BIM技术在桥梁施工中的应用

一、BIM技术在施工阶段的应用分析
1.1桥梁施工采用BIM技术的价值分析
建筑信息模型(BIM)技术正在引发工程建立领域的一场彻底的技术变革，基于BIM技术，对设计方可实现集成化设计、优化设计、创新设计等，对施工方也可带来极大的价值，具体主要表达在：
（1）对设计方案和设计图纸的复核
由于用于施工的BIM模型是各专业的集成模型，各模型组装在一起后就可以进展不同专业模型之间的碰撞检查，这样就可以及时发现设计问题，同时，施工方还可通过整体模型了解整个设计意图，考虑施工的可行性，以便及时协调方案的修改，降低施工难度和本钱。

（2）施工方案的可视化
可以方便地将3D设计模型与施工方案、材料本钱等进展关联，形成施工信息模
型，该模型可以动态地模拟施工过程，施工人员可以方便地从视觉上检查施工方案的可行性、正确性，或者比拟不同的施工方案，优化和选择最正确施工方案以控制施工风险、降低施工本钱。

另外，施工模型还是各参与方交流的重要手段，通过模型演示施工流程，便于各参与方了解各阶段的工作。

（3）为业主提供完整的竣工模型
在施工阶段中对设计模型不断扩大施工信息，如施工方案、材料信息、供给商信息等等，在施工完成后，还可对将竣工图纸保存到BIM模型中，这就形成了业主真正需要的竣工模型，便于后续的运营维护工作。

1.2BIM技术在施工阶段应用的难点分析
（1）建立准确的、完整的三维设计模型，并交付给施工阶段
由于三维设计是一个集成化设计，需要将各专业或各分包商的设计模型组装在一起以形成完整的设计模型，因此，既要考虑选择适合各专业设计要求的三维设计软
件，又必须考虑个专业软件的文件格式，各专业完成的子模型必须格式一致或数据兼容，这样才便于模型的组装。

（2）施工资料的管理与使用
施工工程规模大，涉及到设计、监理、施工、供给商、分包商等众多单位，彼此之间的信息沟通十分复杂，产生的文件和数据数量惊人，图纸、说明书、报表、合
同、变更单、施工方案表等，包含的信息量大，如何高效地传递并保证权限受控、版本一致、历史记录有据可查，是必须要解决的问题。

（3）参与方的协同工作管理
参与方众多，而且可能工作地点不同，既有业工作，也有现场工作，如何保证在不同办公地点、不同单位的所有人员能够协同高效地工作，并且基于统一的BIM模
型，完成整个施工阶段，形成完整地竣工BIM模型，这种工作模式的改变是采用
BIM技术施工必须考虑的问题。

（4）施工控制、监测
桥梁施工技术复杂，风险大，既需要考虑利用BIM技术模拟施工过程和施工现场，以降低施工风险和本钱，也应对*些特定构造的施工进展监测，及时发现施工中的问题，并利用BIM模型进展分析，比拟与设计模型的误差，及时调整构件的制造尺寸、施工位移等。

二、Bentley面向桥梁施工领域的解决方案
Bentley面向桥梁施工的大致实施流程如下：
1.利用各类建模工具重建桥梁的三维模型；
2.将各专业建立的三维模型组装成i-model格式的总体模型；
3.利用ProjectWise管理施工工程的所有相关文档和模型；
4.制订施工方案，利用MicroStation等软件对三维模型按施工阶段进展分割；
5.将分割后的模型与相关的施工信息进展关联，形成虚拟施工模型；
6.基于施工模型进展施工模拟、施工分析、施工管理等。

以下是Bentley面向桥梁施工领域解决方案的总体构架图：
主要相关产品功能如下：
三、本工程BIM应用核心问题的解决方法
1.桥梁BIM模型的重建
由于设计阶段没有采用BIM技术，设计方不能提供该桥的三维模型。

该桥的构造形式较为复杂，主跨为钢箱梁单跨悬索桥，主塔为门式框架构造，引桥为连续箱梁和连续刚构，因此，本桥将使用多种工具软件来建立三维模型。

1）使用PowerCivil作为模型的总装平台
PowerCivil是Bentley土木行业的BIM平台，利用PowerCivil可建立地面数字模型、路线三维模型等，在PowerCivil中确定个墩台位置等，其他工具建立的子模型将按路线位置、墩台位置组装在一起，最终形成完整的由桩号高程信息的桥梁三维模型。

2）使用MicroStation建立主跨模型
MicroStation是一个通用的信息建模工具，利用MicroStation可以创立该桥特定构造的建模，如主跨钢箱梁、索构造等。

以下是省交通规划利用MicroStation完成的局部箱梁模型和图纸。

3）使用BridgeMaster建立连续箱梁及连续刚构引桥模型
利用BridgeMaster可以很快地在二维上完成连续箱梁和连续刚构的详细设计，并可直接将设计模型输出到PowerCivil中自动生成桥梁构造和钢束模型，如下列
图：
4）使用Proconcrete建立三维普通钢筋模型
Proconcrete是一个参数化的三维配筋软件，可实现任意混凝土构造的三维配筋模型的建立，并可做碰撞检查。

5) 利用Prosteel可进展钢构造的设计
Prosteel可以完成钢构造的三维建模、计算分析和详图。

由于Bentley的这些建模工具全部生成的是DGN模型文件，所以模型组装和数据互用不存在问题。

2.施工资料的管理
本工程涉及的文件、图纸、模型、说明书、合同、变更单、施工进度方案等繁多，通过ProjectWise可以保证所有资料分类管理、高效传递、权限受控、版本一致、历史记录有据可查。

各类资料还可以方便地发布到Web端或移动设备端，便于业主等相关人员的查看。

在施工现场也可方便地通过移动设备查看、查找相关资料。

3.参与方的协同工作管理
施工工程涉及到业主、设计方、监理、供给商、分包商等众多单位，如何让工程信息在各方准确及时地传递，如何让各方按照规定的步骤、模式去协同工作，防止合作上
的问题，提高合作效率，这是工程实施过程
中必须考虑的问题。

以前的交流合作主要基
于图纸和相关文件，而且是相互之间多对多
的交流配合方式，采用BIM技术后，各方可
以基于整个工程的BIM模型来进展沟通和合
作。

ProjectWise为参与方提供了一个协同平
台，其管理的容核心就是工程的BIM模型，
所有参与方可通过ProjectWise共享工程的
BIM模型，并以此为中心进展沟通，从而保证
了信息的一致性、及时性、准确性，实现工
作的协同，提升了工作效率。

4.碰撞检查
利用Navigator可以浏览整个三维模型，并可对各子模型之间进展碰撞检查，也可对部的钢筋、钢束之间进展碰撞检查。

在施工前通过碰撞检查，可提前发现设计存在的问题。

5.施工进度模拟和分析
将构建的三维模型与预定的施工方案进度进展挂接，在Navigator中就可以进展4D施工模拟，借此就可以验证施工进度方案的可行性、分析施工方案进度存在哪些问题和矛盾，如果再与材料本钱进展连接，就可以比拟不同施工方案的费用，从而降低整个施工本钱。

6.施工现场管理
利用MicroStation等软件，可以建立施工现场的模型，模拟工地的现场情况，规划施工设备的出入场地方案。

还可对大型机械运行的空间进展分析，以便确定机械设备的平安运行空间，防止施工设备的相互干扰。

7.工程算量和本钱管理
工程本钱的控制已成为工程建立企业迫切需要解决的问题，传统的技术手段主要依靠手工，根据图纸及相关报表来大致估算，由于图纸数量巨大，相互之间没有详细的关联信息，要准确计算是不可能的。

基于BIM技术建立整个设计模型后，通过模型的组成构件及其详细的工程属性，就可以准确地计算出设计模型的工程数量，结合定额软件，也可计算出施工阶段的材料实际消耗量。

通过准确算量，就可以准确采购，限额领料，从而降低采购本钱，防止不必要的余量库存。

利用MicroStation和PowerCivil可以准确地计算出构件的材料数量、土石方量等。

8.施工控制和施工监测
RM Bridge是世界顶尖的桥梁构造计算分析软件，广泛为世界各国的桥梁设计、咨询、施工及检测加固单位所使用，其中使用RM进展设计施工比拟著名的悬索桥有：瑞士的Hoga Kusten桥〔主跨1200m〕;挪威的Hardanger桥〔主跨为1310m〕；意大利的默西拿跨海大桥〔主跨3300m〕中国的四渡河特大桥(主跨为900m)。

构造线形控制、应力控制和稳定性控制是大型桥梁尤其是悬索桥施工控制和检测的重点。

RM Bridge 具有施工控制模块、风力计算模块和高效的几何线形非线性计算引擎，能够充分满足大型桥梁的施工控制和监测任务。

在RM Bridge 的施工控制模块，能够准确计算装配顺序、设计荷载影响下构造的位移和变形，主要功能特点有：a〕当前阶段的构造力和位移是以上一阶段变形后为计算起点，并能对实际变形的构造进展大位移几何非线性迭代分析，从而能够准确的连续监控和计算跟踪整个施工装配过程；b〕可以将构造的制造形状〔无应力形状〕作为荷载参加构造非线性几何迭代运算中，以
正确考虑构造形状和制造误差对构造施
工线性的影响；c〕对施工装配中不同阶
段直接的面面对接和线面对接进展精准
模拟，可以考虑装配阶段首尾节点与单
元本身位移〔平移+旋转〕之间的差值，
并能修正单元之间的扭转。

RM Bridge风力计算模块功能较为丰
富，我们可以看作是数值风洞〔如下列
图所示〕。

能够计算截面、主梁的抗风
稳定性，这一点在施工过程中尤其连续刚构
最大旋臂施工阶段显得尤为重要，在沿河、沿海施工时构造的抗风稳定性不容无视。