刘可心 李彦婕 杨亚丽
【摘 要】BIM作为目前国内建筑业热门的技术之一，因其可视性、协同性强等特点展现出良好的应用效果而愈加受到重视，并在建筑工程中得到广泛应用。本文结合国内多位学者的研究资料分析了BIM技术在桥梁工程全寿命周期的应用以及创造的价值，指出目前尚待解决的问题，并对其应用前景进行展望。
【关键词】BIM技术；桥梁工程；全寿命周期
0 引言
BIM（Building Information Modeling）是以三维数字为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达[1]。其概念于1975年首次被提出，继而美国于2007年颁布了第一个国家BIM标准，BIM技术开始在国外广泛应用。BIM技术因其具有可视性、模拟性、优化性、协调性、和可出图性等特点在工程中发挥了重要作用，提高了建筑行业的效率。2001年，BIM技术开始逐步在我国建筑行业中得到应用。上海中心大厦、中国尊等一批重点工程全面采用BIM技术，带来了工作效率的显著提升。随着住建部发布建筑业信息化发展“十三五”规划，BIM技术已列为重点发展技术之一。各省市如北京、广东、上海等各地政府也相应出台了相关政策推动BIM技术的应用。在国家政策支持和BIM技术本身具有的优势下，BIM技术受到广泛关注并成为理论研究和实践应用的热点技术之一。
桥梁工程是国家基础设施的重要组成部分和交通系统的节点。随着城市和社会经济的发展，桥梁工程的规模日益扩大，大型桥梁、特大型桥梁工程，其复杂的结构要求和多变的造型形式，使得传统的设计方法和施工手段体现出很多弊端。同时，大量已建桥梁工程由于“老龄化”和服役条件恶化导致病害问题突出，安全事故日益增多，據统计我国危桥总数已达9.4万座，占现有桥梁的1/9，且今后这一比例还会不断提高[2]。桥梁运维阶段的安全监测和养护十分重要。因此，基于桥梁工程全寿命周期的精细化管理、信息化管理急需新的信息技术支撑。学者们围绕BIM技术及其在桥梁工程中的应用开展了大量理论研究，这些研究为BIM技术在桥梁工程全寿命周期中的实践应用及BIM技术的发展提供了理论依据。
1 BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用
设计阶段对节约投资、控制工程进度、质量等起着关键性的作用。在传统设计方式下，各专业设计人员分散工作导致各专业工程之间容易产生不协调或碰撞，到施工过程中才发现问题，从而导致设计变更，增加成本。而BIM技术提倡的就是协同工作，设计人员基于同一个平台进行信息共享和交流，改变了传统的设计模式，通过软件的自动碰撞检查不仅提升了工作效率，而且使得大量的冲突问题在施工前就得已解决，大大的降低了设计变更的数量，从而减低了工程造价。韩厚正等学者深入分析了BIM应用于桥梁设计时在可视化、参数化设计、智能化设计、自动化制图和协同工作等诸多方面的价值，表明BIM在桥梁设计中的应用不仅能显著提高设计效率和质量，更有利于优化和再造桥梁设计乃至全生命周期管理的流程，可极大地提升桥梁工程的建设与管理水平[3]。
BIM技术根据工程实际信息建立的三维模型，使整个桥梁工程可视化水平高，通过模型、动画、漫游等方式可以直观的将设计理念传递给业主，便于业主方理解和决策。刘智敏等学者通过分析BIM技术在实际工程设计阶段的应用，得出BIM技术可以大幅度改善业主与设计方的沟通效率，从而为优化设计和建设阶段工作奠定良好的基础[4]。
2 BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用
2.1 可视化技术交底
施工阶段技术人员通常以图纸和规范进行技术交底，可视化程度低，交底时施工人员易产生理解错误而导致施工材料浪费或施工进度拖延。曹旭光等研究发现利用BIM模型向施工单位进行技术交底，能够通过BIM模型的可视化性和信息性向施工人员详细介绍设计思路，对施工危险、施工难度大的地方进行协调修正，避免实际施工工艺与施工图纸产生分歧的情况，从而避免施工浪费与质量不达标的问题[5]。
2.2 施工模拟与施工工序的优化
与普通建筑工程相比，桥梁工程的施工环境多变，对施工方案要求高，因环境等客观因素导致的不可预测因素较多，难以保证施工方案的可行性。基于BIM技术可以进行桥梁工程的施工模拟。即施工前根据施工方案将BIM模型进行切分、定义BIM模型的时间、位置、资源需求等参数，在计算机中模拟桥梁建造过程[6]。用这种方法，将施工时间作为单位，对施工进行模拟，同目前施工现场的环境相结合，及时调整工程情况，从而对不同的施工方案进行调整[7]。李红学等结合实际工程项目利用BIM技术和模拟技术，将桥梁三维模型与施工方法有效集成在一起，进行桥梁施工工序的模拟，指出应用BIM技术进行生动、直观的过程模拟，可以对桥梁的复杂工序进行细化分析，进而对施工工序进行优化，施工人员可以有效分析复杂结构的施工工序是否合理、预制构件的吊装程序是否合理[8]。
2.3 施工管理优化
传统管理思想是一种被动管理，即等待问题发生后再采取相应措施，而基于上述可视化技术交底和施工模拟，项目管理人员可以提前发现工程中出现的问题并及时解决，做到事前管理，提高管理效率和管理水平。王凤琳等学者结合襄阳汉江三桥工程、武汉江汉六桥工程实例，将BIM技术应用于工程项目的施工管理、成本控制，采用Revit软件和Tekla 软件创建三维模型，导入Navisworks软件中进行整合、分享和审阅，实现了设计图纸交底、技术方案优化、机械设备协同和物资材料管控[9]。除此之外，在以往三维模型加时间维度的4D模型基础上，5D模型再与成本相结合，实现了包括物料、施工进度、资金流量等方面的施工阶段的动态管理。
3 BIM技术在桥梁工程运维阶段的应用
桥梁工程的运营阶段在桥梁工程全生命周期里是耗时最长、信息量和管理的工作量最大的一个阶段，这一阶段的时间远远超出建设阶段的时间，同样的该阶段的成本大约占建设项目全寿命周期的55%～75%[10]。因此有效控制和管理该阶段十分重要。
桥梁工程结构体量大，施工环境多变，而在运营阶段，所需的信息量更大，参与的人员更广。在传统桥梁工程中，由于不同阶段涉及专业众多，在信息的建立与传递过程中容易造成数据丢失，对后期桥梁的运营维护造成较大的困难。李亚君研究分析了基于BIM技术的桥梁工程运营精益管理、基于BIM技术的协同工作平台和其他一些应用，指出通过构建基于BIM技术的协同工作平台，并结合计算机“云”技术等网络技术，将实时的桥梁运营信息以共享的方式传递到各个参建方和相关管理部门，让各方及时获取相应信息并制定下一步决策[11]。
桥梁养护作为后期运维的重点之一，一直以来受经济和技术条件限制，存在“重建輕养”现象，而BIM技术的到来一定程度上解决了技术上的问题。沈海华等在分析中国公路桥梁管理系统（CBMS）的基础上，初步探讨BIM技术与地理信息系统（GPS）相结合的应用模式及可视化桥梁养护信息的实现方式，结合桥梁信息模型的特点，分析了建立专家辅助决策系统的可能性，为BIM在桥梁养护管理系统中的应用发展提供参考[12]。BIM技术不仅可以在一个完整桥梁项目的运维阶段发挥明显成效，还可以有效解决既有桥梁工程运营维护的难题。周红波等提出了解决既有桥梁建筑信息模型快速重建关键技术，解决了既有桥梁建筑信息模型创建问题；进而借助项目案例，完整地展现从既有建筑信息模型到运维管理系统的实现技术路线，为既有桥梁建筑以及其他类型既有建筑的BIM技术应用找到了一条全新道路[13]。
4 桥梁工程量统计
传统桥梁工程中其工程量和造价主要依靠人工计算，其工作量大、校核时间长、精准度及效率较低。不同专业造价人员的参与容易造成信息冗余和共享困难的现象。引入BIM技术后，各阶段工程量及造价不仅可以通过软件进行快速准确的计算，还可以将每个阶段的数据储存在同一个数据库中，为下一阶段提供数据支撑，更便于校核与调取。汪杉通过Revit以桥梁变髙箱梁为例，指出在配筋完成之后，通过BIM得出的工程量数据不仅可以估算桥梁造价，为方案拟定提供真实可靠依据，还可以为以后施工阶段编制施工图预算提供数据支撑[14]。
5 结语
BIM技术作为现阶段桥梁工程中最热门的技术之一，其应用效果突出于可视化、模拟、协同性强等特点必定使得该项技术在未来建造工程中担任愈加重要的角色。比起房屋建筑领域，BIM技术在桥梁工程中的研究应用尚处于起步阶段。目前鲜有较完整的应用案例，多数研究仅集中于BIM技术在桥梁设计阶段和施工模拟中的应用。而BIM技术在桥梁后期监测和维护中的应用尚存在很大的研究空间。设计阶段BIM应用的核心是模型建立，而目前桥梁工程方面的软件针对性不强，建模效率较低。除此之外，目前企业中缺乏具有相应能力的专业BIM团队，缺乏统一的执行标准，将BIM理论运用到实际工程中还存在较大距离。今后对桥梁工程等大型基础设施工程的软件开发方面值得更加深入的研究，同时也应加强技术人才的培养。相信在国家政策的指导下，随着研究力度和深度的加大，BIM技术将会在桥梁工程全寿命周期中展现更大的价值。
【参考文献】
[1]National Institute of Standards and Technology.http：//www.nist.gov[DB/OL].[2009-4-13].
[2]张喜刚，刘高，马军海，吴宏波，付佰勇，高原.中国桥梁技术的现状与展望[J].科学通报，2016（Z1）：415-425.
[3]韩厚正.BIM应用于桥梁设计的研究和实践[J].特种结构，2016（2）：117-120.
[4]刘智敏，王英，孙静，等.BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用研究[J].北京交通大学学报，2015，39（6）：80-84.
[5]曹旭光，杨伟名.BIM技术在桥梁工程设计与施工中的应用研究[J].四川水泥， 2016（4）：85-85.
[6]张海华，刘宏刚，甘一鸣.基于BIM技术的桥梁可视化施工应用研究[J].公路， 2016（9）：155-161.
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[8]李红学，郭红领，高岩，等.基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].工程管理学报，2012（6）：48-52.
[9]王凤琳，冯浩，王健，缑变彩.BIM在桥梁施工中的应用分析与探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2015（10）：183-185.
[10]赵灵敏，岳广飞.山东省文化中心项目BIM应用实践[J].土木建筑工程信息技术，2011（4）：51-57.
[11]李亚君.BIM技术在桥梁工程运营阶段的应用研究[D].重庆交通大学，2015.
[12]沈海华，王银辉.基于BIM的桥梁养护管理应用初探[J].公路与汽运，2016（4）：280-283.
[13]周红波，汪再军.BIM技术在既有桥梁运维管理中的应用[J].建筑经济，2016（12）：45-48.
[14]汪彬.建筑信息模型（BIM）在桥梁工程上的应用研究[D].东南大学，2015.
[责任编辑：田吉捷]
