BIM技術(shù)驅(qū)動智慧建造

文｜馬嘯雨 金楊碩

近年來，伴隨著國家及各地方政府部門的大力推動，BIM技術(shù)在建設(shè)項目中的應(yīng)用已有較多成熟的案例，其作為工程新興技術(shù)正真切的改變著這個龐大而傳統(tǒng)的行業(yè)。盡管BIM技術(shù)尚有不足之處，但歷史的車輪不會倒退，在不置可否的趨勢下，如何深入挖掘BIM在數(shù)字化、可視化、集成化三個方面的優(yōu)勢，融合在工程一線發(fā)揮實效實用價值，是一個重要的議題。

項目概況

以寧波舟山港主通道公路工程作為大型基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)項目的案例，分析工程新興技術(shù)迭代升級與工程管理范式革新背景下，大型基建項目智慧建造的發(fā)力點。寧波舟山港主通道公路工程是貫徹落實國家“一帶一路”計劃與區(qū)域一體化發(fā)展的核心工程。該工程起始于富翅島，經(jīng)舟山島、長白島，止于岱山島西端，主線全長27.969km，工程包含2座隧道、5處互通立交、3座斜拉橋，跨越5條航道，連接5個島嶼，項目總投資168億元，建成后將成為世界最長的連島高速公路和最大的跨海橋梁群。

該項目的建成將終結(jié)岱山不通高速公路的歷史，聯(lián)通岱山島與舟山島，實現(xiàn)岱山人民多年的“登陸夢”，舟岱區(qū)域的交通往來時間將節(jié)省一半，進一步完善寧波舟山港綜合交通網(wǎng)絡(luò)。除此之外，寧波舟山港主通道更大的建設(shè)意義在于，作為國家戰(zhàn)略的交通配套項目，是寧波舟山港的重要陸路集疏運通道，將保障舟山江海聯(lián)運服務(wù)中心和自由貿(mào)易港區(qū)建設(shè)，助推舟山產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

從遠期來看，寧波舟山港主通道還是舟山本島至上海北向大通道的重要組成部分，將為舟山北接上海，融入長三角地區(qū)乃至環(huán)太平洋交通圈、經(jīng)濟圈和生活圈奠定基礎(chǔ)。

圖1 項目主通航孔橋概覽圖

圖2 海上施工現(xiàn)場

圖3 BIM協(xié)同工作流程圖

團隊保障 杜絕技術(shù)“懸空”

本工程為深海區(qū)域跨海橋梁建設(shè)工程，國內(nèi)該類型工程可借鑒施工經(jīng)驗較少。從技術(shù)角度來看，超長水下鉆孔樁施工、超長斜插鋼管樁插打、超大海上承臺鋼筋預(yù)制吊裝、復(fù)雜多曲面混凝土變形控制、連續(xù)鋼箱梁吊裝等諸多技術(shù)難點，使得施工單位面臨著較大技術(shù)困難。從生產(chǎn)角度看，108m長鋼管樁、119m長海上鉆孔灌注樁、160m高索塔、30m*25m*4.5m的混凝土承臺均打破了施工單位生產(chǎn)記錄，挑戰(zhàn)生產(chǎn)作業(yè)極限。從管理角度看，施工海域作業(yè)環(huán)境惡劣，頻繁遭受極端災(zāi)害天氣影響，海上施工作業(yè)年有效時間僅為計劃工期的60%，海上施工交叉作業(yè)頻繁，作業(yè)線長、水下管線眾多、通航環(huán)境復(fù)雜，運輸及資源調(diào)配難度極高，這也極度考驗著施工組織管理水平。從風(fēng)險角度看，海上施工作業(yè)面狹窄，風(fēng)浪侵襲頻繁，人員作業(yè)安全風(fēng)險相對較高。

面臨諸多困難與挑戰(zhàn)，項目部在施工前期果斷成立了一支專業(yè)的“地面BIM團隊”，以期解決以上難題。所謂“地面BIM團隊”指由天津天河云筑工科技有限公司與中建橋梁有限公司聯(lián)合成立，依托天河筑工豐富的基礎(chǔ)設(shè)施項目BIM技術(shù)實施經(jīng)驗，以及中建橋梁積淀的先進橋梁施工能力，共同抽調(diào)骨干成員聯(lián)合攻關(guān)，與項目信息部門工作在工程一線，遇見問題、分析問題、提出方案、制定方案、實施操作的“地面”BIM應(yīng)用團隊，將BIM技術(shù)應(yīng)用融合在既有的方案必選流程中，杜絕BIM應(yīng)用的“懸空”。

技術(shù)支持 破解項目難題

軟件應(yīng)用方面，團隊靈活選取多款軟件，如Microstation、LumenRT、Navigator以及Prostructure等，主要用于BIM模型的創(chuàng)建與優(yōu)化分析。平臺與硬件方面，選取Sass部署的BIM協(xié)同管理平臺、長航時無人機、手簿測量控制器、基站安全帽定位等，用于現(xiàn)場管理?？梢暬坏追矫?，針對關(guān)鍵工藝進行全面細致的交底，對關(guān)鍵的施工方案尤其是大型船舶的作業(yè)進行前置化、可視化的交底。模型應(yīng)用方面，所有用于指導(dǎo)施工的模型均進行二維碼輕量化處理，不依靠任何專業(yè)App即可快速流暢的檢索模型三維信息，降低一線模型接入的門檻。

模型搭建

BIM模型的精細化程度、細節(jié)層次深度、信息承載準(zhǔn)確度是BIM技術(shù)應(yīng)用最為重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)不同的使用功能采用合理的方式建立BIM模型是很有必要的。項目BIM團隊分別基于設(shè)計圖紙建立初始設(shè)計模型，基于優(yōu)化需求建立分析模型，并建立了參數(shù)模型、實景模型等多種信息模型，在項目實施過程中不斷深化修正模型，形成精細化BIM模型，結(jié)合施工實際需求建立了多層級模型庫體系，便于快速調(diào)取BIM模型及信息。建模過程中及時開展圖紙錯漏檢查、構(gòu)件碰撞檢查、預(yù)留洞口檢查等工作，整理并匯總生成《圖紙問題報告》《碰撞檢查報告》等，前置化解決施工問題，提高設(shè)計圖紙可靠性，避免返工。

圖4 精細化建模及參數(shù)化應(yīng)用流程

圖5 鋼筋籠下放過程碰撞檢查界面

方案驗證

以承臺鋼筋為例，本工程海上承臺鋼筋為環(huán)氧鋼筋，原計劃采取工人現(xiàn)場綁扎，但海上施工作業(yè)面狹窄，風(fēng)浪大，鋼筋綁扎施工安全風(fēng)險高，為此施工單位需要驗證工廠預(yù)制承臺鋼筋籠運輸至現(xiàn)場整體吊裝的施工方案可行性，希望以此代替人工綁扎施工。本工程利用Microstation建立精細化承臺鋼筋籠模型，將模型導(dǎo)入Navigator后，模擬工廠預(yù)制鋼筋籠海上整體吊裝過程，優(yōu)化運輸路線及吊裝方案。并通過不斷調(diào)節(jié)鋼筋籠的下放高度，利用Navigator中的碰撞檢查功能查找不同下放高度鋼筋碰撞情況，導(dǎo)出碰撞報告并給出相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)意見。通過以上方式，每個鋼筋籠平均發(fā)現(xiàn)鋼筋碰撞達21處，為吊裝過程中的鋼筋碰撞提供相應(yīng)的操作方案，前置化推演，減少現(xiàn)場因不可預(yù)見問題而造成的工期延誤。

下料指導(dǎo)

本工程鋼筋設(shè)計圖紙精度不足，工人無法根據(jù)圖紙開展鋼筋下料工作。技術(shù)人員通過匯總圖紙、現(xiàn)場數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、施工方案等資料，利用Prostructure建立精細化承臺鋼筋三維模型，通過參數(shù)設(shè)置使得鋼筋保護層厚度、鋼筋搭接以及布置間距均滿足設(shè)計及施工要求。然后利用Prostructure導(dǎo)出鋼筋明細表功能，自動導(dǎo)出每根鋼筋下料長度，施工工人根據(jù)明細表開展鋼筋下料工作。通過查看BIM模型，能夠清楚知道每一根鋼筋位置及間距，精確指導(dǎo)工人制作鋼筋籠。

協(xié)同工作

基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場協(xié)同管理，一般是基于施工準(zhǔn)備階段完成的施工作業(yè)模型，配合選用合適的施工管理軟件進行，這不僅是一種可視化的媒介，而且能對整個施工過程進行優(yōu)化和控制。這樣有利于提前發(fā)現(xiàn)并解決工程項目中的潛在問題，減少施工過程中的不確定性和風(fēng)險。同時，按照施工順序和流程模擬施工過程，可以對工期進行精確的計算、規(guī)劃和控制，也可以對人、機、料、法等施工資源統(tǒng)籌調(diào)度、優(yōu)化配置，實現(xiàn)對工程施工過程交互式的可視化和信息化管理。

圖6 BIM協(xié)同平臺界面

圖7 three.js應(yīng)用界面

圖8 線性施工無人機自動巡檢

圖9 BIM技術(shù)驅(qū)動智慧建造循環(huán)圖

項目業(yè)主方還搭建了魯班BIM協(xié)同管理平臺用于現(xiàn)場管理，集成工程各參與方與各階段資料，實現(xiàn)資料共享與協(xié)同工作?，F(xiàn)場工人利用手機app收集現(xiàn)場施工信息，然后上傳至云端，項目管理人員通過協(xié)同平臺獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)制定施工計劃，并將BIM模型、施工圖紙、施工方案以及施工動畫等傳送至云端，現(xiàn)場工人利用手機查看相應(yīng)資料，從而正確開展現(xiàn)場作業(yè)。施工形象進度、施工關(guān)鍵節(jié)點、施工質(zhì)量問題等信息均可通過現(xiàn)場拍照（或錄像）及文字描述（或語音描述）的方式上傳至云端，供項目相關(guān)參與方調(diào)取及應(yīng)用。

輕量化應(yīng)用

利用three.js技術(shù)，實現(xiàn)BIM模型的網(wǎng)頁端瀏覽，建立網(wǎng)頁端3D作業(yè)指導(dǎo)書指導(dǎo)現(xiàn)場施工。技術(shù)人員首先將BIM模型轉(zhuǎn)化為three.js平臺所需格式，然后通過后臺上傳相應(yīng)模型，最后根據(jù)不同需求為模型添加施工信息并設(shè)置信息在網(wǎng)頁端的展示形式?，F(xiàn)場工人利用手機App（如微信、QQ等）掃描二維碼或登錄模型庫即可直接查看BIM模型，并通過簡單操作獲取施工信息。同時，技術(shù)人員將本工程的施工技術(shù)交底、安全交底、施工方案等文件上傳至云端并關(guān)聯(lián)唯一二維碼，施工現(xiàn)場通過手機App（如微信、QQ等）掃描二維碼即可查看相應(yīng)資料，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的BIM輕量化應(yīng)用。

無人機應(yīng)用

本工程海上作業(yè)線長，海上施工油污監(jiān)控極為困難，通過為無人機設(shè)定自動巡航路線，無人機定期對施工區(qū)域進行航拍，巡航過程中實時回傳航拍畫面，一旦發(fā)現(xiàn)施工油污泄漏點，立刻指揮人員前往污染區(qū)域進行處理。無人機航拍獲取的高清圖片經(jīng)過MATLAB處理，可生成油污擴散軌跡模型，該模型可用于預(yù)測未來油污擴散范圍，輔助快速制定油污處理方案。

革新管理模式 優(yōu)化工作模式

本工程截止目前通過BIM應(yīng)用發(fā)現(xiàn)圖紙問題120處、碰撞點624處，已完工程避免無效成本百萬余元，采用施工可視化交底的輔助手段搶回因臺風(fēng)天氣造成的工期延誤。通過施工方案模擬，減少了一半的方案論證時間；通過網(wǎng)頁端的3D作業(yè)指導(dǎo)書幫助現(xiàn)場施工人員更好的了解圖紙設(shè)計意圖，提高現(xiàn)場施工效率與質(zhì)量，減少鋼筋籠返工，利用BIM技術(shù)避免了大量設(shè)計變更，在有效的工作時間內(nèi)提高了施工工作效率。

寧波舟山港主通道項目BIM解決方案從提高設(shè)計可靠性，降低施工質(zhì)量安全風(fēng)險，優(yōu)化施工流程縮短工期，交付數(shù)字化資產(chǎn)等方面，實現(xiàn)了大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目成本節(jié)約、質(zhì)量提高、資產(chǎn)增值，進而提高投資回報率。

由于工程建設(shè)項目具有設(shè)計單一性、施工單件性、組織管理一次性，尚難以形成統(tǒng)一的BIM技術(shù)應(yīng)用實施方案、管理制度與標(biāo)準(zhǔn)，更難以形成通用型軟件解決所有問題，但并不妨礙BIM技術(shù)數(shù)字化、可視化、集成化三大特性在工程一線發(fā)揮作用，產(chǎn)生實際價值。

我們始終堅信以BIM技術(shù)為代表的工程新興技術(shù)迭代升級，將使得工程專業(yè)分工內(nèi)服務(wù)功能得到持續(xù)優(yōu)化，進而革新并重塑工程管理傳統(tǒng)模式，流程內(nèi)的工作模式亦會出現(xiàn)新的變化，這樣的正向循環(huán)即會叩開以項目目標(biāo)為指導(dǎo)、以現(xiàn)場問題為根本、以BIM工具為抓手的，大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目智慧建造大門。