用BIM“智”造桥梁工程
2016-12-06
目前，B I M技术在建筑工程中的应用较为成熟，在桥梁建设工程中尚处于发展阶段。如何使B I M技术在桥梁建设工程中的价值得到最大化，是目前交通运输行业的关注焦点之一。
B I M的价值体现在工程建设全生命期实现各方信息交流，根据需求，利用B I M技术提高设计、施工和运维管理效率与质量。
设计阶段的应用
在设计阶段，B I M的设计方案在预可行性研究报告、工程可行性研究报告以及投标阶段，利用卫星或无人机对场地进行快速建模，对桥梁设计方案进行选择、优化与调整。通过VR（虚拟现实）眼镜进行身临其境的浏览。通过协同设计、参数化建模、碰撞检测，与计算机分析软件相结合，以及相应的辅助软件，可以更好地体现出BIM在设计阶段的价值。
BIM协同设计 通过BIM协同设计系统，将设计人员按专业分工，统一纳入系统进行协同设计，可以提高设计信息流转效率。协同设计系统管理着整个设计流程，并可与企业其他信息管理系统集成，形成设计企业信息化的构架，因此，要重视协同设计。
参数化建模 参数化建模可实现常规标准化桥梁、沉管隧道以及主桥主要构件的参数化。参数化建模还可建立三维上、下部构件的标准化库，如箱梁、墩身、基础等，根据原始基础资料及线路设计资料，自动化、批量化完成全线引桥桥梁的设计建模。
碰撞检测 BIM技术还可模拟碰撞检查，包括设计过程中钢筋及预应力筋的碰撞检测，桥上桥内设施、隧道内机电管线的碰撞检测，以及设计阶段其他构件的干涉检测。
B I M与计算分析软件结合 在传统的设计中，图纸模型与计算模型是相互割裂的。通过B I M与计算分析软件结合，研发参数化建模软件，通过参数化建模的方式生成三维模型；同时模型能导入分析软件进行分析计算，实现高效的全桥设计和分析计算过程；将B I M三维模型局部导入有限元计算软件计算，通过计算结果修订三维模型，从而实现建模和分析计算的高效统一。
辅助设计工具 通过辅助设计工具，如B I M地质模型，可实现桥梁、沉管隧道与线路、地形、地质的关联化；借助地质模型，实现地基承载力的自动计算，随着结构的移动，可以自动计算桩长。通过辅助软件，可保证设计更快速地完成，如二维出图、交通流量分析、工程量统计等功能。
此外，还要建立B I M数据库，统一管理勘察、设计、建模、分析中的工程数据，为施工以及运维阶段数据库建立奠定基础，以促进设计阶段的BIM技术使用价值最大化。
施工阶段的应用
在桥梁建设的施工阶段， 钢构件的制造、预拼装， 工程的施工策划， 施工质量验收管理， 结构状态监控与动态更新， 资源管理以及数字化校验与移交，都可以通过BIM技术提高效率。
制造与预拼装 钢构件制造一体化有三种方式，其一是在三维模型软件中，导出二维图纸来供实际加工使用；其二，应用部分自动化的功能对三维模型进行辅助加工制造，如TeklaStructures所具有的自动套料排版功能生成制造输出数据；其三，将三维模型以中间数据格式的方式同数控设备进行直接对接，以自动化方式完成对零部件的精确制造。如T e k l a S t r u ctu r e s的.d s t v格式就能够同F i c e p以及H G G 公司所生产的数控设备直接对接。预拼装时，在结构零部件生产完毕、实际拼装的过程中，不可避免地会发生拼装失败的情况，可运用B I M技术在虚拟环境中进行拼装测试，提前发现问题，减少返工和整改而造成的经济损失，优化装饰方案，提高放样精确度，加快施工效率，动态进行施工成果展示等。
4D施工策划 通过B I M技术进行施工过程模拟，可在施工之前，就能看到并了解整个项目施工的详细过程和结果，避免不必要的返工所带来的人力物力消耗，为实际工程项目施工提供经验和最优的可行方案。通过B I M技术进行施工工艺模拟，可为关键施工步骤模拟提供可视化解决方法，解决施工中存在的错漏碰缺。通过B I M技术结合施工作业指导书、施工仿真动画，快速地表达施工步骤，可大大减少误读，避免质量问题、安全问题，减少返工和整改。
施工质量验收管理 利用BIM技术可实现手机端和网页端的质量检验和审批流程：施工方可利用APP录入提交质量检验相关信息，通过系统推送至监理方，再经审核后推送至业主验收，实现施工过程管理无纸化，提高管理效率。
结构状态监控与动态更新 通过结构监测系统采集数据， 利用已建B I M模型进行仿真分析，并利用桥梁结构损伤识别机理和云端数据库，及时更新结构自身状态和力学性能信息，实现结构安全评估和智能预警，并最终为运维阶段提供真实可靠的BIM模型信息。
5D资源管理 通过5D工程算量，自动计算整个工程、任意WB S节点在任意时间范围的工程量以及累计工程量；自动计算指定时间段内相应的人力、材料的计划用量和实际消耗量；
预测指定日期的资源消耗量，并以此为依据指导采购。计量支付方面，基于施工B I M模型进行计量，保证项目、数量、进度、细目等的准确性；
自动生成验收申请报告，并附带相关信息；自动生成计量支付申请报告；
动态显示项目的计量支付状态。
数字化校验与移交 利用三维扫描仪，对构筑物进行三维扫描获得目标物三维点云数据，通过三维模型与点云模型进行对比和可进行外观质量复核。利用探伤仪获得目标物内部缺陷， 进行构件质量复核。施工结束后，将形成一个真实反映建筑物的竣工模型和包含质量、设备、文档等信息的数据库，这些将作为施工成果移交到运维阶段。
运维阶段的应用
在桥梁运营和维护阶段， 利用B I M 云平台和B I M 的各个管养子系统，可以实现更加精细化的管理，体现出BIM技术的实用价值。
桥梁B I M建养一体化云平台 应用4 D 建模、多源异构数据集成及移动互联技术，建立桥梁建养一体化平台，可实现建养全过程的信息共享和动态模拟， 进行桥梁运维的准确评估、快速预警和高效决策。该平台可解决全寿命周期的可视化信息共享问题，实现桥梁精细化、动态化管理，并可及时“感知桥梁”，在结构危险萌芽阶段发出预警。
其中，该平台的桥梁感知系统，是通过检测系统，获得桥梁结构的动态响应及环境等数据信息的；数据传输系统通过高效数据访问通道，实现数据于广域网中的安全传输；中央大数据存储系统是实现桥梁群现场感知信息的中央云存储；虚拟镜像还原系统，将各座桥梁现场服务器环境虚拟化还原到数据中心，实现在国家工程中心近端集中管理分析远程数据的需求。
桥梁BIM管养系统 该系统中的多灾变诱因远程实时感知传输子系统，针对车辆、强风、地震、波浪、水流、船撞、火灾等多灾害作用下，集群工程发生的灾害行为及后果，采用并发采集技术和远程高效传输系统，建立多灾变诱因下的集群工程实时感知分析系统，建立高效的桥梁监测实时并发数据采集软件和实时数据库系统，感知结构响应、预测灾变行为。
数字化巡检子系统，充分发挥了G I S技术、智能识别技术以及网络技术等在现代工程中的巨大作用，将智能信息化产品和技术手段融入桥梁运维系统工程中，实现桥梁运营和管理的智能信息化、标准化、规范化。
评估与预警决策子系统，建立桥梁灾害作用预警级别与预警阈值，利用大数据方法进行评估预警数据分析挖掘，以及基于监测与检测数据的桥梁性能综合评估，研发基于多目标决策方法的远程决策与管理系统及应急处置技术。
