滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

閆志剛(中國鐵路總公司工程管理中心，北京　100844)

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滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

閆志剛
(中國鐵路總公司工程管理中心，北京100844)

摘要:滬通長江大橋主航道橋為世界上最大跨度公鐵兩用斜拉橋，主跨1 092 m，技術(shù)含量高，施工難度大。為提升該橋建造和管理水平，研發(fā)了BIM管理系統(tǒng)，結(jié)合GIS實現(xiàn)了精細化BIM建模、可視化交底、圖紙管理、施工計劃編制、三維施工日志、進度分析、工程量統(tǒng)計、施工監(jiān)控、鋼橋制造信息化等功能，并應(yīng)用在項目管理中，在大跨度橋梁全生命周期的BIM研究與應(yīng)用上進行了有益探索。

關(guān)鍵詞:滬通長江大橋BIM GIS建模等級信息化管理

BIM(Building Information Modeling)作為一種全新的理念，涉及到一個工程項目全生命周期，從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營維護一系列的技術(shù)和管理創(chuàng)新，被稱為工程領(lǐng)域中的第二次革命［1］。

BIM從提出至今，已經(jīng)從概念普及進入到應(yīng)用發(fā)展階段，不同國家、政府和企業(yè)結(jié)合各自的文化和管理機制，開展從小范圍、企業(yè)內(nèi)的試驗到局部范圍、多方協(xié)同的實踐，并逐步向全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、全生命周期應(yīng)用邁進。目前，美國、英國、新加坡、日本、韓國等已在建筑工程行業(yè)提出了BIM應(yīng)用要求，并建立了相關(guān)的BIM企業(yè)級和行業(yè)級應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)［2］。

我國BIM最早應(yīng)用在建筑業(yè)。住建部為推動和加快BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用，2011年已將BIM應(yīng)用研究納入“十二五”發(fā)展規(guī)劃。BIM技術(shù)在工業(yè)民用建筑中有許多成功案例，如北京奧運會主會場鳥巢、鳳凰國際傳媒中心、上海中心大廈等。BIM技術(shù)在軌道交通中應(yīng)用成熟，主要涉及管線綜合、3D漫游、疏散模擬等應(yīng)用，工程量統(tǒng)計和二維出圖功能也逐漸成熟。廣州、北京、廈門、南寧、深圳等地建設(shè)單位已經(jīng)開始大力推廣和應(yīng)用BIM技術(shù)。

中國鐵路總公司高度重視BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的研發(fā)和推廣應(yīng)用工作［3］。自2013年4月提出鐵路工程信息平臺的整體方案以來，鐵路信息化建設(shè)取得了顯著成果［4-5］。目前已完成BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的建立、工程建設(shè)信息化平臺的建設(shè);依托科研項目，進行了鐵路隧道設(shè)計、施工的BIM研究及應(yīng)用，基于BIM的路基數(shù)字化施工技術(shù)應(yīng)用研究，站房、四電集成的BIM應(yīng)用等。尤其是2013年12月成立了“中國鐵路BIM聯(lián)盟”，為鐵路BIM技術(shù)研究和應(yīng)用提供了組織支撐，構(gòu)建了創(chuàng)新、和諧的BIM技術(shù)發(fā)展環(huán)境。

1　滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)

滬通長江大橋主航道橋為世界上最大跨度公鐵兩用斜拉橋，主跨1 092 m;專用航道橋為主跨336 m剛性梁柔性拱橋，另外還有26孔112 m鋼桁梁，以及混凝土簡支、連續(xù)梁橋，技術(shù)含量高，施工難度大。因此利用BIM技術(shù)搭建項目管理系統(tǒng)，并通過工程應(yīng)用不斷修正完善，不僅對大橋的施工和管理意義重大，而且作為工管中心首批17個BIM試點項目之一，實施過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)可為類似鐵路橋梁工程的BIM應(yīng)用提供參考。

1.1管理系統(tǒng)定位

管理系統(tǒng)主要面向建設(shè)、施工和制造單位。通過對滬通長江大橋進行全橋建模，以BIM模型為信息載體，建立集GIS、基礎(chǔ)信息、3D電子施工日志、可視化交底、進度管理、報表中心、施工監(jiān)控、安全質(zhì)量管理等于一體的多維度項目管理系統(tǒng)。同時積極將BIM理念應(yīng)用于鋼橋制造等方面，從而提升整個項目信息化管理水平。管理系統(tǒng)定位如圖1所示。

1.2 BIM信息模型

針對該橋以鋼結(jié)構(gòu)為主的特點，選取在鋼結(jié)構(gòu)建模上有明顯優(yōu)勢的TEKLA軟件。以施工圖和施工組織設(shè)計為依據(jù)，建立主航道橋、專用航道橋、112 m簡支鋼桁梁、南北引橋上部及下部結(jié)構(gòu)的施工BIM模型。

結(jié)合TEKLA軟件和該橋具體特點編制了建模指南。建模指南規(guī)定了建模原則、建模LOD等級(Levelsof Detail)、命名規(guī)則等，這些規(guī)定直接應(yīng)用到滬通長江大橋的BIM建模中，保證BIM模型真實、完整地反映設(shè)計圖紙信息，并綜合考慮了制造和施工中的BIM應(yīng)用。滬通長江大橋建模時考慮了施工組織設(shè)計信息(如橋墩施工節(jié)段劃分)，等級為LOD300。

圖1　滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)定位

典型BIM模型見圖2。

圖2　典型BIM模型

1.3 BIM管理系統(tǒng)基本功能

滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，通過采用桌面虛擬云方式，實現(xiàn)將Windows桌面和應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N按需服務(wù)，向任何地點、任何設(shè)備的任何用戶交付。滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)有7大基本功能模塊:GIS模塊、基礎(chǔ)應(yīng)用、可視化交底、進度管理、施工監(jiān)控、安全質(zhì)量、施工日志和報表中心。限于篇幅，本文僅介紹部分模塊。

1.3.1 GIS模塊

該系統(tǒng)對包括橋墩、梁體、主塔、臨建辦公區(qū)(見圖3)、拌合站、棧橋碼頭、鋼筋加工廠等BIM模型進行處理，使BIM模型與GIS數(shù)據(jù)相結(jié)合，將數(shù)據(jù)進行發(fā)布，使之可以在Web端進行訪問，同時與現(xiàn)有系統(tǒng)進行關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)項目管理平臺的GIS功能(見圖4)。

圖3　臨建辦公區(qū)

圖4　GIS中三維瀏覽漫游功能

管理系統(tǒng)的GIS功能能夠?qū)崿F(xiàn)三維漫游瀏覽、關(guān)鍵節(jié)點標(biāo)注、距離量測和地下及水下模型查看、構(gòu)筑物信息查詢等多種功能，以便于對橋梁整體狀況的了解和把握。

1.3.2可視化交底

可視化即“所見所得”，是BIM的顯著特點之一。可視化的結(jié)果不僅可以用于效果圖的展示及報表的生成，更重要的是，項目設(shè)計和建造過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行。在可視化交底模塊實現(xiàn)了施工工藝、圖紙查看和模型視圖3大功能。

1)施工工藝

能夠?qū)崿F(xiàn)錄入和修改施工工藝、附加相關(guān)文件和預(yù)覽功能，可以匹配施工工藝到模型(如圖5)，實現(xiàn)對施工工藝的實時查看。

圖5　施工工藝與模型的關(guān)聯(lián)示例

2)圖紙查看

實現(xiàn)了二維圖紙信息與其相對應(yīng)的三維信息模型關(guān)聯(lián)查看(見圖6)，并可查看下掛附件如變更設(shè)計通知單等，方便圖紙管理，提高應(yīng)用效率。

圖6　二維圖紙與三維模型的關(guān)聯(lián)示例

3)模型視圖

主要包括線路里程、設(shè)計屬性、施工屬性、視點、圖紙、工程量統(tǒng)計、施工工藝、問題追蹤等功能。

點擊模型任意部位，可在右側(cè)設(shè)計屬性中查看相關(guān)屬性信息;加載模型之后，若有安全質(zhì)量問題，會在模型上出現(xiàn)安全質(zhì)量標(biāo)簽，可直接雙擊標(biāo)簽查看問題，也可在右側(cè)問題列表中選擇，如圖7所示。

圖7　設(shè)計屬性查看與安全質(zhì)量標(biāo)簽管理示例

框選部分模型，可在工程量信息中看到所框選模型的所有材料信息。信息內(nèi)容可匯總，分組排列并導(dǎo)出報表。

1.3.3進度管理

1)編制施工計劃

通過新增或者雙擊甘特圖填寫總體、年、月、旬施工組織計劃，或者導(dǎo)入已經(jīng)編好的計劃電子表，如Excel或Project格式表格，實現(xiàn)計劃與模型的關(guān)聯(lián)，方便現(xiàn)場使用，如圖8所示。

圖8　施工計劃與模型的關(guān)聯(lián)示例

在計劃模擬中，選擇某一施組計劃進行施工動畫模擬，設(shè)置起始時間和動畫速度，即可對已經(jīng)編譯的計劃按照時間順序進行模擬。

2)施工日志

將二維電子施工日志通用表格進行3D擴展，將施工階段BIM模型與施工進度進行關(guān)聯(lián)匹配(圖9)，實現(xiàn)在進度分析中的三維直觀展示。

3)進度分析

根據(jù)計劃和施工日志與模型關(guān)聯(lián)的功能，展示當(dāng)前進度和計劃的對比(超前、正常和滯后)，對滯后工程進行預(yù)警，實現(xiàn)對進度的直觀把控。

計劃進度和實際進度的對比結(jié)果有3種展示效果:①在模型中用不同顏色(如圖10)來區(qū)分已完工、提前開始、正常施工、滯后開始、施工延遲(未開始);②通過折線圖來表達;③通過餅狀圖來分析。

圖9　施工日志與3D模型匹配示例

圖10　計劃進度與實際進度的對比分析示例

1.3.4安全質(zhì)量管理

實現(xiàn)對不同部門給出問題的匯總，問題提出時會在相應(yīng)模型中顯示安全質(zhì)量標(biāo)簽，解決問題后才會形成閉環(huán)，方便對施工過程中問題的追蹤管理。

1.3.5鋼梁桿件信息管理

滬通長江大橋鋼梁共計25 t，鋼梁桿件數(shù)量巨大。為了對鋼梁桿件進行有效管理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了BIM管理系統(tǒng)鋼梁桿件信息管理模塊，編制了使用指南，并在滬通長江大橋施工現(xiàn)場應(yīng)用，如圖11所示。在驗收、出廠、運輸及架設(shè)時，通過掃描桿件上掛設(shè)的二維碼，可以把鋼梁桿件的各個狀態(tài)及桿件照片等信息錄入管理系統(tǒng)，實現(xiàn)宏觀、有效管理。

圖11　鋼梁桿件信息管理模塊現(xiàn)場應(yīng)用示意

1.4 BIM管理系統(tǒng)特點

滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)實現(xiàn)了可視化、智能化管理，有以下幾個方面的特點。

1)數(shù)據(jù)管理模式特點:基于BIM平臺，將以往的鐵路工程結(jié)構(gòu)資料紙質(zhì)管理和平面數(shù)據(jù)管理的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S仿真和可視化的數(shù)據(jù)管理模式，并關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)生命周期內(nèi)動態(tài)數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)不同階段信息的關(guān)聯(lián)查詢、追溯管理，最終實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)建造管理水平的整體提升。

2)信息采集模式特點:憑借互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改變傳統(tǒng)人工操作、手工記錄為主的低效模式，換以信息化、數(shù)字化手段進行高效自動采集、傳輸和處理，減少了人工誤差，大幅提升數(shù)據(jù)采集和分析效率。

3)數(shù)據(jù)應(yīng)用模式特點:打破了傳統(tǒng)的信息孤島，融合設(shè)計、施工數(shù)據(jù)，將不同階段的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)性分析和高效利用，基于BIM管理系統(tǒng)實現(xiàn)“即時查看、過程追蹤”等服務(wù)，實現(xiàn)信息資源的智能化、專業(yè)化的深層次應(yīng)用。

4)系統(tǒng)開發(fā)模式特點:首次引入咨詢審核單位，責(zé)任任務(wù)明確，為模型質(zhì)量和管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力支撐。

2　結(jié)語

1)滬通長江大橋BIM模型采用LOD300等級，考慮了施工組織設(shè)計，精細度高，為施工4D需求提供了基礎(chǔ)。

2)滬通長江大橋BIM管理系統(tǒng)以集成模型為載體，關(guān)聯(lián)施工過程中的進度、安全、質(zhì)量、圖紙、工程量等信息，利用BIM模型的形象直觀特性，為項目的進度、安全質(zhì)量、成本分析等提供數(shù)據(jù)支撐，協(xié)助管理人員有效決策和精細管理。

3)滬通長江大橋管理系統(tǒng)與拌合站系統(tǒng)對接設(shè)計，同時兼容施工監(jiān)控、鋼橋信息化制造等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了信息的綜合管理，而且促進了橋梁工程產(chǎn)業(yè)鏈的升級。

4)滬通長江大橋BIM試點項目起到了典型、示范作用，基于信息化建設(shè)“先行先試”的組織和實施經(jīng)驗可供其他試點項目參考和借鑒。

參考文獻

［1］潘永杰，趙欣欣.鐵路橋梁BIM技術(shù)應(yīng)用［J］鐵道知識，2005(1):54-59.

［2］沈東升.BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用［Z］.北京:中國鐵路總公司工程管理中心，2015.

［3］王同軍.基于BIM的鐵路工程管理平臺建設(shè)與展望［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(3):8-13.

［4］金星.鐵路勘測設(shè)計BIM應(yīng)用基礎(chǔ)研究［J］.鐵道建筑，2014(7):136-138.

［5］劉延宏.BIM技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(3):47-50.

(責(zé)任審編李付軍)

Research and Development and Application of BIM Management System of Shanghai－Nantong Yangtze River Bridge

YAN Zhigang

(Engineering Management Center，China Railway Corporation，Beijing 100844，China)

Abstract:Hutong(Shanghai－Nantong)Yangtze River Bridge is a cable-stayed highway and railway shared bridge with the largest span in the world.Its main span is 1 092 m，with more technical requirements and great difficulties of construction.In order to improve construction and management，a BIM management system was researched and developed.Combined with GIS，some model functions were realized such as the refined BIM modeling，visualization design explanation，management of blueprint，construction planning，3D Construction Logs，progress analysis，statistics quantities，construction monitoring and informatization of steel bridge manufacturing.T he model functions were applied in this bridge，which gave a beneficial practice on research and application of life cycle performance of large span bridge using BIM system.

Key words:Hutong Yangtze River Bridge;BIM(Buliding Information M odeling);GIS(Geographic Information System);M odeling level;Informatization management

作者簡介:閆志剛(1976—)，男，高級工程師，博士。

收稿日期:2015-12-22;修回日期:2016-01-26

文章編號:1003-1995(2016)03-0008-05

中圖分類號:U455.1

文獻標(biāo)識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.03