建筑信息模型在橋梁工程中的應(yīng)用探究

黃婧，左興龍，陳琴梅

（內(nèi)江師范學(xué)院建筑工程學(xué)院）

1 引言

橋梁工程因工程量大，施工難度高，環(huán)境復(fù)雜，一直是建筑行業(yè)的硬骨頭。由于這些特性，橋梁工程的各個階段都有較高的技術(shù)要求，這也提高了對從業(yè)人員的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，在傳統(tǒng)橋梁工程中因為其復(fù)雜性和高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計階段的工作效率一直比較低，一旦出現(xiàn)某些錯誤就很可能需要重新來，其中有大量的無用功。而在施工階段，協(xié)調(diào)各個部門的工作也是一件不容易的事情，因為施工現(xiàn)場的具體情況而做出的施工計劃的變更也不能在第一時間傳達(dá)到各個施工部門，并做出相應(yīng)的調(diào)整。在橋梁的運營維護(hù)階段，制定整座橋梁的運營維護(hù)方案也是一件耗時耗力的工程，而且僅憑人力難免會有疏漏。而將建筑信息模型引入到橋梁工程的各個階段能有效地提高整體效率，節(jié)約工程成本，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 建筑信息模型的特點及優(yōu)勢

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）的根本理念是通過采集建筑工程中的各種信息，建立一個建筑工程的模型，全程模擬建筑工程從設(shè)計階段、施工階段到運營維護(hù)階段的實況。開放、中立、協(xié)作依然是建筑行業(yè)的基調(diào)。為了讓建筑信息模型得到更好的發(fā)展，業(yè)界大力推動了建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，促進(jìn)個人建筑信息模型認(rèn)證（建筑行業(yè)將根據(jù)各自的經(jīng)濟(jì)能力進(jìn)行培訓(xùn)工作），同時，更多的采用開放建筑信息模型流程[1]。建筑信息模型的建立是現(xiàn)在多種技術(shù)的結(jié)合，是其包含在內(nèi)的各種先進(jìn)技術(shù)的能力的互補(bǔ)，因其具有可視化、模擬化、優(yōu)化性等特點，有利于各種建筑工程（橋梁、道路、市政水利管道、裝配式建筑、隧道等）提高工程整體效率，降低施工難度，減少不必要的設(shè)計成本，并且通過建立建筑信息平臺來達(dá)到信息共享，幫助工程中的各個部門協(xié)同合作。

1）可視化

建筑信息模型是通過參數(shù)建造的三維模型，可以將橋梁工程從大到小、事無巨細(xì)的呈現(xiàn)出來，包括橋梁的整體結(jié)構(gòu)形狀到橋梁中某一構(gòu)件的大樣和參數(shù)。較之平面設(shè)計圖紙，其識圖更加方便，減少碰撞沖突，使整個橋梁工程透明化，更有利于后續(xù)的施工階段與運營維護(hù)階段。

2）協(xié)調(diào)性

建筑信息模型構(gòu)建了一個可以實現(xiàn)信息共享，數(shù)據(jù)動態(tài)更新的交流平臺。通過這個平臺，凡是參與了這個工程項目的相關(guān)部門都可以實現(xiàn)信息實時共享。同時在橋梁工程的施工階段，各個部門協(xié)同合作時，某一處發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行了數(shù)據(jù)的更改，那么其他相關(guān)的部門也能在第一時間收到反饋，并根據(jù)反饋對自己的施工計劃做出相應(yīng)的調(diào)整。這樣的工作模式大大提升工程建設(shè)的效率。

3）模擬性

建筑信息模型不僅可以根據(jù)參數(shù)和相應(yīng)要求建造模型，它同時也具備很強(qiáng)的模擬性能。它可以在預(yù)設(shè)模型的基礎(chǔ)上模擬光照，溫度，風(fēng)環(huán)境等工程項目周邊自然環(huán)境，還可以模擬出施工場景，包括人員，材料，大型器械的安排，場地內(nèi)各個不同功能區(qū)域的劃分。而在加入時間因素的條件下，建筑信息模型還可以模擬出隨時間的推移，施工工程進(jìn)度的變化。

建筑信息模型是一種結(jié)合了多種技術(shù)，包括：三維建模、云平臺、統(tǒng)籌計算、環(huán)境信息采集與模擬等。它是多數(shù)技術(shù)的集合體，擁有多種技術(shù)的優(yōu)點，但它并不是單純的1+1=2 的結(jié)合，它的結(jié)合甚至使技術(shù)體現(xiàn)了1+1＞2 的效果。建筑信息的運用不論是在提高工程效率，提升工程質(zhì)量，加強(qiáng)各工程部門之間的協(xié)同合作方面都有著出色的表現(xiàn)。特別是在橋梁工程這種設(shè)計要求高，施工難度大，后期運營維護(hù)程序復(fù)雜，建設(shè)期間不可控因素多的高難度工程中，建筑信息模型的應(yīng)用，實乃橋梁工程建設(shè)的 福音[2]。

3 建筑信息模型在橋梁工程各個階段的應(yīng)用

3.1 建筑信息模型在橋梁工程設(shè)計階段的應(yīng)用

橋梁的設(shè)計階段一直是整個工程項目實施過程中技術(shù)難度高，計算量大，設(shè)計任務(wù)繁重，成本高的階段。建筑信息模型的應(yīng)用能有效地較少工作量，提高工作效率，具體應(yīng)用如下。

1）建立模型

建筑信息模型通過收集建筑工程數(shù)據(jù)資料，施工地點周圍地理環(huán)境資料進(jìn)行資料的整理和施工環(huán)境的模擬，讓橋梁工程的設(shè)計工作落到實地，不脫離現(xiàn)實，更具有實用性。同時，其建立的模型不僅僅是橋梁的整體外形，還細(xì)化到橋梁的各個部位、構(gòu)件、材質(zhì)。這樣細(xì)致有條理的建模極大程度上節(jié)約了設(shè)計時間，減少了設(shè)計成本，提升了設(shè)計效率[3]。同時，我們可以通過對特定部位的模擬放大，結(jié)合實際環(huán)境條件，減少了設(shè)計與施工的矛盾，不會出現(xiàn)因設(shè)計過于理想化而施工困難甚至無法施工的情況[4]。并且，建筑信息技術(shù)建立的模型不僅是橋梁工程所需的全橋模型，還包括地質(zhì)模型。該模型通過衛(wèi)星掃描、無人機(jī)航拍、地質(zhì)勘測等方式獲取相關(guān)地理地質(zhì)信息，構(gòu)建施工地點的地質(zhì)模型。地質(zhì)模型與全橋模型的結(jié)合運營才能使整體的設(shè)計效率顯著提高，減少設(shè)計成本[5]。

2）導(dǎo)出圖紙

在生成設(shè)計圖紙階段，由于建筑信息模型有之前各種工程相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，生成的圖紙具有更詳細(xì)、更形象、更清晰的特點，更有利于工作人員的辨識。同時，通過建筑信息模型導(dǎo)出的圖紙種類更豐富，包括：平面圖、縱橫立面圖、剖面圖，各部位三維模型，構(gòu)件詳圖。較之二維平面圖更具有優(yōu)勢。而且，建筑信息模型具有信息交流平臺，可以起到信息共享的作用。在適應(yīng)多變的環(huán)境是，對設(shè)計不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，信息的共享可以使各個部門在最短的時間內(nèi)對自己負(fù)責(zé)的工作進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到各部門協(xié)同合作的目的。而且圖紙的不合理處的修改也只需修改一次，因為所有的數(shù)據(jù)都是共通的。這樣，大大節(jié)約設(shè)計時間，提高了橋梁工設(shè)計的質(zhì)量[6]。

3）工程量的計算

因為在建模時用到了各種詳盡的數(shù)據(jù)，所以可以輕松的制作出橋梁工程的工程量統(tǒng)計表格。而在對某項數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整時，該表格的數(shù)據(jù)也會在相應(yīng)的規(guī)范下自行做出相應(yīng)的調(diào)整。從而在該數(shù)據(jù)表格的基礎(chǔ)上，對橋梁工程進(jìn)行精確的成本計算[7]。

4）設(shè)計分析

在橋梁工程設(shè)計階段，設(shè)計成果不是一次性成型的，需要經(jīng)過多次的修改、反復(fù)校準(zhǔn)、解決問題。在平面設(shè)計階段，這是一件很麻煩的事，需要不停地重復(fù)，非常的繁瑣費時。而建筑信息模型的運用，可以在直接對橋梁設(shè)計進(jìn)行評估、校核并生成報告，效果顯著。橋梁建設(shè)的各個單位就可以根據(jù)這些報告提出修改意見，并立刻就能看到修改后的效果，這樣省時省力，大大提高了設(shè)計效率[8]。同時，我們還可以運用建筑信息模型來實現(xiàn)橋梁工程的碰撞檢查，包括時間流程碰撞和幾何碰撞，這減少了后期橋梁施工時的麻煩。

3.2 建筑信息模型在橋梁工程施工階段的應(yīng)用

在橋梁工程的施工階段，我們可以利用建筑信息模型的可視性、模擬性、參數(shù)一體化、可優(yōu)化性來提高施工效率和工程質(zhì)量?？梢愿鶕?jù)在設(shè)計階段建立的模型，結(jié)合施工環(huán)境的實際情況來挑選和安排合適的施工團(tuán)隊，制定施工計劃。因為建筑信息模型可以呈現(xiàn)三維模型，可以更有利于施工人員識圖，減少因?qū)D紙不理解而造成的問題。同時，施工人員可以在接觸實際施工環(huán)境后對設(shè)計圖紙進(jìn)行分析和審核，盡力避免因圖紙與實際不符而造成的返工等問題[9]。

憑借建筑信息模型，可以進(jìn)行場地的布置，人員、器械的進(jìn)出場與安排，還可以借助建筑信息模型提前模擬出施工環(huán)境，如：材料的進(jìn)出與堆放，工人生活設(shè)施的布局，各項工程的活動區(qū)域劃分等。在此基礎(chǔ)上可以合理的安排人員的進(jìn)出場的次序，設(shè)備的采購時機(jī)，大型器械的進(jìn)出場與安置。還能借助建筑信息模型的數(shù)據(jù)庫對施工原材料進(jìn)行合理的控制，包括材料的種類、參數(shù)配比、數(shù)量和市場行情等，以求在符合施工質(zhì)量要求的前提下，購買最高性價比的施工原材料[10]。因此，在有效地控制施工成本與人力資源的同時，使施工管理更安全合理[11]。

建筑信息模型具有模擬時間線的能力，可以有效地控制施工進(jìn)度，進(jìn)行實時管理。合理安排工期，避免延期、滯工、工程沖突等問題。同時，基于參數(shù)一體化，我們可以對工程的資金成本形成動態(tài)管理。而這一系列的模擬與參數(shù)化也為安全決策的提出提供了支持[12]。

建筑信息模型可以在橋梁工程施工階段公開設(shè)計數(shù)據(jù)，分享給參與橋梁施工的各個部門，縮短了各部門之間的溝通距離，也減少了生產(chǎn)橋梁構(gòu)件的廠家生產(chǎn)時的構(gòu)件誤差。數(shù)據(jù)的公開，可以對施工資源進(jìn)行合理的控制與安排，避免了施工資源的浪費。

3.3 建筑信息模型在橋梁工程運營維護(hù)階段的應(yīng)用

在橋梁工程的運營維護(hù)階段，通過借助建筑信息模型構(gòu)建的全方位信息平臺實現(xiàn)多方單位信息共享，有效提升管理效率。同時，運用建筑信息模型的可視化、模擬性的特點實行工程全程實時監(jiān)測，特別是對整體工程進(jìn)行分析后列出的薄弱環(huán)節(jié)的重點監(jiān)測，可以讓我們在第一時間做好預(yù)防工作。而建筑信息模型信息共享平臺的信息變更、動態(tài)更新與透明化也為建筑工程多方單位開展協(xié)同管理提供了基礎(chǔ)[13]。

通過建筑信息模型，可以借助橋梁工程的信息模型和施工信息定制一套合理的運營維護(hù)方案，保證橋梁工程的合理運營。同時，為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，對橋梁工程的運營階段進(jìn)行最大程度的資源利用，避免了能源的浪費。一般情況，此項工作對人員專業(yè)素質(zhì)要求較高，操作難度不低，因此可以利用建筑信息模型對橋梁設(shè)備進(jìn)行實時能耗監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳至評估網(wǎng)站，從而制定最低能耗的維護(hù)方案，以延長橋梁的使用壽命[14]。建筑信息模型與GPS 技術(shù)的結(jié)合，將整個橋梁工程根據(jù)不同的條件進(jìn)行分段管理，再針對特定段進(jìn)行深入運營維護(hù)方案的制定。

建筑信息模型可以將橋梁工程的各種信息數(shù)據(jù)化，構(gòu)建起一致化的數(shù)據(jù)信息模型，通過此模型，可以利用計算機(jī)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并對這些信息進(jìn)行統(tǒng)一化的管理。同時，根據(jù)此模型針對傳統(tǒng)的運營系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，建立一個全新的、高效的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立也在一定程度彌補(bǔ)了因人員自身專業(yè)能力的不足而造成的運營方案的不足。這樣有效降低了工作強(qiáng)度，提升了工作效率[15]。

4 結(jié)語

建筑信息模型的優(yōu)勢可以在橋梁工程中得到充分的發(fā)揮，有效地提高效率，減少工作量，節(jié)約成本，創(chuàng)造巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。但是在橋梁工程中應(yīng)用建筑信息模型還在初級階段，還需進(jìn)一步加深建筑信息模型與橋梁工程的聯(lián)系，繼續(xù)挖掘兩者結(jié)合的巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>