黑龍江大橋BIM造

文/龍建路橋股份有限公司 呂筱珩 梁旭源 邢建見(jiàn) 葉陽(yáng)

面臨的挑戰(zhàn)

黑龍江省黑河市至俄羅斯布拉戈維申斯克市黑龍江大橋是中俄界河黑龍江上首座現(xiàn)代化公路大橋，也是黑龍江省響應(yīng)“一帶一路”倡議的標(biāo)志性工程，于2016年11月開工建設(shè)，計(jì)劃2019年10月通車，全長(zhǎng)19.9公里，總投資額24億元。由于是中俄兩國(guó)共同施工，地理位置特殊，黑龍江大橋項(xiàng)目實(shí)施BIM主要面臨如下挑戰(zhàn)：

首先，設(shè)計(jì)施工圖的交流溝通障礙，尤其是2D模式的圖紙對(duì)雙方互通造成極大的困難，另外，大橋主橋存在很多異型結(jié)構(gòu)，例如下部橋墩的護(hù)面塊等設(shè)施，如果以常規(guī)方式進(jìn)行理解交底，將會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

圖1 BIM技術(shù)實(shí)施路線

其次，矮塔斜拉橋施工方案監(jiān)測(cè)，主橋的施工方法采用頂推施工形式，合龍關(guān)鍵點(diǎn)是中俄在建工程關(guān)鍵里程碑，如何監(jiān)控各個(gè)施工階段節(jié)點(diǎn)，保證頂推施工能夠在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)完成成為一大難題。

最后，節(jié)能減排和場(chǎng)地規(guī)劃，項(xiàng)目地處高寒地區(qū)，晝夜溫差較大，可施工周期短，跨越黑龍江，對(duì)環(huán)保要求非常高，如何有效利用施工場(chǎng)地成為一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。

BIM技術(shù)實(shí)施路線

黑龍江大橋BIM實(shí)施路線（見(jiàn)圖1），主要分為三維建模和二次開發(fā)兩個(gè)階段。在三維建模過(guò)程中，全部采用Bentley Civil系列軟件進(jìn)行，基于PowerCivil進(jìn)行路線繪制，在全線路上將引道、主橋等主要單元進(jìn)行分塊建模，在每個(gè)主要單元下，繼續(xù)細(xì)分成各次階單元，單獨(dú)建立單元模型，最后在統(tǒng)一平臺(tái)MicroStation中進(jìn)行整合拼裝；所有階段的模型均可用于視頻動(dòng)畫交底的渲染，另外總裝模型等比例縮放后可實(shí)踐于3D打印技術(shù)。

二次開發(fā)階段，是BIM技術(shù)應(yīng)用的精髓所在，它脫離了目前BIM翻模的常規(guī)應(yīng)用，深度挖掘出BIM技術(shù)的潛力，以全生命周期為特色進(jìn)行訂制開發(fā)，主要利用ProjectWise協(xié)同工作平臺(tái)及MicroStation CE的開放端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，旨在建設(shè)施工質(zhì)量安全管理、施工進(jìn)度管理、施工成本管理的平臺(tái)。

應(yīng)用亮點(diǎn)

無(wú)人機(jī)+實(shí)景建模

項(xiàng)目對(duì)場(chǎng)地要求極高，在前期進(jìn)場(chǎng)時(shí)，利用無(wú)人機(jī)環(huán)場(chǎng)地進(jìn)行照片采集，使用ContextCapture處理照片源數(shù)據(jù)，建立場(chǎng)地實(shí)景模型（見(jiàn)圖2），對(duì)單體賦予資產(chǎn)屬性，為后續(xù)資產(chǎn)管理數(shù)字化提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)在實(shí)景模型的三維空間量測(cè)，合理規(guī)劃場(chǎng)地，確保設(shè)備、構(gòu)筑物安全凈空；優(yōu)化建筑與設(shè)備的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地利用率95%以上。

多種模式交底

在施工過(guò)程中，項(xiàng)目采用多種交底形式，與一線施工人員進(jìn)行數(shù)字化、可視化的溝通與交流，提高了管理效率和質(zhì)量控制水平。模型數(shù)據(jù)的流通格式為DGN格式、3DPDF格式和i-model pad格式，其中DGN格式是Bentley平臺(tái)下統(tǒng)一的流轉(zhuǎn)格式，具有全平臺(tái)適用和數(shù)據(jù)無(wú)損導(dǎo)入等優(yōu)點(diǎn)；i-model可附帶word、excel、mp4等格式文件，重點(diǎn)體現(xiàn)在施工模擬動(dòng)畫繪制，應(yīng)對(duì)復(fù)雜工序的工藝控制，為施工過(guò)程分析提供可視化數(shù)據(jù)。通過(guò)Navigator組織模擬中橋的施工進(jìn)度，分析項(xiàng)目進(jìn)度合理性，減少時(shí)間維度上的沖突，改進(jìn)施工進(jìn)度安排。

圖2 場(chǎng)地實(shí)景模型

圖3 道路精細(xì)化分層

圖4 可視化大橋總裝

圖5 頂推施工工藝模塊

同時(shí)，通過(guò)3D打印技術(shù)，將單一次級(jí)單元等比例縮放成小模型打印出來(lái)，組裝成整體模型，也可以單一進(jìn)行拼接試驗(yàn)，比如有兩種橋身護(hù)面塊結(jié)構(gòu)，俄方只給了二維平面示意圖，未提供組裝圖紙，公司技術(shù)人員完成建模后，將其打印出來(lái)，高效完成了拼接組裝工作，大大節(jié)約了時(shí)間成本。

參數(shù)化建模

建模是一個(gè)離散化的過(guò)程，其根本是整體路線，基于PowerCivil將地面三角網(wǎng)恢復(fù)在軟件中，建立主路線，它是一條具有三維屬性的線，也就是將平縱曲線的信息都集中在其中。OpenBridge Modeler幫助工程人員進(jìn)行橋梁的參數(shù)化建模，提高模板拼裝，坐標(biāo)放樣精度，確保測(cè)量精度達(dá)5毫米以內(nèi)，分部分項(xiàng)工程驗(yàn)收合格率滿足行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。借助ProStructure創(chuàng)建了LOD300級(jí)別主梁施工模型，主塔施工模型，并提取工程數(shù)量及施工大樣圖，指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)下料、加工及拼裝。對(duì)于引道模型，基于Ecschema框架，添加自定義屬性，提取工程量，為后續(xù)項(xiàng)目管理尤其是產(chǎn)值及成本管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。通過(guò)分層建模，將路基精細(xì)化分層，實(shí)現(xiàn)路基進(jìn)度管理精細(xì)化，在廊道模板中，已經(jīng)確定分層的邏輯關(guān)系，分層后每層都具有獨(dú)立的材料和幾何屬性，（見(jiàn)圖3）。最后，在三維可視化環(huán)境進(jìn)行橋梁預(yù)拼裝及設(shè)計(jì)校審，充分體現(xiàn)了DGN文件無(wú)損導(dǎo)入的優(yōu)勢(shì)，（見(jiàn)圖4）。

臨時(shí)結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算

為降低河道施工對(duì)黑龍江流域的污染，項(xiàng)目原始施工便道方案變更為施工便橋，將臨時(shí)結(jié)構(gòu)的三維模型導(dǎo)入RM Bridge進(jìn)行有限元分析，對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮小水上平臺(tái)的布置范圍達(dá)到20%。

特殊工藝施工模擬

黑龍江大橋采用頂推施工，基于MicroStation Connect Edition，開發(fā)了頂推施工工藝模塊，（見(jiàn)圖5），研究實(shí)現(xiàn)頂推監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)同步，提升技術(shù)、進(jìn)度、質(zhì)量管理水平。對(duì)于水上鉆孔技術(shù)，采用動(dòng)畫模擬形式進(jìn)行交底，同時(shí)，全橋生成VR模型，可進(jìn)行任意角度漫游和穿透，優(yōu)化作業(yè)方案。

技術(shù)應(yīng)用的延伸

基于BIM技術(shù)，技術(shù)人員開發(fā)了Civil Station Construction 5D（簡(jiǎn)稱CSC管理系統(tǒng)）。該系統(tǒng)主要由C/S端（本地客戶端）和B/S端（Web端）兩部分構(gòu)成，前者主要負(fù)責(zé)模型展示、漫游、進(jìn)度模擬及進(jìn)度查詢、質(zhì)量查詢、成本查詢、工藝模擬等；后者具備進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資管理數(shù)據(jù)錄入、審批報(bào)驗(yàn)、支付及數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了建設(shè)方、業(yè)主方、施工方、監(jiān)理方和物資供應(yīng)方的有效對(duì)接和溝通。設(shè)計(jì)文件得以共享和及時(shí)更新；在物資采購(gòu)方面，引用BIM技術(shù)對(duì)工程構(gòu)件進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，有效解決了物資供應(yīng)方不能準(zhǔn)確判斷工程所需材料用量的問(wèn)題；在驗(yàn)收方面，施工方通過(guò)自檢后，將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳管理系統(tǒng)，監(jiān)理方進(jìn)行審批，施工方能夠?qū)崟r(shí)接收驗(yàn)收結(jié)果，迅速組織后序工作；業(yè)主方通過(guò)管理云平臺(tái)實(shí)時(shí)掌控工程的設(shè)計(jì)、進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量等信息，從而改進(jìn)施工方和業(yè)主方之間的協(xié)作。