BIM技术应用案例：广西百靖高速公路巴更大桥工程BIM技术应用

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1工程概况

1.1广西百靖高速公路的修建响应了国家西部大开发战略，大力发展西南纵深山区基础设施建设，是广西地区“四纵六横三支线”高速公路网的重要组成部分，对改善革命老区交通条件，增进区域经济合作往来具有重要战略意义。

1.2巴更大桥是百靖高速公路全线唯一一座跨越既有铁路线的桥梁，桥址处属碎屑岩区，沿线多维峰丛洼地，地质条件复杂，综合施工难度极大。桥梁主跨跨越德田铁路线，铁路通行对悬浇段施工造成干扰。施工场地狭窄，桥梁预制场地布置困难呢，T梁预制及架设施工无法依常规方法实施。

1.3大桥主要技术标准如下：

(1) 计算行车速度：100Km/h。

(2) 荷载：公路Ⅰ级。

(3) 桥宽：整体式 12.75m。

整体式 0.5m(护栏)+11.75m(净桥面)+0.5m(护栏) = 12.75m。

桥孔布置为：6×30+5×30+5×30+(35+60+35)+ 30m，全桥共分5联，跨铁路段采用(35+60+35)m单箱单室截面预应力混凝土连续箱梁钢构体系，挂篮悬臂浇筑施工;其余采用30m装配式预应力混凝土连续T梁，先简支后结构连续体系。

巴更大桥全桥混凝土总圬工约2.2万方;钢筋约为3500吨，土石方开挖约6200方。桥梁施工过程结构体系转换多、桥梁施工步骤多、质量控制因素多、控制难度大。

2 BIM技术引进及软件配置

2.1在巴更大桥建设施工管理过程中引进BIM技术，并推行以BIM技术为核心的综合项目管理方法，依托ProjectWise协同管理平台，系统管理员根据各专业分工建立库文件，项目BIM人员在施工前完成巴更大桥信息模型的搭建，并且在施工过程中不断录入施工过程追溯性信息。业主、监理、设计院、施工单位可在PW平台随时查看、处理权限内允许查看的项目进度、施工情况、信息反馈等内容，

2.2公司采用Bentley公司BIM解决方案，以MicroStation作为基础设计平台，应用AECOsim Building Designer、BridgeMaster、GEOPAK等专业模块建立三维模型，采用ProjectWise作为数据管理平台，托管项目工作环境并实现数据协同共享;采用Navigator软件进行模型发布及碰撞校验，对大型项目模型轻量化处理。通过各软件的功能实现本工程的BIM建模、工程应用等工作。

2.3建模前期统一建模标准，建立项目级workspace，利用AECOsim Building Designer的Family+DataGroup数据结构定义桥梁构件对象，并为模型定制符合施工需要的必要属性信息。

2.4利用AECOsim Building Designer工具集中建筑系列工具Parametric Cell Studio(PCS)工具建立参数化桥梁构件，实现桥梁下部结构参数化建模。

2.5利用ProjectWise协同平台(PW平台)固化统一建模标准，并做为协同平台整合发布数据信息。在PW平台中建立项目管理信息数据库，随施工过程推进建立施工过程管理档案，实现施工过程动态管理。

3 BIM团队建设

巴更大桥建设过程中，对传统项目部人员组织架构形式及工作流程进行了较大程度的变革，除设置工程管理项目经理负责对工程施工管理实施之外另设置BIM技术应用经理一名，负责BIM技术在本项目施工管理过程中的开展及应用，并增设BIM小组作为“四部一室”的连接纽带。传统“四部一室”为执行层，提出施工管理及BIM技术应用需求，BIM小组为“四部一室”进行施工管理提供必要数据信息支持。

4 BIM技术应用

4.1建立三维地面模型及施工场地布置

施工现场采用GPS测量施工线路的地形坐标信息，根据现场勘测结果，利用GEOPAK软件提取测绘数据信息，如DWG、DGN格式的高程、等高线、坐标等数据。模型涵盖了坐标、高程、洼地、地面起伏等施工难以控制的地理特征。GEOPAK提供了方便的数据读取功能，通过生成的数字地面模型(DTM)可以进行土方开挖的设计、算量等。本工程地处峰丛洼地，高边坡开挖、高填方施工段比较多，在GEOPAK软件的中，通过开挖前后的测量数据生成地模，通过地模相对地模的方法能精确地计算出土方开挖量、回填量、平衡量。极大的方便了施工规划及路基开挖、回填施工算量。

由于巴更大桥所处的地理特征原因，施工现场各类设施布置十分困难，本项目利用三维数字地面模型进行施工总平面布置，设计多套布置方案，根据现场地形情况及方案比选结果确定在桥梁1#墩～7#墩左侧设置预制梁场，在桥梁10#～14#墩右侧设置项目部办公大临区、钢筋加工场及木工棚，此种布置方案最为方便经济，并且可以减少耕地占用面积。

4.2深化设计

4.2.1 T梁模板设计

本工程主桥采用预应力钢筋混凝土T型梁，由于制作要求精度高，且横截面形式多变，综合多方面考虑，T梁制作采用定型钢模版，钢模板的拼接采用多段式，为了便于横坡调整，采用可调整的支撑螺杆来实现翼缘板的坡度。本工程考虑到T梁制作工艺的关键性，为保证施工质量，采用Bentley公司的MicroStation软件对T梁定型钢模板进行深化设计，模板构件采用定型化，对面板、背筋槽钢、模板支架、横坡调整支撑螺杆、横隔板等建立构建模型，模型精准，且结构合理。模板制作加工准确，且符合规范要求模板平整度，减少制作误差。

4.2.2 T梁提升站结构设计

山岭地区的T梁运输是本工程的施工难点之一，由于地形复杂常规运输车辆无法运梁，故本工程采用AECOsim Building Designer软件进行方案设计，在梁场与桥梁墩柱之间采用一种垂直运梁的提升站方式进行施工。成功解决了预制梁场场地狭小、周边地形情况复杂情况下的T梁运输问题。提升站的架体采用钢结构拼装而成，通过AECOsim软件的结构设计模块，可以方便快捷的调取钢结构材料构件，如工字钢、槽钢、角钢等型材，另外可以自定义添加特殊的节点构件。

根据现场实际情况，通过BIM方案模拟，在方案设计阶段发现提升架的宽度宽于梁板吊装孔的宽度，为解决此施工问题，BIM人员利用AECOsim软件设计添加在T梁两端用于垂直起吊的提梁扁担。通过精细化建模，并动画模拟钢丝绳穿过吊装孔、牢牢套住T梁的两端并将钢丝绳两端与钢扁担连接、插销子固定的施工过程，确保T梁平稳提升，解决了提升站提升架梁的技术难题。

4.2.3 安全防护设计

本工程跨铁路线施工段采用悬浇施工法，悬浇段0#块施工时，由于施工高度距离地面30多米，安全施工是确保工程顺利进行的前提条件，本项目利用BIM技术对0#块采用三维建模手段，合理设计了施工平台及防护栏杆、临时施工楼梯的空间布置，并验算符合安全要求。

跨越铁路线桥梁施工段为避免对列车行驶造成干扰，同时避免铁路接触网高压电压(2.75万伏)对挂篮施工的影响，确保通车及施工安全。本项目通过BIM技术设计在跨线区域设置沿铁路线的安全防护棚，对铁路线路实现封闭式防护。防护棚采用混凝土基础、钢管支撑柱，顶棚设置绝缘材料，充分保障了施工及通行安全。

4.3 施工工序模拟

施工模拟主要表现工序及工艺两方面，为保证工程质量，本工程以BIM技术为依托，采用工序、工艺模拟施工进行三维技术交底，利用MicroStation软件的三维可视化功能进行三维动画模拟。由于T梁制作工艺复杂，而且T梁的质量好坏直接影响桥梁结构稳定性、安全性和美观性，故T梁制作质量控制需做到精细化;架桥机架梁施工是本工程质量控制的重点，提高T梁架设精度、架桥机行走移动的安全控制等，通过BIM技术将工程施工中可预见的和不可预见的进行三维施工模拟，为项目提供了极大的技术支持。

动画模拟是通过模型元素得以实现的，模型建立采用AECOsim软件，首先通过三维精确定位来确定模型相对位置关系，再建立预制梁场、龙门吊、天车、T梁、模板、桥台、墩柱、架桥机等三维模型。T梁钢筋模型采用ProStructures软件完成钢筋的布置。当各素材文件建立完成后进行动画编辑。MicroStation提供了一套完整的动画编辑器，通过简单的操作可以实现动画制作效果。本工程根据施工工艺及工序定义素材角色，利用关键帧编辑角色动画时长。动画编辑完成后，可通过软件的输出功能，直接输出视频，也可渲染输出图片序列，通过第三方软件生成视频效果。

通过三维施工模拟，颠覆了施工现场传统的纸面交底，交底内容更丰富且形象直观，并且不同作业层都可以明确质量控制要点及工序安排。从项目管理角度来讲，施工工序模拟能提前预演施工方案的可行性，并以三维模型指导施工作业，检查分析现场质量偏差，合理控制施工进度，提出改进措施。

4.4 工程量统计

本项目桥梁采用BridgeMaster软件建立模型，通过信息模型，巴更大桥施工实现了材料量精确控制、材料预提、过程控制、结算等方面全部在BIM信息模型基础上进行。模型搭建完成后，即可实现工程量输出。

在施工管理过程中可以通过模型信息处理，对钢筋进行编号，钢筋报表控制材料进场量，减少浪费及材料过载堆放，钢筋下料、制作可以根据数据库实现精确施工。混凝土材料量统计精准高效，施工前输出即将浇筑部位混凝土量，合理计划每次浇筑方量，避免不必要的材料损耗。

在经营算量方面实现了快速提取、快速输出工程量清单，包含工程量、供货方、施工方、进场日期、施工日期、型号等，清单内容详细且与工程联系紧密，形成了系统化的数据库，有助于项目风险管理、外包采购管理、沟通协调管理等多方面。

4.5基于BIM模型的施工过程质量验收管理

在巴更大桥施工中，我公司发挥BIM技术优势全过程采用信息化管理模式。以BIM模型为数据信息载体，三维模型整合集成施工管理必要信息，最终发布在ProjectWise服务器，项目参建方依据各自权限，实时调用信息模型，提取信息。通过PW平台，保证“一个模型，各方通用”，从而确保施工信息传递的一致性，实现高效协同作业。

在每一部位施工之前，先由BIM小组利用BIM建模软件根据施工图纸建立BIM模型，建模过程中施工图数据信息就集成于三维模型中，并且还可以根据施工需要，很方便的为桥梁施工部位定制添加各类施工信息。施工员可以利用模型生成构件信息表，甚至可以很方便的利用手机、IPAD等便携设备现场调用模型，便可查阅施工信息，不用翻阅繁琐的施工图纸，从而提高工作效率，避免误查、漏查等情况的发生。

构件施工完成后，利用模型超链接功能，对施工过程中如钢筋、混凝土批次、施工时间、工序验收信息追溯性信息进行二次录入，对每一个施工部位进行标签化管理，建立构件施工过程管理档案，实现了施工过程动态管理，每个施工环节都可以追溯，当施工出现质量问题时，极大的方便了分析查找问题原因，切实提高施工质量。

5 BIM应用效果和经济效益分析

本项目通过BIM技术的应用，对构件进行了优化设计，项目实施全过程通过模型属性信息进行管理，改变了传统的管理模式，从而提高了项目施工效率，节约了大量施工成本。并对构件采用cell单元库管理模式，形成了系统的数据库文件,方便模型调取。

BIM技术可以为项目提出最佳的优化设计解决方案，通过模拟施工、精确算量，为项目决策层提供可靠地技术依据，本项目仅在巴更大桥T梁垂直提升架设一项上，节省经济效益15万元，工期缩短56天。

本项目以BIM技术为依托，其中盖梁施工、一种山区桥梁梁体模板、养护喷淋系统、挂篮移位装置、跨铁路防电棚等获得了六项专利授权;“山岭地区复杂地质高速公路工程综合技术研究与应用”荣获2013年度中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新成果二等奖;“大型桥梁盖梁抱箍法施工”获得了冶金行业部级工法。

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