中國的橋梁BIM技術都用在了哪里？

隨著《中國制造2025》的強國綱領及“互聯網+”的提出，信息化迎來巨大的應用發展空間，以BIM技術為代表的新型信息技術價值凸顯，BIM逐漸成為許多工程項目的準入門檻。與此同時，經過多年理論研究與工程實踐，BIM正在快速而深遠地影響著橋梁工程建設，已逐漸成為提高橋梁技術水平與管理效能的重要信息化手段。

目前，橋梁工程BIM技術應用仍以單點為主，且各工程應用對象、實施主體、策略重點皆不完全一致。因此，為宏觀了解BIM技術在橋梁工程的應用現狀、價值點分布、存在的問題等，有必要對橋梁工程BIM應用情況進行調研和分析。

橋梁應用調研

本文選取20座橋梁進行BIM技術應用調研，調研對象涉及不同結構形式和技術復雜度，從空心板梁、預應力混凝土連續梁，到鋼桁梁橋、鋼桁拱橋、斜拉橋、懸索橋等，包括各種小、中、大跨度（15.2m~1 092.0m），功能涵蓋公路橋、市政橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、景觀橋。根據調研數據，分析橋梁BIM的應用軟件及各階段BIM應用點。

軟件：適用領域各有側重

Tekla、Bentley、Revit、CATIA等主流BIM建模軟件在20座橋梁中皆有應用。

橋梁結構BIM建模以Revit、CATIA和Tekla 3款軟件為主。若橋梁簡單按材質劃分，混凝土橋梁以Revit為主，Tekla專長于鋼橋，CATIA在鋼橋和混凝土橋梁中都有成熟應用，特別是異形或復雜構型的鋼結構。

（注：1.Autodesk Inventor Professional劃歸于Revit統一考慮；2.新白沙沱大橋采用CATIA和Tekla 2種軟件，按2座橋梁計）

設計：應用重點有待改變

設計階段基于BIM軟件有很多價值點，調研主要探討參數化建模、族庫（模板）、設計復核（差錯漏碰）、工程量統計、正向設計、與有限元結合、二維出圖應用情況。

設計階段應用重點在于二維出圖、設計復核、工程量統計?？紤]二維出圖多基于BIM軟件本身自動生成，且BIM設計多數是基于二維的翻模，因此二維出圖僅僅是價值點的探索，對設計實際意義不大。工程量統計本身對應于精細化建模，模型精度若達不到相應的程度（施工圖設計LOD350），工程量統計結果也僅是參考。

實際應用中，設計復核價值點比較突出，若與其他專業協同后更是如此（僅有1座橋采用了協同設計平臺）；參數化建模與族庫搭建有利于設計BIM成果的積累；與有限元軟件結合將會避免重復建模，提高分析效率，也是設計階段未來探索的重點。

施工：應用與需求不匹配

施工階段的根本需求促使從基于BIM軟件功能級應用到項目級應用轉變。本階段應用點主要包括：可視化交底、4D虛擬施工、進度管理、信息管理、移動端、施工監控、安全質量及成本管理。

施工階段應用重點在于可視化交底（程度1、2）、4D虛擬施工、進度管理，部分橋梁（4座）應用重點在于設計，施工階段僅探索了可視化交底和4D虛擬施工。

施工階段若僅依靠BIM軟件，滿足不了現場管理需求。因此，不少橋梁（8座）結合實際需求，研發或采用商業BIM系統，實現數據收集和信息管理。不同系統的信息管理各有側重，有的側重施工工藝管理，有的側重過程管理，但涉及到成本、機械、勞務等方面的相對較少。

考慮BIM共享特征和信息的完整性，應用逐漸擴展到施工的上下游（物料追蹤、鋼結構制造、施工監控等），如9座鋼橋中有5座探索了鋼橋制造BIM技術應用。

運維：實際應用還未涉及

由于調研的橋梁多數處于建設期，因此運維階段BIM技術具體應用點還未涉及，但一些橋梁如滬通長江大橋、甌江北口大橋等，在實施過程中也提出了建養一體化、橋梁BIM全生命周期應用的規劃，從理念上涵蓋了運維階段的應用，反映了BIM技術應用的連貫性和可持續性。

價值點再分析

精細化建模

無論設計階段還是施工階段，BIM應用必須有項目級的建模標準，否則精細化建模無從談起。同時，建模的精細度(涉及幾何信息和非幾何信息)應以后期應用為根本導向，兩者不可分割獨立，否則可能存在BIM模型無法滿足應用需求的風險。

可視化技術交底

可視化技術交底是一個較籠統的價值點，可根據深度的不同，分為2個等級。程度1是通常的三維視圖，所見即所得，通過軟件（如Autodesk InfraWorks）功能完成漫游展示；程度2類似3D作業指導書，對某個工序或施工工藝進行模擬，起到可視化培訓功能。因此，程度2在應用深度上更有價值。

4D虛擬施工

目前，4D虛擬施工主要是根據計劃時間節點，按照結構施工順序的模擬或再現樁基、墩臺、梁部及橋梁附屬等結構的生成（從隱藏到顯現），其發揮的作用有限，很難涉及施工方案的優化。例如，連續剛構橋施工可以通過4D虛擬施工動畫模擬，但合龍順序是先邊跨后中跨合龍，還是先中跨后邊跨合龍，無法通過動畫進行優化，只能通過專業知識評估。

施工管理

雖然BIM在施工管理中發揮了很大價值，但離真正滿足施工單位實際需求還有很大差距。施工關注“人料機法環”，BIM應用重點在于“法”，對于專業技術人員，BIM現階段的價值點屬于錦上添花，而實際工程特別關注的勞務分包、物資管理、機械租賃、成本核算還幾乎未涉及。當然，這是一個長期的過程，不僅需要BIM技術的進一步成熟，同時還涉及配套機制、管理方法等的升級。

通過對20座橋梁BIM技術應用樣本分析，總結出以下特點：

1.BIM技術應用范圍廣。不僅應用在結構復雜的特大型橋梁結構中，在常規的中小跨度橋梁也有所普及。應用階段以設計建造為主，運維階段應用相對較少，但部分橋梁也提到和正在踐行BIM全生命周期的應用。

2.以BIM為代表的信息技術與橋梁工程應用逐步融合，構建了從物質實體世界，向數字化架構發展的生態模式。

3.少數橋梁采用BIM正向設計，其余大多是基于施工階段應用而反推設計BIM的三維翻模，一般沒有考慮與其他專業協同設計。

4.建模軟件以Revit、CATIA、Tekla為主，總體上混凝土橋梁以Revit為主，鋼橋以CATIA和Tekla為主。單一BIM軟件解決不了所有問題，隨著應用深入，有向多個軟件共同應用發展的趨勢。

5.BIM技術從單軟件的功能級應用，逐漸向多端系統平臺、集成管理等方面靠攏。

6.隨著鋼結構的普及，鋼橋BIM技術應用逐步輻射到施工的上游即制造階段，鋼橋制造BIM技術應用成為研究熱點。

7.基于BIM施工管理挖掘了多個功能價值點，但應用范圍主要集中在“法”，與施工本身需求還需進一步融合。

應用探討

標準規范的研究

BIM技術在橋梁工程領域的應用，國際上沒有現成標準，主流軟件也鮮有成套功能，只有從底層標準抓起，才能逐步向標準化推進。因此，BIM實施要遵循頂層設計，如果僅孤立存在，對行業長遠發展益處不大。

目前，鐵路BIM標準體系框架初步形成，編制并發布了《鐵路工程數據結構分解》《鐵路BIM信息分類和編碼標準》《鐵路工程信息模型數據存儲標準》《鐵路工程信息模型交付精度標準》等基礎標準，為BIM技術應用提供了可供參考的標準規范。

由于標準規范是從設計源頭出發，許多分類和編碼未必涵蓋或不適用于施工、運維階段，同時主流軟件的支持還需要一定時間。因此，應以已有的標準規范為基礎，結合發展定位或工程應用的實際情況，逐步補充和優化，摸索適合自身的編碼體系或實施行為準則。

BIM成熟度

BIM實施過程中有一個BIM成熟度模型（稱為Bew-Richards BIM成熟度模型），分為0級、1級、2級和3級，級別越高，表明BIM應用越成熟。如果將BIM技術應用成熟度與鐵路工程結構設計方法進行對比，兩者有相似之處。

目前我國鐵路橋梁設計方法以容許應力法（0級）為主，考慮與國內外主流設計方法的接軌，經過多年努力，編制完成《鐵路橋涵極限狀態法設計暫行規范》，但配套的計算軟件、設計理念仍是基于容許應力法。通過梳理橋涵極限狀態法試設計成果，中國鐵路總公司已啟動推進《鐵路橋涵設計規范》（概率極限狀態法）的編制工作，預計不久即將進入容許應力法與概率極限狀態法并行期（1級），再經過不斷的應用積累和實踐檢驗，最終會全面實施概率極限狀態法（2級）。

與設計方法類似，我國鐵路工程結構BIM設計以二維圖為基礎（0級），少數結構進行了三維BIM設計。目前全路選定17個BIM試點項目，以BIM設計協同為主線，驗證標準，探索BIM成果的驗收、審核、轉發、歸檔等管理模式，近期正邁向二維與三維過渡期（1級），發展目標是實現不同專業的協同（2級）。

未來，基于協同的BIM設計不可避免，考慮到BIM應用配套條件與工程師應用習慣，二維與三維過渡期將在一定時間內存在。另外，從性價比方面考慮，二維與三維并存也有其合理性，如鋼筋布置圖，二維圖紙表現鋼筋的布置非常簡潔，易于工程師認知。針對偶爾不可避免的碰撞，只要按照主次的原則，適當調整普通鋼筋的位置，對結構整體受力性能影響不大，但可避免繁瑣的鋼筋建模。

BIM價值從量變到質變

BIM技術被譽為工程領域的第二次革命，對行業的影響是顛覆性的。鐵路建設項目標準化管理中強調工廠化、機械化、專業化、信息化，BIM技術能夠很好地將各個環節串聯起來，是形成標準化的重要途徑和切入點。

基于簡單、即時反饋的實用主義角度出發，BIM價值和意義主要體現在可視化、綜合管線碰撞等功能級應用，而其他深層次價值（如流程再造、管理升級等）由于需要量變積累，配套條件或機制不成熟，導致使用者不愿、不敢或者不能在這方面進行深入探索。

因此，BIM價值的真正落地需要時間和條件，不僅應從上到下加以政策引導，更重要的是從下到上自覺發揮主觀能動性，最終實現從量變到質變的轉變。

專業為主 需求為王

目前BIM從業人員多以建模人員為主，涉及專業技術人員的較少，考慮到知識的傳遞和積累過程，可以認為這是BIM技術發展的必經階段。

隨著BIM與專業的深度融合，BIM技術作為手段和工具的特點凸顯，若仍采用原有組織模式，極有可能出現研發方向與實際功能需求脫節、研發成果與真實需要兩張皮的現象。因此，在BIM技術應用實施過程中，應以專業為主，以解決專業實際問題為研發導向。

信息模型與數據模型

BIM是橋梁工程全生命周期管理的信息載體，每個階段都由相應的建筑模型、過程模型和決策模型構成，但不同階段模型的精度、深度和廣度相差較大。

BIM是面向對象的，應用對象不同，幾何精度和信息深度等級不同，導致不同階段BIM模型也不同，運維階段信息模型最豐富。因此，基于BIM全生命周期實現的是數據模型的無損傳遞，數據積累得越多，通過與專業的融合，就越有可能得到有價值的信息，轉化為知識直至智慧的依據就越充分，BIM的深度應用即是DIKW（數據、信息、知識、智慧）模型的流程化實現。

橋梁BIM已取得很多有價值的應用點，BIM和信息化技術是未來發展趨勢，現已在業內形成共識。目前，BIM的應用重點在于設計和施工，并逐步向全產業鏈協同、全生命周期的實施邁進。通過對橋梁BIM應用中的標準規范、BIM成熟度、BIM價值時效性、BIM應用需求導向、信息模型與數據模型的思考，我們確信，BIM價值的充分發揮更離不開專業本身、技術發展、行業發展、管理機制、人員構成等配套條件的成熟。