BIM助力桥梁钢结构设计施工一体化

近年来，随着桥梁材料费用与人工费用的倒挂，钢结构桥梁相对混凝土桥的经济逆势逐渐减小，我国逐步开始进入钢结构桥梁的快速发展时期。但是建筑施工行业的生产效率正在持续下滑并成为建筑行业面临的根本性问题，钢结构桥梁在设计建造过程中由于信息交换不及时、不准确的问题造成了大量人力物力的浪费。 BIM（建筑信息模型）作为起源于20世纪70年代的美国的一种基于最先进的三维数字设计和工程软件所构建的可视化数字建筑模型，近年来在国内建筑工程多个领域实现了应用研究。北京奥运会、上海世博会等大型建设项目成功地将BIM技术应用于建筑工程的荷载分析、图纸审核、施工管理、设备维护等领域，为BIM技术在我国推广提供了条件。近年来，BIM技术在桥梁钢结构领域也逐渐推广开来。

以石济黄河特大桥为例，该桥是我国首次采用刚性悬索加劲连续钢桁梁结构形式的钢结构桥梁，全桥架设杆件数量多、制造要求精度高，在进度、成本、安全及质量综合管理等方面均存在困难。

在经过多方论证和精确计算下，该桥采用BIM技术辅助工程施工，有效解决了项目设计、制造和施工应用系统之间的“信息断层”和“信息孤岛”问题，实现工程信息共享与集成管理，可以极大地避免重复劳动，提高效率。

一是采用BIM三维实体建模出图进行深化设计，通过搭建实体模型、工艺性优化、模型校核审查、深化设计出图四个阶段对全桥模型进行搭建，实现所见即所得的目标。

二是利用BIM对钢桁架构件进行数字化加工，通过智能化切割下料、复杂节点的虚拟制造等环节，实现了从模型到机床切割的数字化，为杆件的制造制定提供了可靠的依据，提高了工艺制定的效率，保证了杆件的制造质量。

三是以全桥三维建模为基础，通过钢桁架杆件整体拼装及试拼装的自动校核，可以发现碰撞、相离等问题，从根本上保证了复杂钢桥构件连接关系的正确性，实现了桥位吊装成桥线形。

四是引入时间维度实现4D管理，可以进行虚拟施工，并随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，项目各参与方对工程的各种问题和情况了如指掌。通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，有效减少了全桥施工过程中的质量、安全问题。

石济黄河特大桥BIM系统的应用以制造精细、信息完整、数据详实的信息模型为基础，覆盖了深化设计、自动排版套料、数字化加工的制造全过程，以贯穿钢桥场地规划、钢桥架设和安全监控的4D-BIM管理系统为平台，为钢桥制造、架设管理提供分析优化，为决策提供“大数据”支持，达到了管理升级、降本增效的目的。

随着大型复杂钢结构桥梁项目的兴起以及BIM应用软件的不断完善，越来越多的项目参与方在关注和应用BIM 技术。目前港珠澳大桥、沪通长江大桥、虎门二桥、乐清湾大桥等钢结构桥梁在项目设计施工管理阶段均尝试采用BIM 技术，成功实现了各专业的协同设计、设备材料统计和施工模拟、碰撞检查等功能。

当前，BIM技术应用在桥梁钢结构建设中主要体现三个方面的优势：一是深化设计和优化设计方案。根据设计图纸使用 BIM 技术，为三维建模调用“构件库”和“节点库”，输入构件和节点的参数，有利于构件节点的深度设计，也有利于钢结构工程管理信息的可视化，最终达到节约成本的目的。

二是实现桥梁的数字化制造应用。BIM技术的引入，使钢结构加工制造流程变得简单，BIM模型输出的各类信息除了能快速生成加工清单、形成工艺设备路径外，在数控切割、复杂构件加工等工序中的作用也尤为显著，弥补了二维CAD指导加工的不足问题，完成了种类繁多、数量庞大的零部件加工任务，记录了大量构件信息、材料信息。

三是确保动态可视化的集成施工。BIM技术在施工现场应用主要是施工信息与BIM模型动态关联、集成，结合利用4D-CAD技术，支持动态可视化的模型及施工方案表达，并随施工过程更新及辅助项目施工管理，实现对工程进度、质量、安全及资源的综合管控。

目前，国内的BIM技术仍处在应用探索阶段，BIM理论需要结合现场实际、了解现场的实际需求，并在应用中解决实际问题，才能真正发挥BIM技术的价值。

BIM技术在桥梁钢结构工程上的成功实践进一步拓展了BIM的应用范围，是BIM从单纯技术应用向与项目管理集成应用转化的重大里程碑。这种通过计算机方式建立模型与仿真的方式，对降低钢结构桥梁的深化设计费用、缩短工期、准确预算工程量等方面有实质性的效果，而且在推动钢结构桥梁设计制造施工一体化建设方面有着巨大的潜在效益。