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0引言

随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断推进，市政项目规模日益扩大，专业分工更加细致，施工环境也愈发复杂。这些因素都使得传统的“粗放式”管理模式难以适应现代工程建设的需求，进而引发工程进度滞后、资源浪费、经济损失等一系列问题^[1]。

随着BIM（建筑信息模型）技术在建筑行业的广泛应用，能够实现施工方案的可视化模拟，但目前多数施工方案模拟任然存在智能化程度低、关键要素不清晰、落地性差等问题^[2]，同时，随着市政项目规模的不断扩大和施工环境的日益复杂，传统基于BIM的施工方案模拟方法已难以满足现代工程的需求。因此，亟需一种更加先进、高效的技术手段来提升施工方案模拟的智能化水平，以满足市政项目建设的实际需求。

1现状及问题

BIM技术在施工方案模拟中逐渐凸显重要性，然而，其在施工方案模拟中仍面临一些挑战和现状：(1)由于现有BIM软件的功能和智能化程度普遍较低，因此在实际应用中需要人工建模、录入进度、重复工艺动作操作，人工干预和调整的情况较多，极大地降低了工作效率；(2)因BIM工作者往往非专业方案工程师，对方案理解不透彻，对施工过程中的关键节点、施工工艺和资源配置等描述不够详细和准确，导致在模拟过程中难以准确反映实际情况，关键要素不清晰，从而影响模拟结果的可靠性和实用性^[3];(3)由于BIM模型与实际施工现场之间的衔接不够紧密，导致模拟结果难以直接应用于指导实际施工中，甚至导致施工过程中的误解和错误。因此，由于现有施工方案模拟缺乏智能化规范化的支持，模拟结果的及时性、准确性和落地性也往往受到质疑，从而限制了BIM技术在施工方案模拟应用中的进一步推广和应用。

为了解决上述问题，当前的研究重点主要集中在BIM模拟技术和方法的改进上，通过改进措施，有望提高施工方案模拟的智能化程度、清晰度和落地性，从而进一步提高施工方案模拟的智能化水平，为市政项目的顺利实施提供有力支持。

但基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟在实践中面临多方面的问题，具体包括如下几个方面：(1)如何准确、高效地构建预制桥梁上部结构的BIM模型并实现模型信息的有效集成和共享；(2)如何解决构件及工艺的自动识别、批量提取技术，从而减少一个个找模型或者建立的工作量，提升模拟效率；(3)如何实现计划数据自动关联、工序动作自动生成技术，基于关联时间自动通过隐藏显示的构件方式实现工序动作自动生成；(4)工序动作自动生成技术，模拟分析技术，即利用BIM模型进行施工方案模拟分析，可以预测施工过程中出现的问题，并提前制定应对措施；(5)在预制桥梁上部结构的施工过程中，如何实现各专业之间的信息共享和协同工作^[4]。

2技术思路

2.1流程设计

为了提升施工方案的智能化程度和落地性，基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟成为了研究的重点。

在基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟流程设计中，需要根据预制桥梁上部结构的特点和施工要求，制定详细的施工方案模拟流程。在每个阶段中，都需要明确关键要素和操作步骤，以确保施工方案的顺利实施。

1）根据施工类别分析，预制桥梁上部结构施工有以下几种：利用预制安装法进行桥梁上部结构施工、利用悬臂施工法进行桥梁上部结构施工、利用转体施工法进行桥梁上部结构施工、利用顶推法进行桥梁上部结构施工、利用移动模架逐孔进行桥梁上部结构施工、利用横移法进行桥梁上部结构施工^[5]。

2）确定BIM模拟方案标准化需表达的要素，可归纳为：施工目的、运输条件、施工准备、劳力组织、施工程序、施工方法、技术标准、安全措施、应急预案^[6]。

3）确定BIM模拟方案模型构件标准化表达，内容有：模型版本、模型参数、编码、颜色、命名等标准化建模。其中，预制桥梁上部结构桥梁构件命名规则如表1所示，若表中为“—”，则跳过该级命名。例如：桥跨结构-主梁-实腹梁（梁式桥）-板梁-5000 mm×6 0 0 0 0 m m；支座系统-固定支座-5 0 0 0 m m×5 000 mm。

表1 预制桥梁上部结构桥梁构件命名规则

然后确定工艺流程标准化表达。如桥梁施工方案主体工程：场地平整→测量放样→基础施工（开挖）→基础板制作、安装→基础混凝土浇筑（浇筑混凝土）→墩、台身钢筋制作、安装→墩台混凝土→混凝土墩（台）帽→梁板预制、安装→台背回填；板及T形梁：施工准备→制作底模、侧模、芯模→绑扎钢筋→侧模安装→浇筑底板混凝土→安装芯模→浇筑侧壁模片石锥坡→护栏座混凝土→桥面铺装等附属工程；预制空心混凝土→绑扎顶部钢筋→浇筑梁顶混凝土→混凝土养生→吊装^[7]。

同时，为了提高施工方案的落地性，模拟流程中还应该考虑实际施工环境中的各种因素，比如施工现场的地形、气候条件、资源配置等。通过对这些因素的综合考虑，可以制定出更加贴近实际、具有可操作性的施工方案。

2.2数据库建立

在市政项目中，由于项目体量大、专业多样性和施工环境的复杂性，传统的管理模式可能导致工程进度受阻、资源浪费，以及经济损失。通过构建三维的BIM模型，将工程项目的各种信息集成在一个平台上，实现参建各方之间的信息共享和高效沟通。为了更好地利用BIM技术进行施工方案的智能模拟，建立构件库、工艺模拟库和方案库显得尤为重要^[8]。这些库的存在可大大提高模拟的效率和准确性。

1）构件库：应包含各种预制桥梁上部结构的详细信息和模型。每个构件都应有详细的描述和参数，以便在模拟过程中快速准确地选取（图1）。

图1 预制桥梁上部结构桥梁构件库

2）工艺模拟库：包含了各种施工工艺的流程、参数和模拟结果（表2）。这使得模拟过程更加贴近实际，能够更准确地预测施工中的各种情况。

表2 预制桥梁上部结构桥梁工艺库

3）方案库：汇集了各种经过验证和优化的施工方案^[9]。这些方案可以作为参考，也可以根据实际需求进行调整和优化（图2）。

图2 预制桥梁上部结构桥梁方案库

通过这3个库的建立，可以更高效、更准确地完成预制桥梁上部结构施工方案的模拟，从而提高施工方案的智能化程度、清晰度和落地性，为市政项目的顺利实施提供有力支持。

2.3关键技术

基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟技术，主要研究基于元素信息的构件及工艺的自动识别、构件模型批量提取、工艺模拟提取、计划数据自动关联，以及施工方案模拟等。

1）如何准确、高效地构建预制桥梁上部结构的BIM模型是模拟的基础。这需要研究并优化建模流程，确保模型的精度和实用性。同时在施工过程中，实现模型信息的有效集成和共享，成为提升工程管理效率的关键。

2）构件及工艺的自动识别、批量提取技术。通过构件库和工艺库的建立，集合施工方案工序，对构件及工艺模拟视频一一编码，以实现基于方案即可识别该方案所对应的构件及工艺。通过方案工序对构件库的构件进行批量提取，从而减少一个个找模型或者建立的工作量，提升模拟效率（图3）。

图3 预制桥梁上部结构桥梁构件编码

3）计划数据自动关联、工序动作自动生成技术。根据方案工序关联时间，结合工序关联构件，将计划数据自动关联到构件上。基于关联时间，自动通过隐藏显示的构件方式，实现工序动作自动生成。

4）工序动作自动生成技术，模拟分析技术。利用BIM模型进行施工方案模拟分析，可以预测施工过程中出现的问题，并提前制定应对措施。这需要研究并应用先进的模拟分析软件和方法。

5）协同设计与施工技术。在预制桥梁上部结构的施工过程中，如何实现各专业之间的协同设计和施工是确保工程质量和进度的关键。通过BIM技术，可以实现各专业之间的信息共享和协同工作，从而提高施工效率和质量^[10]。

3实际应用案例

3.1工程概况

上海杨高南路（高科西路—外环立交）改建工程1标，主要包括桥梁墩、桥台和梁段等部分。桥梁上部结构采用简支小箱梁结构，标准跨径30 m，下部结构采用盖梁+桥墩的型式。上部为双向6车道24 m桥宽小箱梁结构，横向布置6片预制梁，梁距4.06 m，梁间通过0.45 m宽湿接缝横向连接。预制内梁顶板宽3.71 m，底板宽1.5 m，顶板挑臂长0.767 m；预制外梁顶板宽3.555 m，底板宽1.5 m，顶板内侧挑臂长0.767 m，顶板外侧挑臂长0.612 m。

3.2解决方案及效果

基于BIM的桥梁上部结构方案自动生成方法实施路线为：项目前期收集、创建桥梁上部构件库、施工方案库和工艺模拟库，并将其存入项目服务器。项目实施时，基于方案自动生成平台上传施工方案，平台通过算法分析方案所需内容，如工序、工艺所对应的桥梁构件、计划时间、相关工艺等，并同步在桥梁上部构件库、施工方案库、工艺模拟库中提取相应的内容，存入方案制作界面，在制作界面上传对应方案场景模型，载入构件库提取的相应机械设备，平台通过对施工方案二次识别，将载入构件、机械设备、工艺动画和施工计划时间点一一挂钩，然后通过算法自动拟合形成机械设备及构件的运动轨迹，最终通过构件显隐方式完成工序动画的制作制定规则。

3.2.1模型上传

用户通过Autodesk Revit软件完成所需场景BIM模型创建（包括各类施工机械模型）。创建模型时，需对模型添加构建编码，然后分别上传至BIM协同平台（图4）与Mint仿真云平台（图5）。上传时，需使用对应的插件进行模型关键信息提取。

图4 施工方案模拟自动生成系统

3.2.2施工机械动画

模型上传成功后，按Mint仿真云平台的操作手册，完成施工机械动画场景的创建，并生成施工机械动画场景的URL地址。将URL地址录入BIM协同云平台，生成施工机械动画编码。

图5 Mint仿真云平台

3.2.3工艺动画

创建完成工艺动画（格式为MP4）后，由用户自主将工艺动画上传至BIM协同云平台，同时将对应的工艺说明录入平台中，并生成工艺动画编码。

3.2.4 BIM进度数据编制与导入

BIM进度数据在Word的固定格式表格中进行编制，完成后，通过施工进度管理模块导入BIM协同平台。平台自动分析进度数据，并将进度数据与施工机械动画、工艺动画进行关联。关联动画时主要填写动画编码与播放时长，动画与播放时间使用“|”分割，多个动画用半角逗号“,”分隔，播放顺序按编码顺序播放。

3.2.5 BIM进度模拟展示

进入BIM模型展示大屏，设置好进度开始和结束时间，点击播放，平台会根据导入的进度时间数据构建编码，进行BIM模型的进度播放，并在指定的构建显示后弹出动画播放窗口，循序播放施工动画及工艺动画小界面，同时显示工艺说明。此时，BIM模型进度播放将暂停，待工艺动画完成播放后，关闭小界面，再继续播放后续BIM模型进度。

动画播放技术实现方案为：多组动画展示由人为控制，默认打开第1个动画页面，界面下按序排列每个将要插播的工艺动画，并由操作员控制每个动画的播放、暂停、插播工艺动画等（图6）。

图6 方案模拟

4结语

随着BIM技术的不断推广应用，在预制桥梁上部结构施工方案模拟中被广泛应用，其对于提高施工方案的智能化程度、明确关键要素及增强落地性具有显著意义。针对当前施工方案模拟中普遍存在的智能化程度低、关键要素不清晰、落地性差等问题，研究了基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟技术全过程的流程、标准、要点等，创建了适用于方案模拟的BIM构件库、工艺库、模拟库，形成方案模拟核心资产，实现项目方案模拟自动生成，减少方案模拟的工作量，为现场施工方案编写提高准确率和效率，同时实现了施工方案模拟的标准化、科学化、智能化。

基于BIM的施工方案模拟是BIM技术在施工管理中推广应用的重要基础，施工方案智能模拟能极大提高BIM工作效率，提高BIM整体应用水平。通过基于BIM的预制桥梁上部结构施工方案智能模拟技术的实际应用，可为其他类似施工方案智能模拟搭建提供新思路，形成可复制的经验，为行业级BIM应用积累经验。目前，基于BIM的施工方案智能模拟技术相关研究尚少，在该领域进行探索具有一定创新意义。

然而，尽管本次实践在方案展现上的准确性及制作模拟效率上发挥了重要作用，但仍存在一些挑战和需要进一步改进的地方：如何进一步提高BIM模型的智能化程度，使其能够更加准确地反映实际施工情况；如何明确施工方案中的关键要素，使得施工人员能够更快速地掌握施工要点；如何提高BIM模型的落地性，使其更好地指导实际施工等。