桥梁加固工程中的BIM技术应用研究

母富，焦克滨，贺飞

（中建二局土木工程集团有限公司）

1 引言

据相关统计表明，当前，我国的很多桥梁因为设计、施工、使用等问题造成承载力达不到要求，而随着城市化的加速发展和建设，对道桥的需求又很迫切，因此，对桥梁进行补救的加固工作就显得十分有必要，桥梁加固技术在我国交通道路工程发展中是非常重要的。

2 我国桥梁加固技术发展现状

桥梁加固技术的重点是桥梁的跨越和承载力，当前我国很多桥梁由于建设年代久远，质量问题突出，超负荷运载严重，桥梁加固检修需求很大。传统的桥梁加固技术已经不能满足现代化的需求，如何利用新一代信息化技术加固、改造桥梁，提高现有桥梁的固效率，节约建设资金，变拆除重建为加固改造成为研究的重点。

随着城市和经济的快速发展，人们对桥梁的需求逐渐从交通作用扩展到美观和设计感，桥梁结构为了满足需求也越来越复杂，这就要求设计师除了要高质量完成结构设计和运算之外，还需要应对施工中各种与设计不相符的情况，不相符就要调整修改，流程的繁琐制约了行业的发展。将BIM 技术运用到桥梁的加固改造工程、抗震设计以及选型中，取代传统的CAD出图技术，充分利用BIM参数化、可视化、仿真模拟等特点对整个桥梁的结构进行建模并以数据为驱动，对模型进行可视化调整，准确高效地完成桥梁加固改造工作[1]。

桥梁加固工程的设计和施工需要注意以下问题：

①在选择加固方案之前，需要对桥梁的现状和耗损情况进行仔细确定，并用发展的思维去考量桥梁的通行量，以免加固设计之后还存在无法适应发展的现象；

②加固方案需要兼顾高效、环保的特点，不中断正常的交通运营，技术方案要可行合理、保障各方安全性；

③桥梁加固工程原则上不对桥梁的结构形式进行改变，只修复桥梁的构件或者更改关键部位的结构尺寸；

④桥梁加固之后经过监测，发现仍达不到桥梁承载能力的要求，就要选择是否需要对桥梁进行局部或者全部的重建工作，以免发生不必要的事故；

⑤大规模的加固方案需要通过可行性分析后进行具体建设施工。

3 BIM技术概念及特点分析

3.1 概念

BIM即建筑信息模型，是一种新兴的技术和理念，他将信息技术与传统的工程行业相结合，利用模型和数据贯穿工程项目的全生命周期。BIM技术除了将图纸、工程材料、人员管理信息化，更是将信息数据进行整合协同，使项目各方和各环节都能提取和利用这些信息数据。在桥梁建设和加固检修项目中，由于结构的复杂性、施工条件的苛刻性，都给建设方带来了很大的困难，BIM技术则可以解决这些问题。一套模型、全套数据，实时漫游、仿真模拟可以加深施工人员对项目的了解，同时，也可以实现成本、进度的把控[2]。

3.2 BIM 技术特点分析

3.2.1 参数化

BIM 模型的参数化设计使桥梁加固技术的设计和可行性变得更加合理和高效。在建模软件中，设计师可以对每个产品构件进行建模，并可以通过更改基础参量的参数改变模型，在桥梁加固项目中，应用BIM技术可以实现快速建模，并更接近实际运行情况。

3.2.2 可视化

①BIM 模型可以完整呈现桥梁加固工程的细节，并进行实时漫游；

②通过数据库实现管理成本和施工流程的可视化。

3.2.3 一体化协同

一体化协同指项目的各个部门可以根据BIM模型进行标准的设计沟通，并确定项目的组织管理流程和模式。通过建模和打通接口壁垒，各个部门都能使用模型和数据，更好地配合项目进度。

3.2.4 仿真模拟

BIM 技术的仿真模拟不但能够模拟桥梁加固工程前后的模型，也可以对桥梁加固技术进行4D 模拟，对加固方案的确定，起到积极的控制作用。

3.2.5 优化性及可出图性

桥梁加固项目极为复杂，需要建设方对项目的全过程进行管控并优化，BIM技术以模型为基础，以数据为手段，实现整个项目的优化管理。

BIM模型可以自动生成建筑施工图、结构施工图、详细大图，以及经过碰撞检测的综合管线图、综合结构留洞图、预埋套管图[3]。

4 某大桥加固工程BIM 技术应用研究

4.1 参数化模型的建立

BIM 模型是整个加固项目的核心内容，是使用BIM技术进行桥梁加固工程的第一步。在项目的招投标阶段和项目结束后，BIM模型会作为项目成果进行交付和存档。

在招投标阶段，BIM 模型的可视化、实时漫游、较高程度的精细化，都有利于项目方案的展示，BIM模型可直观而全面地呈现出整个加固项目的所有具体情况。

项目开始实施后，BIM模型作为核心贯穿了所有环节。通过对模型的优化和调整可以展示设计想法，可满足实际需求。在桥梁加固项目中使用BIM技术，可以将加固方案的BIM数据模型进行交付，并利用其可出图性生成二维图纸。除保证模型和图纸之间的信息数据关联性外，还能在实际的施工项目中，结合具体情况对模型进行优化，实时更正，进一步提高施工环节的生产效率。建成的BIM 模型还能进行成本控制管理、进度模拟、施工进度规划等工作，提高整个加固项目的一体化协同。具体操作中，可以应用Rhino软件中的Grasshopper，以可视化编程的方式对桥梁进行建模。Grasshopper 的参数化建模是目前所有BIM 设计软件中功能最突出的。设计师可以通过写入代码自动生成桥梁项目中的重复构件，提高建模的效率和模型的精细度。在某大桥项目中，通过Grasshopper 建立桥梁模型，模型建立后，再使用Rhino 软件进行部分优化调整。BIM 技术良好的参数化建模特点能够使数据模型达到毫米级的精度，并能在后续的力学计算中，胜任模型的有限元分析和工程量核算、施工进度模拟、实时监督控制等内容。

4.2 信息数据库的建立

在某大桥加固工程项目一开始，设计师就建立BIM模型和电子资料数据库，并将所有的数据模型内容贯穿加固项目全过程。加固项目结束之后，掌握整个项目最原始、最重要数据信息内容的数据库可作为项目的资料库进行交付和留存。

4.3 基于BIM的力学分析

在桥梁的结构设计中，每一种软件都有自己的结构分析数据，而存储的数据格式更是不尽相同。对一些复杂的结构设计往往需要多个软件进行核算或者比选。不同的软件其有限元模型数据很难交换。如果因为不同软件的数据格式不同而不能进行数据共享，则需要对同一个结构分别建立各自不同的有限元模型，对体量较大、布置复杂的结构来说，工作量是巨大的。BIM 主要解决了信息流失和信息孤岛的问题。

通过API 编程的方式将BIM 模型和ANSYS对接进行有限元分析。将某大桥模型通过API 编程的方式与MIDAS 对接，将模型直接导入MIDAS中，赋予材料特性和边界条件后进行力学分析。

4.4 施工进度的管理

在传统的桥梁加固工程项目中，要把控进度、对项目进行规划和调整，往往依靠的是设计师或者施工人员的经验，这就容易缺乏科学性、指导性，还会拉长整体进度，使流程变得更复杂。引入BIM技术后，对施工进度的管理有了新的方法。所有管理可以依据含有时间参数的BIM 模型来进行，辅之BIM信息数据库，高效、精准地把控施工进度。

在某大桥加固工程中，设计师使用Navisworks，通过BIM模型模拟整个施工进度，得出每个环节的时间，并对资源配置和场地布置进行调整。整个过程和结果可以通过4D 可视化平台展示，并利用结果导向，反推模型数据，将不合理的地方进行优化和更改。同时，还可以进行方案比选，从中选择最佳方案。

4.5 运营的管理

对一座桥梁来说，加固、修建都只是一个阶段的工作，其生命的大部分时间都属于运营维护阶段。作为桥梁的运营管理部门，如何提高桥梁的整体寿命和服务质量是其工作的重中之重。管理者要了解和掌握每座桥梁的设计、施工、几何等信息数据，以及桥梁投入运营后所承受的交通压力，以便针对性地对桥梁进行定期养护、加固、修复。这些数据庞杂、琐碎，几乎需要大量的人力、物力、财力去进行处理。使用BIM技术进行建模后，可以轻松获得这些数据信息，并能形成专门的数据库用以管理和运营，大大提高了桥梁运营管理的工作效率，使管理更精细、更全面。

5 结语

综上所述，与传统技术相比，BIM 技术在桥梁加固工程全生命周期中的运用体现了极大的优越性。虽然由于我国项目管理现状和工作人员技术水平参次不齐等原因，BIM技术在行业中还没有大规模应用，但其典型的技术特点与桥梁加固工程的需求相吻合，必将推动桥梁加固工程向更加智能化、精细化、流程化方向发展。