BIM技术在钢结构桥梁中的应用论述

BIM技术在钢结构桥梁中的应用论述

刘高俊

天津城建设计院有限公司300122

摘要：BIM思想起源于20世纪70年代的美国，在欧美发达国家得到广泛应用和发展。而国内的BIM技术的研究和应用尚处于尝试探索阶段，特别是在桥梁领域，才刚刚开始起步。据有关数据统计，我国公路桥梁和市政桥梁中钢桥占比不足2%，而美国钢桥占比为33%，日本钢桥占比为41%。随着桥梁材料费用与人工费用的倒挂，钢桥相对混凝土桥的经济逆势逐渐减小，我国开始进入钢结构桥梁的快速发展时期。

关键词：钢结构桥梁；BIM；三维模型；信息；协同

引文

随着钢结构桥梁的快速发展以及BIM技术的不断推广，使的BIM技术的钢结构桥梁信息模型将被广泛应用。本文对BIM的基本理念进行介绍，并且从规划、设计、施工和运营管理四个阶段对BIM技术在钢结构桥梁中的具体应用和实践进行了详细阐述，构建基于BIM的桥梁工程全寿命周期信息的管理框架。建立钢结构桥梁的BIM应用系统，可供BIM技术在桥梁领域的推广和应用时参考。

1基本理念

美国国家标准NBIMS从11个方面对BIM技术进行了详细的阐述，认为BIM是利用各种数字信息化技术和手段，以三维模型为基础，集成了建筑工程中几何信息、物理信息、时间信息、成本信息等所有信息的建筑工程数据模型。BIM就如同一个超级软件，利用BIM技术，可以完成建筑工程项目从立项、规划、设计再到施工和管理维护的全生命周期的支持。同时，通过协同工作，提升效率、提高质量、缩短工期、降低成本。

目前，世界上著名的工程软件公司基于BIM理念，开发了一系列BIM应用平台。如Atuodesk公司的Ｒevit软件、Bentley公司的Projectwise软件、Dassault公司的CATIA软件、Gra-phisoft公司的ArchiCAD软件、Tekla公司的TeklaStructures软件等。TeklaStructures是一款主要面向钢结构设计的BIM软件，能够通过三维建模生成钢结构详图和各种相关报表。而国内基于BIM的软件开发刚刚开始，尚无优秀的产品出现。由于钢结构桥梁的复杂性，可能出现钢构件制造工艺复杂、杆件连接偏差、构件碰撞、现场物料管理复杂等问题。钢结构桥梁的特殊要求是BIM技术在桥梁领域发展的一个突破口，因此应该积极开展基于BIM技术的钢结构桥梁的应用开发。

2各阶段的应用

2.1规划阶段

在规划阶段，就可以借助BIM的思想构建三维信息化模型，在三维信息化模型中，可以包括所在区域既有路网、规划路网、交通方式等交通网信息，还可以包括桥梁项目所在区域的人口、经济、政治、文化等社会信息，还可以包括所在区域的地质、水文、地理、气象等工程信息。在这个阶段的三维信息化模型中，利用参数化的信息，可以在模型中进行交通量预测、项目功能定位、三维实体模型等功能。借助虚拟现实技术，可以实现三维桥梁模型的漫游，形象直观。可以更加直观、更加科学的进行评估，从而更好地完成规划阶段的可行性研究工作。

2.2设计阶段

传统的钢桥设计采用2D图纸表达，计算模型、图纸绘制和调整优化之间没有统一的数据交换平台，交互性差，效率低下，这也在一定程度上阻碍了BIM技术在我国桥梁上的应用和发展。

目前国内的桥梁出图软件如桥梁通、桥梁大师、桥梁设计师等，可扩展性差，没有交互平台，对于复杂模型无能为力。利用BIM技术构建的3D钢结构桥梁模型可以进行构件连接状况分析、碰撞冲突分析，简化设计审核的工作量，从3D模型自动生成工艺图，简单准确。如果图纸需修改的话，利用数据关联性同步修改关联构件，大大提高了设计效率。针对2D图纸进行工程量统计，即使借助专业软件，也费时费力，且容易出现错误。采用BIM技术的信息化模型，可以通过数据库直接读取各个构件的工程量进行统计分析，生成材料清单和各种报表，用于造价分析。

2.3施工阶段

把设计阶段的数据模型延伸到施工阶段，将桥梁数据信息和时间轴结合，在3D模型的基础上引入时间维，构成4D模型。将基于BIM技术的4D模型引入桥梁施工阶段，能充分发挥BIM技术带给桥梁工程的变革力量和技术优势。通过桥梁施工阶段的信息数据的加工和处理，构建数字化建造系统。由于钢构件数量众多，连接关系复杂，传统设计完全依靠设计人员校核图纸的正确性，有可能存在拼装问题。采用BIM技术的3D模型可以自动校核，进行虚拟预拼装，及早发现碰撞、相离等问题，同时省却实体拼装阶段，缩短工期，降低成本。

基于BIM技术的4D模型还能够实现有效的物料管理和施工组织。基于ＲFID技术的物流管理信息系统能对施工过程中各种物料流通的信息数据进行有效记录和管理，实现资源优化利用。通过信息化技术，能科学合理的进行场地布置和资源管理，通过优化设计，还可以进一步提高质量、降低成本、缩短工期。

施工阶段还存在“协同作业”的问题。桥梁施工过程中，业主、设计单位、施工单位、监理单位、材料供应商、监控单位、质量监督单位等项目各方需要进行文件交互和沟通协调，需要一个统一的数据信息交换平台。基于BIM的数字化建造系统可以搭载这些数据信息，使各个单位更好地了解掌握桥梁施工的有关信息。

2.4运营阶段

随着交通量的快速增加，对桥梁建成后的管理和维护提出了更高的要求，运营期间的维护成本也逐渐提高，从以往的“重建轻养”的观念逐步转换到全寿命周期的观念。运营阶段，需要建立基于BIM技术的桥梁信息管理系统。通过该系统，实现车流量信息管理和结构安全信息管理，建立桥梁的健康档案，保证桥梁的健康安全运营，降低桥梁养护成本，延长桥梁使用寿命。还可以充分利用智能监测技术和云技术，对桥梁病害进行智能化监测和预警，通过云技术建立跨平台的信息档案库，对桥梁的健康水平及时进行智能评估。

3BIM系统的建立

通过BIM技术在桥梁全寿命周期各个阶段的应用探索分析，可以构建基于BIM的桥梁工程全寿命周期信息的管理框架。

基于BIM的桥梁工程全寿命周期信息的管理框架包括数据层、模型层、应用层和网络层。最底层是数据层，主体是桥梁数据库，包含了桥梁工程全寿命周期各阶段的海量数据信息，BIM系统中所有的数据信息通过数据层进行统一的调用和存储。

应用层则在信息模型的基础提供具体应用。如设计阶段3D模型的快速建模、模型校核等，运营阶段的自动预警等。在网络层利用云技术可以实现不同终端平台的数据交互，更好的满足不同主体对于数据信息的需求。在这个桥梁全寿命周期信息管理框架中，数据层是基础，模型层是核心，网络层是保障，应用层是关键，充分理解和利用各层的优势，构建合适的桥梁全寿命周期信息管理框架，才能充分发挥BIM系统的技术优势。

4结语

通过构建基于BIM的桥梁工程全寿命周期信息的管理框架，有利于整个项目不同参与方的协同工作，有利于管理和技术创新，在钢结构桥梁的发展中将发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]洪磊.BIM技术在桥梁工程中的应用研究[D].成都:西南交通大学，2012.

[2]唐国武，王伟，杜伸云，等.BIM在合肥南环线钢桁梁柔性拱桥施工中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2011(4):76-81.