用BIM“智”造橋梁工程

目前，BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用較為成熟，在橋梁建設(shè)工程中尚處于發(fā)展階段。如何使B I M技術(shù)在橋梁建設(shè)工程中的價值得到最大化，是目前交通運輸行業(yè)的關(guān)注焦點之一。

B I M的價值體現(xiàn)在工程建設(shè)全生命期實現(xiàn)各方信息交流，根據(jù)需求，利用B I M技術(shù)提高設(shè)計、施工和運維管理效率與質(zhì)量。

設(shè)計階段的應(yīng)用

在設(shè)計階段，B I M的設(shè)計方案在預(yù)可行性研究報告、工程可行性研究報告以及投標階段，利用衛(wèi)星或無人機對場地進行快速建模，對橋梁設(shè)計方案進行選擇、優(yōu)化與調(diào)整。通過VR（虛擬現(xiàn)實）眼鏡進行身臨其境的瀏覽。通過協(xié)同設(shè)計、參數(shù)化建模、碰撞檢測，與計算機分析軟件相結(jié)合，以及相應(yīng)的輔助軟件，可以更好地體現(xiàn)出BIM在設(shè)計階段的價值。

BIM協(xié)同設(shè)計 通過BIM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，將設(shè)計人員按專業(yè)分工，統(tǒng)一納入系統(tǒng)進行協(xié)同設(shè)計，可以提高設(shè)計信息流轉(zhuǎn)效率。協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)管理著整個設(shè)計流程，并可與企業(yè)其他信息管理系統(tǒng)集成，形成設(shè)計企業(yè)信息化的構(gòu)架，因此，要重視協(xié)同設(shè)計。

參數(shù)化建模 參數(shù)化建?？蓪崿F(xiàn)常規(guī)標準化橋梁、沉管隧道以及主橋主要構(gòu)件的參數(shù)化。參數(shù)化建模還可建立三維上、下部構(gòu)件的標準化庫，如箱梁、墩身、基礎(chǔ)等，根據(jù)原始基礎(chǔ)資料及線路設(shè)計資料，自動化、批量化完成全線引橋橋梁的設(shè)計建模。

碰撞檢測 BIM技術(shù)還可模擬碰撞檢查，包括設(shè)計過程中鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋的碰撞檢測，橋上橋內(nèi)設(shè)施、隧道內(nèi)機電管線的碰撞檢測，以及設(shè)計階段其他構(gòu)件的干涉檢測。

B I M與計算分析軟件結(jié)合 在傳統(tǒng)的設(shè)計中，圖紙模型與計算模型是相互割裂的。通過B I M與計算分析軟件結(jié)合，研發(fā)參數(shù)化建模軟件，通過參數(shù)化建模的方式生成三維模型；同時模型能導(dǎo)入分析軟件進行分析計算，實現(xiàn)高效的全橋設(shè)計和分析計算過程；將B I M三維模型局部導(dǎo)入有限元計算軟件計算，通過計算結(jié)果修訂三維模型，從而實現(xiàn)建模和分析計算的高效統(tǒng)一。

輔助設(shè)計工具 通過輔助設(shè)計工具，如B I M地質(zhì)模型，可實現(xiàn)橋梁、沉管隧道與線路、地形、地質(zhì)的關(guān)聯(lián)化；借助地質(zhì)模型，實現(xiàn)地基承載力的自動計算，隨著結(jié)構(gòu)的移動，可以自動計算樁長。通過輔助軟件，可保證設(shè)計更快速地完成，如二維出圖、交通流量分析、工程量統(tǒng)計等功能。

此外，還要建立B I M數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管理勘察、設(shè)計、建模、分析中的工程數(shù)據(jù)，為施工以及運維階段數(shù)據(jù)庫建立奠定基礎(chǔ)，以促進設(shè)計階段的BIM技術(shù)使用價值最大化。

施工階段的應(yīng)用

在橋梁建設(shè)的施工階段， 鋼構(gòu)件的制造、預(yù)拼裝， 工程的施工策劃， 施工質(zhì)量驗收管理， 結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與動態(tài)更新， 資源管理以及數(shù)字化校驗與移交，都可以通過BIM技術(shù)提高效率。

制造與預(yù)拼裝 鋼構(gòu)件制造一體化有三種方式，其一是在三維模型軟件中，導(dǎo)出二維圖紙來供實際加工使用；其二，應(yīng)用部分自動化的功能對三維模型進行輔助加工制造，如TeklaStructures所具有的自動套料排版功能生成制造輸出數(shù)據(jù)；其三，將三維模型以中間數(shù)據(jù)格式的方式同數(shù)控設(shè)備進行直接對接，以自動化方式完成對零部件的精確制造。如T e k l a S t r u ctu r e s的.d s t v格式就能夠同F(xiàn) i c e p以及H G G 公司所生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備直接對接。預(yù)拼裝時，在結(jié)構(gòu)零部件生產(chǎn)完畢、實際拼裝的過程中，不可避免地會發(fā)生拼裝失敗的情況，可運用B I M技術(shù)在虛擬環(huán)境中進行拼裝測試，提前發(fā)現(xiàn)問題，減少返工和整改而造成的經(jīng)濟損失，優(yōu)化裝飾方案，提高放樣精確度，加快施工效率，動態(tài)進行施工成果展示等。

4D施工策劃 通過B I M技術(shù)進行施工過程模擬，可在施工之前，就能看到并了解整個項目施工的詳細過程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來的人力物力消耗，為實際工程項目施工提供經(jīng)驗和最優(yōu)的可行方案。通過B I M技術(shù)進行施工工藝模擬，可為關(guān)鍵施工步驟模擬提供可視化解決方法，解決施工中存在的錯漏碰缺。通過B I M技術(shù)結(jié)合施工作業(yè)指導(dǎo)書、施工仿真動畫，快速地表達施工步驟，可大大減少誤讀，避免質(zhì)量問題、安全問題，減少返工和整改。

施工質(zhì)量驗收管理 利用BIM技術(shù)可實現(xiàn)手機端和網(wǎng)頁端的質(zhì)量檢驗和審批流程：施工方可利用APP錄入提交質(zhì)量檢驗相關(guān)信息，通過系統(tǒng)推送至監(jiān)理方，再經(jīng)審核后推送至業(yè)主驗收，實現(xiàn)施工過程管理無紙化，提高管理效率。

結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與動態(tài)更新 通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)， 利用已建B I M模型進行仿真分析，并利用橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別機理和云端數(shù)據(jù)庫，及時更新結(jié)構(gòu)自身狀態(tài)和力學(xué)性能信息，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全評估和智能預(yù)警，并最終為運維階段提供真實可靠的BIM模型信息。

5D資源管理 通過5D工程算量，自動計算整個工程、任意WB S節(jié)點在任意時間范圍的工程量以及累計工程量；自動計算指定時間段內(nèi)相應(yīng)的人力、材料的計劃用量和實際消耗量；

預(yù)測指定日期的資源消耗量，并以此為依據(jù)指導(dǎo)采購。計量支付方面，基于施工B I M模型進行計量，保證項目、數(shù)量、進度、細目等的準確性；

自動生成驗收申請報告，并附帶相關(guān)信息；自動生成計量支付申請報告；

動態(tài)顯示項目的計量支付狀態(tài)。

數(shù)字化校驗與移交 利用三維掃描儀，對構(gòu)筑物進行三維掃描獲得目標物三維點云數(shù)據(jù)，通過三維模型與點云模型進行對比和可進行外觀質(zhì)量復(fù)核。利用探傷儀獲得目標物內(nèi)部缺陷， 進行構(gòu)件質(zhì)量復(fù)核。施工結(jié)束后，將形成一個真實反映建筑物的竣工模型和包含質(zhì)量、設(shè)備、文檔等信息的數(shù)據(jù)庫，這些將作為施工成果移交到運維階段。

運維階段的應(yīng)用

在橋梁運營和維護階段， 利用B I M 云平臺和B I M 的各個管養(yǎng)子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)更加精細化的管理，體現(xiàn)出BIM技術(shù)的實用價值。

橋梁B I M建養(yǎng)一體化云平臺 應(yīng)用4 D 建模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成及移動互聯(lián)技術(shù)，建立橋梁建養(yǎng)一體化平臺，可實現(xiàn)建養(yǎng)全過程的信息共享和動態(tài)模擬， 進行橋梁運維的準確評估、快速預(yù)警和高效決策。該平臺可解決全壽命周期的可視化信息共享問題，實現(xiàn)橋梁精細化、動態(tài)化管理，并可及時“感知橋梁”，在結(jié)構(gòu)危險萌芽階段發(fā)出預(yù)警。

其中，該平臺的橋梁感知系統(tǒng)，是通過檢測系統(tǒng)，獲得橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)及環(huán)境等數(shù)據(jù)信息的；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過高效數(shù)據(jù)訪問通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)于廣域網(wǎng)中的安全傳輸；中央大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是實現(xiàn)橋梁群現(xiàn)場感知信息的中央云存儲；虛擬鏡像還原系統(tǒng)，將各座橋梁現(xiàn)場服務(wù)器環(huán)境虛擬化還原到數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)在國家工程中心近端集中管理分析遠程數(shù)據(jù)的需求。

橋梁BIM管養(yǎng)系統(tǒng) 該系統(tǒng)中的多災(zāi)變誘因遠程實時感知傳輸子系統(tǒng)，針對車輛、強風(fēng)、地震、波浪、水流、船撞、火災(zāi)等多災(zāi)害作用下，集群工程發(fā)生的災(zāi)害行為及后果，采用并發(fā)采集技術(shù)和遠程高效傳輸系統(tǒng)，建立多災(zāi)變誘因下的集群工程實時感知分析系統(tǒng)，建立高效的橋梁監(jiān)測實時并發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，感知結(jié)構(gòu)響應(yīng)、預(yù)測災(zāi)變行為。

數(shù)字化巡檢子系統(tǒng)，充分發(fā)揮了G I S技術(shù)、智能識別技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在現(xiàn)代工程中的巨大作用，將智能信息化產(chǎn)品和技術(shù)手段融入橋梁運維系統(tǒng)工程中，實現(xiàn)橋梁運營和管理的智能信息化、標準化、規(guī)范化。

評估與預(yù)警決策子系統(tǒng)，建立橋梁災(zāi)害作用預(yù)警級別與預(yù)警閾值，利用大數(shù)據(jù)方法進行評估預(yù)警數(shù)據(jù)分析挖掘，以及基于監(jiān)測與檢測數(shù)據(jù)的橋梁性能綜合評估，研發(fā)基于多目標決策方法的遠程決策與管理系統(tǒng)及應(yīng)急處置技術(shù)。