位會引發混凝土成型后梁體不順直、蜂窩、麻面、裂紋等質量問題。雖然這些問題較小，但在大型橋梁的復雜荷載和運行環境下，其影響很可能會擴大，裂紋也會不斷擴大，給整個橋梁的質量造成影響。

（3）鋼筋質量問題進而引發橋梁質量問題。鋼筋存放不善導致鋼筋外表有銹蝕、裂紋現象，或是鋼筋下料的長度和尺寸不符合設計要求，但是現場勞務工人擅自投入使用，從而引發橋梁結構的質量問題。

（4）橋梁工程中施工進度管理難度大。橋梁工程往往施工環境復雜，施工過程受環境影響程度高，露天作業、高空作業多，環境風險較大，并且橋梁工程體量大、施工工藝較復雜、施工工序多，施工組織協調的難度大，使施工進度的管理難度大大提升。

2BIM技術在橋梁施工管理中的應用優勢

橋梁施工管理主要包括進度管理、質量管理、成本管理。BIM技術具有圖形可視化、參數化、可模擬性、信息集成等特點，基于BIM技術和移動互聯網構建規范化橋梁BIM施工信息管理云平臺，有助于橋梁施工管理中信息的集成處理和即時交互。

2.1圖形可視化

借助可視化的優勢，可使項目參與人員深入理解二維平面圖紙，尤其是橋梁結構中復雜需多圖協作說明的部位，有助于施工人員掌握橋梁構造的內部情況和重難點部位的施工要點，通過碰撞檢驗及時發現圖紙的碰撞部位和工作面預留不足的情況，為后續施工組織設計方案的編制提供參考。

2.2參數化建模

橋梁工程由于其專業層次多、施工工藝復雜，建立參數庫十分重要。利用Revit軟件在建模中設置不同構件的具體參數信息，使橋梁工程的結構參數更具參考性。參數庫的建立方便了橋梁工程參與人員通過調整模型的參數來控制構件的位置，有利于在后續施工進展中根據施工進度快速對模型做出更新調整。

2.3工程量計算快捷

受技術限制，傳統橋梁的工程量計算常需要人工借助Excel、廣聯達等軟件進行，數據相對整個項目的動態管理過程是孤立存在的；而BIM技術在數據處理方面有顯著優勢，橋梁施工全過程數據都可以動態、實時地存儲在BIM數據庫中，并且可以精確導出所需的橋梁工程量，提高工程量的計算效率。當橋梁工程施工設計圖發生變更時，設計方可在云平臺對BIM模型做出變更，施工方可即刻導出二維圖紙和變更工程量，有效降低溝通成本和提高計算效率。

2.4信息集成性

BIM模型信息的價值量大于圖形的價值量。在實際施工中，借助攝像頭、傳感器、計量器具等設備采集現場實時數據，上傳到BIM施工信息管理云平臺，可實現：（1）對現場關鍵點位的監測和預警；（2）對現場物料管理的實時監測；（3）對現場施工人員的不規范行為做監測報警，降低施工的安全風險。

2.5實景模擬

BIM技術的模擬性在橋梁項目中能很好地模擬出橋梁工程復雜的施工環境，通過BIM施工現場三維布置，對前期構建的三維模型賦予造價信息、時間信息、質量管理信息、安全管理信息，就能實現對施工的ND（多維）模擬，加強施工建設過程中可能會發生的質量安全控制，減少施工建設過程中不必要的成本。

[=XQS（]基于BIM技術的橋梁工程施工管理/楊林駿

3工程案例分析

3.1工程背景

本案例為廣西柳州某座上承式鐵路拱橋（以下簡稱“鐵路拱橋”），全長700 m，寬40 m，拱橋由主梁、腹板、主副雙層拱肋組成，以鐵路運輸為主。

3.2應用流程

BIM技術在該橋梁工程中以橋梁的三維模型為出發點，建立基于BIM技術的橋梁工程管控系統，主要應用于橋梁施工過程中質量控制、進度控制、成本控制、信息管理等方面。項目各方通過云平臺調取施工項目的BIM集成數據庫，采用統一的模型和標準的信息系統，極大地降低了項目溝通成本，提高了項目的管理效率；利用移動終端和傳感監控系統，實時采集儲存施工過程和物料管理信息的大量數據，上傳到BIM數據庫，實現對施工過程虛實結合的質量、安全、成本、進度的實時控制。具體的橋梁工程施工中BIM技術云平臺管理的應用流程如圖1所示。

3.3BIM技術的應用

3.3.1碰撞檢查

橋梁工程的復雜性和專業交叉較高，本案例中的橋梁工程是涉鐵工程，其專業性更強、復雜性更高。對于復雜結構和重點部位，通過BIM模型的碰撞檢查可以檢驗橋梁在施工中可能發生的碰撞沖突，除去設計階段篩去的嚴重沖突，如橋梁構件之間的位置碰撞等。另外，還有兩類施工中常見的碰撞沖突：

（1）可調整的沖突，如鋼筋的碰撞；

（2）空間上的沖突，常表現為施工空間不足或工作空間規劃不合理。

對圖紙進行碰撞檢查，在進入該部位施工前發現碰撞沖突之后，通過設計變更或協調施工組織解決問題，降低乃至消除由于設計失誤引起的工程風險，事前控制風險也有利于減少后期的設計變更事件［4］。同時，由于Revit軟件對工程量可以快速、準確地計算和導出，減少了建設人員的時間消耗，從而降低了成本。

3.3.2施工可視化交底

由于橋梁工程結構復雜，在圖紙交底時常因為技術人員的知識背景參差而導致對圖紙的理解偏差。通過參數化建模，以三維的形式制作橋梁各部位構件，輸入各部位構件的尺寸材料屬性和工藝參數，建立鐵路拱橋的橋梁族庫，將二維圖紙轉變成三維立體圖，直接呈現在交底過程中，不僅實現了鐵路拱橋整體空間構造的可視，也為鐵路拱橋重要部位結構的施工提供可靠依據，有效降低圖紙造成的信息丟失風險，提高效果圖的交互性。見圖2。

3.3.3BIM技術在鐵路拱橋質量、安全管理方面的應用

（1）施工方案的優化。在施工開始之前，利用BIM技術對鐵路拱橋進行虛擬建造，虛擬建造過程中對施工工藝的模擬可以提前發現施工工藝、施工工序搭接、現場整體布局的不合理之處，從而對施工組織方案進行最優化調整，進而提升橋梁質量。

（2）現場信息控制。施工過程中，通過在現場布置監控攝像頭、傳感器、智能計量器具和智慧安全帽等設備，可有效采集現場施工數據。實時將數據上傳至BIM數據信息管理云平臺做算法處理，可實現智能系統對不符合質量要求及安全要求的行為做出超限自動預警。同時，通過影像資料和傳感器數據記錄的質量缺陷和不安全的施工行為，將發生的所有問題生成整改通知單并導出，便于工程管理人員及時處理問題，提高質量安全管理的效率。

3.3.4信息協同管理

在鐵路拱橋的BIM信息管理系統中，通過BIM技術、現場監測系統和移動互聯網構建鐵路橋梁的BIM施工管理云平臺，該平臺以BIM技術為核心，能夠儲存大規模工程數據。此外，還可以共享數據，實現項目各方在項目建設中的協同辦公，提高了項目參與者的管理效率，促進工程進度。

4結語

運用BIM技術對橋梁工程進行三維建模，實現橋梁施工工藝優化、工程量核算、可視化交底；對三維模型賦予造價信息、時間信息、質量安全標準信息，并與現場施工情況密切關聯，實現施工過程的動態管理；構建橋梁的BIM施工信息管理云平臺，可提高項目信息的共享效率，進而促進施工進度。BIM技術在橋梁工程動態管理、方案優化、信息共享等工作中的應用，使其在橋梁的質量安全、進度管理、成本控制等方面發揮重要作用，有效提升了橋梁工程施工的管理效率。

參考文獻

［1］龍云波.橋梁施工質量控制及常見問題解決措施［J］.交通世界，2015（15）：74-75.

［2］韋武朗.基于BIM的橋梁施工監控云平臺應用研究［J］.西部交通科技，2020（5）：148-151.

［3］王磊.BIM技術在道路橋梁施工管理中的應用分析［J］.商品與質量，2020（1）：49.

［4］蘇立勇，周軼，張志偉，等.BIM技術在軌道交通工程中的應用構想與實踐——以北京軌道交通19號線一期工程為例［J］.隧道建設（中英文），2020，40（10）：1 399-1 407.

作者簡介：楊林駿（1992—），講師，主要從事土木工程專業的科研和教學工作。