BIM技术在桥梁领域中发展的思考

BIM技术术在在桥桥梁梁领领域域中中发展展的的思思考考同济济大大学学·石雪雪飞飞shixf@Q:1367867223,tel:137018038622014年8月28日交通通运输输BIM技术术交交流流论坛坛BIM技术术在在桥桥梁梁领领域域中中发展展的的思考考BIM技术术概概况况建筑筑工工程程中中的BIM应用用桥梁梁工工程程中BrIM应用用的的思思考考技术术路路径径应用用价值值基本本概概念念建筑筑管管养养运运维维进度度分分析析成本本估估算算安全全分分析析碰撞撞检检测测同济济大大学学桥桥梁梁工工程程系系绿色色建建筑筑现场场施施工工目前前可可实实现现的的应应用用BrIM应用用的思思考考BIM技术术在在桥桥梁梁领领域域中中发展展的的思考考BIM技术术概概况况建筑筑工工程程中中的的BIM应用用桥梁梁工工程程中中BrIM应用用的的思思考考技术术路路径径应用用价值值基本本概概念念建筑筑管管养养运运维维进度度分分析析成本本估估算算安全全分分析析碰撞撞检检测测同济济大大学学桥桥梁梁工工程程系系绿色色建建筑筑现场场施施工工目前前可可实实现现的的应应用用BrIM应用用的的思思考考1)基本本概概念念BIM技术术概概况况BIM是在计计算算机机基基础础上上，，利利用用数数字字化化方方法法，，对建筑筑工程程项项目目全周周期期（（设设计计、、施施工工、、运运营营））中中的的信信息息进进行行建建模模的的过过程程。信息识别信息的质量要求信息采集、处理、利用BIM的实施1)基本本概概念念BIM技术术概概况况信息的质量要求精准性一致性完整性唯一性及时性可用性精准准性性精度度等级级（（Levelofprecision），，就是是信息息准确确程度度，即即模模型型中的的信信息息和实际际信息息的误误差差的的大小小一致致性性完整整性性唯一一性性及时时性性可用用性性保证证桥梁梁工工程程信信息息前前后后一致，避免出出现“信息孤孤岛”和和“信息息断流””的问题信息的详详细等级级（Levelofdetail），就是是建模结结果的丰丰富程度度，即模型中的的包含的的信息的的多少工程项目目本身的唯一性；信息内容容唯一确确定，不重复复、不冗冗杂准确地说明并并约定项项目各节节点中产产生的信信息的提提交时间，并做到到及时提提交相关关信息至至模型中中去使得形成成的信息息模型可可以在项项目生命命周期中中被项目目各相关关方使用用2)应用价值值BIM技术概况况参数化：：一次创创建，多多次利用用；一处处修改，，智能联联动应用价值加快进度节约成本参数化可视化提高质量可视化：：结构的的3D可视、施施工设计计方案可可视、施施工实际际过程可可视加快进度度：各设计与施施工方案案对比、、进度分分析、合合理调整整进度节约成本本：各设计与施施工方案案对比、、成本估估算、合合理分配配资源提高质量量：碰撞撞检测、、安全性性分析、、绿色建建筑3)技术路径径BIM技术概况况平台化：：建立一一个由一一系列软软件组成成的工具具群，形形成一个个统一的的平台，，满足建建模者在在桥梁工工程项目目生命周周期的不不同阶段段中建立立信息模模型的要要求。技术路径标准化系统化自动化集成化平台化系统化：：建立一一套桥梁梁信息建建模的流流程方法法，让桥桥梁工程程项目的的各个参参与者能能在桥梁梁项目生生命周期期的不同同阶段中中都有具具体的操操作方法法可以使使用。集成化：：模型信信息的集集成+建模工具具的集成成自动化：尽可能地地让机器解决问题题标准化：有标准准规范可可以依据BIM技术在桥桥梁领域域中发展的思考BIM技术概况况建筑工程程中的BIM应用桥梁工程程中BrIM应用的思思考技术路径径应用价值值基本概念念建筑管养养运维进度分析析成本估算算安全分析析碰撞检测测同济大学学桥梁工程系绿色建筑筑现场施工工目前可实实现的应应用BrIM应用的思思考碰撞检查是指指在电脑脑中提前前预警工工程项目目中各不不同专业业（结构构、暖通通、消防防、给排排水、电电气桥架架等）在在空间上上的碰撞撞冲突。。2010年《中国国商业地地产BIM应用研究究报告》：77%的企业遭遭遇因图图纸不清清或混乱乱而造成成项目的的投资损损失，其其中有10%的企业认认为该损损失可达达项目建建造投资资的10%以上，43%的施工企企业遭遇遇过招标标图纸中中存在重重大错误误，改正正成本超超过100万元。建筑工程程中的BIM应用1)碰撞检测测基本思路路创建各专业三维BIM模型使用碰撞检测平台进行碰撞检测出具检测报告平台：NavisWorks，BentleyProjectwiseNavigator，SolibriModelChecker，LubanBIMWorks建筑工程程中的BIM应用1)碰撞检测测使用LubanBIMWorks进行碰撞撞检测目前国内内已二维维设计为为主，鲁鲁班BIM软件可以以利用二二维电子子图直接接转化，，进行碰碰撞检测鲁班算量量软件建建立的BIM模型可以以用于工工程量计计算、施施工过程程成本管管控等方方面利用鲁班班云技术术，使用用鲁班服服务器检检验上传传至云端端的建筑筑模型建筑工程程中的BIM应用1)碰撞检测测1)碰撞检测测使用NavisWorks、Navigator进行碰撞撞检测可使用Revit建模导入入NavisWorks中进行碰碰撞检验；或或使用BentleyMicrostation建模，利利用Navigator进行碰撞撞检验，，可人工工进行错错误标注需要建立立三维模模型，但但三维可可视化效效果更好好、检测测结果更更为精确确，并可可在后续续施工中中进行进进度和成成本管理理建筑工程程中的BIM应用这里的安安全分析析针对的的是建筑筑使用者者的安全全分析，，如防护护系统分分析、人人员疏散散分析等等，并不不是针对对建筑物物结构受受力安全全进行分分析。基本思路路创建建筑三维BIM模型对建筑各构件进行参数化定义安全性分析平台：SolibriModelchecker，Tekla，IES<VE>Simulex建筑工程程中的BIM应用2)安全分析析平台：SolibriModelchecker，Tekla使用Tekla进行建筑筑安全性性分析，，软件可可以自动动识别模模型中的的孔洞和和边缘，，每当有有新的构构件出现现，便会会自动生生成相关关的防护护系统，，并生成成防护系系统的相相关计算算用量和和类型。。建筑工程程中的BIM应用2)安全分析析平台：IES<VE>Simulex使用Simulex模块，进进行疏散散分析。。与CAD平面图链链接，模模拟楼层层、楼梯梯和出口口情况，，以三个个圆代替替人体，，模拟紧紧急和正正常情况况下人员员疏散分分析。建筑工程程中的BIM应用2)安全分析析2)安全分析析可以完全全三维模模拟整个个建筑和和三维人人体，动动态观察察人员疏疏散情况况。平台：IES<VE>Simulex建筑工程程中的BIM应用成本估算算是指在在建筑正正式开工工之前，，针对建建筑不同同的设计计、施工工方案进进行的施施工成本本估算。。平台：Dprofiler，VicoCostPlanner，LIDX，Innovaya，Solibri，Bentley，鲁班基本思路路创建各方案三维BIM模型定义建筑各构件的工程属性分别估算各方案的建筑成本并形成报表比较各设计和施工方案择优实施建筑工程程中的BIM应用3)成本估算算平台：Bentley高精度的的三维模模型，保保证了工工程量统统计的精精准性可生成建筑筑中各构构件的三三维几何何信息、、位置信信息、数数量信息息建筑工程程中的BIM应用3)成本估算算平台：鲁班使用鲁班班BIM系统，在在三维模模型基础础上生成成建筑的的工程量量统计表表，快速准确确编制清清单、编编制投标标造价建筑工程程中的BIM应用3)成本估算算3)成本估算算平台：LIDX使用SketchUp进行建模模，用LIDX进行建筑筑成本估估算。LIDX可以自动动识别SketchUp模型中新新增加的的信息内内容，并并自动更更新LIDX中的数据据，而后后自动选选择合适适的计算算模型，，计算建建筑成本本。（迭迭代性分分析）建筑工程程中的BIM应用平台：lnnovaya，NavisWorks，Project，Bentley，鲁班进度分析析是指在在建筑正正式开工工之前，，针对建建筑不同同的设计计、施工工方案进进行的施施工进度度分析。。基本思路路创建各方案三维BIM模型定义建筑各构件的工程属性分别分析各方案的施工进度并形成报表比较各设计和施工方案择优实施建筑工程程中的BIM应用4)进度分析析平台：NavisWorks，Project使用Revit进行建模模，用Project软件完成成进度计计划；将将Project中的进度度计划与与Revit中的模型型结合，，使用NavisWorks进行进度度分析。。（迭代性分分析）建筑工程程中的BIM应用4)进度分析析4)进度分析析平台：BentleyNavigator，Project使用Microstation进行建模，用用Project软件完成成进度计计划；将将Project中的进度度计划与Microstation中的模型结结合，使用Navigator的schedulesimulation模块进行行进度分析析。（迭代性分分析）建筑工程程中的BIM应用绿色建筑筑即可持续建筑，是是指建筑筑全生命周周期中对对环境破破坏性最最小、对对资源利利用率最最高、对对人体健健康最有有益。绿色建筑施工中节约资源加快进度运营中……成本估算算进度分析析建筑工程程中的BIM应用5)绿色建筑筑基本思路路创建建筑三维BIM模型定义建筑各构件、建筑中设备的工程属性分析各项可持续性指标平台：PKPM，IES<VE>，Ecotect，GreenBuildingStudio建筑工程程中的BIM应用5)绿色建筑筑5)绿色建筑筑使用gbXML作为文件件格式，，分析的的内容有有：供暖暖、制冷冷分析，，采光分分析，照照明分析析，热工工分析，，声学分分析，通通风和气气流分析析等伴随随建模过过程的迭迭代分析析。建筑工程程中的BIM应用现场施工：是是指在建筑施施工过程中BIM的综合应用现场施工设计变更施工进度动态分析精细施工模拟现场施工指导施工成本动态分析建筑工程中的BIM应用6)现场施工平台：LubanBIM，NavisWorks，Bentley基本思路创建三维建筑施工模型施工前计划成本分析采购建议及实际成本计划成本和实际成本对比施工成本动态态分析建筑工程中的BIM应用6)现场施工平台：LubanBIM计划成本已在在施工前的成成本估算中进进行鲁班造价根据据BIM模型，给出人人材机等采购购指导记录施工过程程中的实际成成本，将实际际成本和计划划成本对比分分析施工成本动态态分析建筑工程中的BIM应用6)现场施工基本思路施工进度动态态模拟平台：LubanBIM，NavisWorks，Bentley创建三维建筑施工模型施工前计划进度分析进度规划及实际进度计划进度和实际进度对比建筑工程中的BIM应用6)现场施工平台：Bentley计划进度已在在施工前的进进度分析中进进行Bentley根据BIM模型，可以给给出建筑施工工的进度规划划记录施工过程程中的实际进进度，将实际际进度和计划划进度对比分分析，根据实实际情况进行行进度调整施工进度动态态模拟建筑工程中的BIM应用6)现场施工基本思路精细施工模拟拟平台：LubanBIM，NavisWorks，Bentley创建三维建筑施工模型辨别重大、敏感的工序仿真精细化模拟实际施工建筑工程中的BIM应用6)现场施工平台：Bentley施工中重大、敏感的施工工序，，如小空间的的机电及设备备安装及拆卸、钢筋笼绑扎等需要精精细化模拟利用Navigator动画功能，进行仿仿真精细化模拟，进行吊吊装过程中的的动态碰撞检检测精细施工模拟拟建筑工程中的BIM应用6)现场施工基本思路现场施工指导导平台：Autodesk360、ProjectWise等云技术，AR（AugmentedReality）增强现实技技术建筑工程中的BIM应用BIM+AR+云技术现场施工人员远程技术人员现场施工人员员将现场问题题上传，并下下载施工指导导意见；远程技术人员员上传施工指指导意见，下下载现场问题题6)现场施工利用BIM技术建立建筑筑虚拟模型利用AR进行定位，实实现虚实融合合、实时交互互现场施工指导导建筑工程中的BIM应用平台：BIM技术，AR技术，云技术术6)现场施工6)现场施工设计变更首先在施工前前做好各项分分析，如碰撞撞检测、成本本估计、进度度分析、绿色色建筑分析和和安全性分析析，尽量减少少在施工过程程中的设计变变更设计变更对实实际施工进度度和成本的影影响可以更方方便的计算，，在此基础上上可以进行对对比分析，做做出更优化的的决策设计变更可以以精确的记录录在BIM模型中，便于于后期的审阅阅、复核等工工作建筑工程中的BIM应用基本思路明确运营中的实际需求从模型中提取信息或追溯建模进行相关分析平台：Leicacyclon，Revit，CAD，TLS扫描仪，全站站仪，NavisWorks，Bentley，LubanBIM在建筑管养运运维阶段的工工作有：定期期检查建筑外外观，日常建建筑管理建筑工程中的BIM应用7)建筑管养运维维7)建筑管养运维维建筑工程中的BIM应用平台：Leicacyclon，Revit，CAD，TLS扫描仪，全站站仪建立地理网络络使用扫描仪进进行外部点云云数据采集，，Revit直接生成建筑筑轮廓；使用用全站仪进行行内部数据采采集，CAD进行数据处理理建模Revit生成建筑内外外部结构的模模型，并建立立相关标高系系统BIM技术在桥梁领领域中发展的思考BIM技术概况建筑工程中的BIM应用桥梁工程中BrIM应用的思考技术路径应用价值基本概念建筑管养运维维进度分析成本估算安全分析碰撞检测同济大学桥梁工程系绿色建筑现场施工可能的应用范范围BrIM应用的思考桥梁工程中BrIM应用的思考1)可能的应用范范围桥梁工程的特特点：在桥梁领域，，以桥梁结构构设计为主，，涉及其它专业比较少桥梁的构件形形状比较复杂杂、配筋比较较复杂桥梁的受力行为比较复复杂、施工过过程对受力有有很大影响桥梁的使用环环境比较恶劣劣、耐久性问问题更加严重重桥梁工程中BrIM应用的思考1)可能的应用范范围桥梁信息建模模技术在桥梁梁工程中的落落实点BrIM精细设计进度分析成本估算精细施工管养运维桥梁工程中BrIM应用的思考成本估算可在桥梁施工工前对各个设设计、施工方方案进行成本本估算，选择择合适的施工工方案使得施工各阶阶段的工程量量、费用等数数据更加精确确，提供更为为精确的采购购建议成本分析平台台：Dprofiler，VicoCostPlanner，LIDX，Innovaya，Solibri，Bentley，鲁班1)可能的应用范范围需进行的开发发：各种施工方案案、各种结构构形式的成本本模型适合我国国情情的优化算法法桥梁工程中BrIM应用的思考精细设计平台：NavisWorks，BentleyProjectwiseNavigator，SolibriModelChecker，LubanBIMWorks可使用BIM工具检测桥梁梁钢筋、预应应力钢筋的碰碰撞问题，避避免过密的钢钢筋布置局部构造设计计与总体设计计的协同工作作一些平台如鲁鲁班钢筋，可可以直接由二二维图自动生生成模型，并并内置现行国国家钢筋规范范，快捷方便便钢筋碰撞检测测1)可能的应用范范围桥梁工程中BrIM应用的思考精细施工对桥梁构件的模模板、钢结构构下料进行无无缝设计，确确保构件形状状的准确利用BIM技术、AR技术和云技术术相结合，实实现更高效的的现场施工指指导可以伴随桥梁梁的施工过程程，进行进度度动态分析和和成本动态分分析便于施工过程程中的设计变变更1)可能的应用范范围现场施工设计变更施工进度动态分析精细施工模拟现场施工指导施工成本动态分析桥梁工程中BrIM应用的思考精细施工平台：AutoCAD等三维建模软软件桥梁施工中模模板的设计：：可以利用桥桥梁结构的三三维模型，快快速便捷地进进行桥梁施工工模板三维设设计。1)可能的应用范范围桥梁工程中BrIM应用的思考实际案例在现场施工中中利用BrIM工具，可对施工线型、力力学性能进行监控。精细施工1)可能的应用范范围桥梁工程中BrIM应用的思考实际案例精细施工芜湖二桥采用用短线法施工工，在短线法施工过过程中，各种种误差的积累累效应显著避免误差累计计的办法是建建立数据库对对误差进行全全局分析开发施工管理理系统，进行行测量定位控制和误误差调整控制制施工线形监控控1)可能的应用范范围建立各梁段段节点在总总体坐标系系下的理论论坐标建立各梁段段节点在总总体坐标系系下的实际际坐标后台数据误差分析调调整算法核心算法调用调用存储输出模块监控指令输出输入模块测量数据输入节段梁预制信息息系统原理理桥梁工程中BrIM应用的思考考实际案例桥梁施工监控精细施工梁段位置预制台座内预制台座内修整台座上存梁台座上（固定位置）时间段脱模前脱模后匹配就位匹配后

一天调离后调离后

三天调离后

六天调离后

九天调离后

十六天调离后

二十三天调离后

三十天测量时间2014.7.132014.07.142014.07.152014.07.162014.07.172014.07.192014.07.222014.07.252014.08.012014.08.082014.08.15环境温度3228262530363830292829h10.00830.00630.00440.0022-0.0224-0.02120.00400.00410.00480.00580.0040h20.01150.01020.00970.0082-0.0213-0.02020.00930.00990.01030.01110.0097h30.00620.00420.00470.0032-0.0307-0.02960.00430.00460.00510.00650.0041h40.00720.00690.00540.0039-0.0160-0.01530.00600.00620.00640.00700.0062h50.01230.01190.01160.0103-0.0136-0.01300.01240.01270.01280.01300.0127h60.00870.00810.00880.0076-0.0209-0.02020.00960.00970.00970.01100.0096h70.00720.00740.00590.0048-0.0105-0.00990.00720.00730.00730.00770.0074施工线型监监控测点布布置以及部部分现场测测量数据1)可能的应用用范围节段梁架设设信息系统统原理建立各梁段段预制后节节点在总体体坐标系下下的实际坐坐标后台数据误差分析调调整算法架设调整算算法调用输出模块架设监控指指令输出输入模块测量数据输入建立各梁段段目标架设设坐标桥梁工程中BrIM应用的思考考实际案例施工线型监监控精细施工施工管理系统中存储信息包括设设计信息、、施工信息息、几何信信息与控制制点信息四四项内容设计信息包包括线路信信息、桥梁梁信息、理理论控制点点施工信息中中包含施工工单位名称称、施工地地点、施工工工期安排排、施工方方法几何信息是是指各编号号梁段的外外形几何参参数，包含含理论几何何与实测几几何两个部部分控制点信息息包括测点点布置以及及测点在各各工况下的的坐标信息息1)可能的应用用范围桥梁工程中中BrIM应用的思考考实际案例桥梁施工监控精细施工针对上述各各信息，施工过程中参与与方的BrIM信息系统权权限如下：施工单位：：理论数据据查询、施施工现场数数据录入、、监控指令令提取与查查询监理单位：理论论数据查询询、施工现现场数据审审核、监控控指令提取取与查询监控单位：：理论数据据输入、施施工现场数数据提取、、监控指令令输入与查查询BrIM模型中包含含有桥梁线线型的理论论数据和现现场数据，，各参与方方根据具体体情况上传传并调取相相关信息，，将理论线线型、几何何信息与现现场线型、、几何信息息对比显示示，可进行行高效的现现场施工指指导，保证证桥梁的线线型1)可能的应用用范围桥梁工程中BrIM应用的思考考实际案例精细施工通过桥梁结构静力性性能试验，，得出桥梁梁的受力性能，包括括应力与变变形信息在桥梁中预预埋应力传传感器，进进行结构的的应力监测测，将实测测应力分布布整合入BrIM模型在桥梁中预预埋位移传传感器，进进行结构的的变形监测测，将实测测结构变形形整合入BrIM模型可调取桥梁梁试验结果果中应力信信息，与实实测应力分分布对比显显示可调取桥梁梁试验结果果中变形信信息，与实实测结构变变形对比显显示判别桥梁混凝土土以及钢筋筋的受力是是否安全，，判别施工工缺陷，并并可做到对对桥梁的长长期跟踪监监测桥梁施工监控1)可能的应用用范围桥梁工程中中BrIM应用的思考考实际案例精细施工桥梁施工监控传感器布置置图1)可能的应用用范围桥梁工程中BrIM应用的思考考实际案例平台：施工管理系系统，BrIM模型精细施工桥梁施工监控引桥应力云云图在桥梁生命命周期后续续阶段，可以利用BrIM模型进行考考虑施工过过程的空间间结构分析析，可将实测测应力与计计算应力对对比，判别别桥梁结构构的性能。。1)可能的应用用范围桥梁工程中BrIM应用的思考考实际案例精细施工1)可能的应用用范围需进行的开开发：如何在3D设计的基础础上组织信信息数据如何在3D模型上更加加有效地显显示信息桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维平台：Leicacyclon，Revit，CAD，TLS扫描仪，全全站仪，NavisWorks，Bentley，LubanBIM管养运维中BrIM应用3D可视化建模TLS扫描，并进行外观检测根据施工图、竣工图等追溯建模施工过程重现力学性能分析1)可能的应用用范围桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维根据该桥的的施工图、、竣工图，，追溯建立立桥梁三维维模型根据施工记记录等文件件，重现桥桥梁的施工工过程根据上述两两项工作，，进行考虑虑施工过程程的空间结结构分析长春市伊通通河轻轨斜斜拉桥为长春市轨道道交通环线线中一座重重要的桥梁，目前已建建成。在运运营的过程程中发现桥桥梁主塔出出现多条裂裂缝，利用用BrIM工具进行了了该桥的考虑施工过过程的空间间结构分析析，找到了裂缝出现的的原因实际案例相关工作1)可能的应用用范围桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维根据该桥的的施工图和和竣工图，，追溯建立立主塔三维维模型，包包括主塔混混凝土结构构模型和主主塔预应力力筋模型3D追溯建模实际案例1)可能的应用用范围平台：AutoCAD，Revit桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维将AutoCAD中的三维模模型导入至至NavisWorks中，根据施施工记录档档案，在NavisWorks中建立桥梁梁的施工信信息模型，，动态重现现该桥主塔塔的施工过过程平台：NavisWorks重现施工过过程实际案例1)可能的应用用范围简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型简介BrIM模型红色区域混混凝土龄期期与周边混凝土龄期期差异长达达半年桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维根据主塔的的三维空间间信息、施施工过程信信息，在Ansys中建立计算算模型。由三维空间间信息和施施工过程信信息知，主塔混凝土土分阶段浇浇筑造成层层与层之间间混凝土存存在龄期差异，故在进行有限元元分析时详细模拟主塔混混凝土浇筑筑的过程，以计算混混凝土的收收缩应力平台：Ansys结构分析全桥有限元元模型塔臂预应力力钢筋及普普通钢筋实际案例1)可能的应用用范围应力分布施工过程仿仿真自重+预应力+收缩竖向正应力收缩单项竖向正应力塔壁纵向裂缝缝分布应力分布施工过程仿仿真塔壁中心层主主拉应力预应力张拉拉前预应力张拉拉后锚下上拔力，，加剧水平裂缝开开展应力分布施工过程仿仿真自重+预应力+收缩纵向正应力收缩单项纵向正应力力塔壁竖向裂缝缝分布桥梁工程中BrIM应用的思考考管养运维