BIM技術(shù)在上黃墩大橋全生命周期管理中的應(yīng)用

王金華，陳松良，朱中全，陳勝杰

（1.武夷學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300；2.南平武夷新區(qū)繞城高速公路有限責(zé)任公司，福建 武夷山 354300）

據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《2019年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》中數(shù)據(jù)顯示，截止2019年末，全國(guó)公路橋梁有8.783×105座，6.063×107m，比上年增加2.68×104座、4.949×106m，其中特大橋梁5 716座、1.033×107m，大橋108 344座、2.924×107 m[1]。從上述數(shù)據(jù)來看，近年來我國(guó)的橋梁建設(shè)速度和規(guī)模不斷刷新紀(jì)錄。每座橋梁因其建設(shè)場(chǎng)地條件、施工條件、建設(shè)工期等各不相同，使得每一座橋梁的建設(shè)具有獨(dú)特性、同時(shí)橋梁施工過程中具有很多的不確定性，使得橋梁工程建設(shè)施工質(zhì)量難以控制、安全事故頻發(fā)等現(xiàn)象。

BIM技術(shù)始于美國(guó)，隨后在歐洲、亞洲等國(guó)家逐漸發(fā)展起來，因BIM技術(shù)具有可視化、可模擬性、協(xié)調(diào)性、可優(yōu)化性等優(yōu)點(diǎn)，使其在建筑業(yè)中得到廣泛的發(fā)展，而BIM在橋梁工程中運(yùn)用起步較晚，目前還缺少針對(duì)橋梁工程的核心建模軟件、針對(duì)BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期的研究還相對(duì)較少。交通運(yùn)輸部于2018年3月發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，引導(dǎo)高校、科研機(jī)構(gòu)和軟件開發(fā)商積極參與，吸引了越來越多的學(xué)者和專業(yè)人士投身到BIM技術(shù)研究行列當(dāng)中。很多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)BIM技術(shù)在橋梁工程中的運(yùn)用展開了研究，并取得了一定的成果，諸如姜科平[2]、王學(xué)峰等[3]、張海華等[4]、劉彥明等[5]、張為和[6]、董莉莉等[7]、Shin等[8]、Wang S等[9]等學(xué)者和工程技術(shù)人員?？傮w來說，國(guó)內(nèi)針對(duì)BIM技術(shù)在橋梁工程中的研究尚處于初級(jí)階段。BIM技術(shù)因具有可視化、可模擬性等優(yōu)點(diǎn)，在今后的橋梁建設(shè)中將發(fā)揮著重要作用。本文以上黃墩大橋工程建設(shè)為工程背景，在南平地區(qū)公路建設(shè)領(lǐng)域第一次開展BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)全生命周期中的應(yīng)用研究，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 項(xiàng)目概況

新建上黃墩大橋橋梁中心樁號(hào)為K8+483.25，上部結(jié)構(gòu)采用（4×30 m+4×30 m）PC連續(xù)T梁；下部構(gòu)造采用柱式墩配樁基礎(chǔ)，肋式臺(tái)配樁基礎(chǔ)，橋長(zhǎng)為243.5 m。本橋處于直線段上。橋孔T梁直梁預(yù)制，通過調(diào)整內(nèi)外翼緣寬度或防撞欄位置變化來調(diào)整路線線型，墩臺(tái)沿徑向布設(shè)。橋臺(tái)處設(shè)D-80伸縮縫，橋墩處設(shè)D-160伸縮縫，設(shè)置L=8 m搭板。

2 BIM技術(shù)在上黃墩大橋全生命周期中的運(yùn)用

2.1 BIM技術(shù)在上黃墩大橋施工圖深化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)圖都是二維CAD圖紙，二維圖紙因其可視性比較差，無法直觀的反映出建成以后的真實(shí)情況，對(duì)于非專業(yè)的技術(shù)人員來說，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性比較差?；诖丝紤]，在本項(xiàng)目施工之前，采用Revit軟件建立上黃墩大橋三維BIM模型，包括橋梁細(xì)部構(gòu)件三維模型，具體有樁基、系梁、墩柱、蓋梁、T梁、橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等三維模型，建立每個(gè)構(gòu)件的鋼筋、預(yù)埋件等細(xì)部構(gòu)件模型，對(duì)二維施工圖進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，采用Navisworks軟件對(duì)復(fù)雜構(gòu)件之間、預(yù)埋件等部件是否存在碰撞問題進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查該圖紙中存在部分預(yù)埋件位置與主體結(jié)構(gòu)鋼筋位置存在沖突問題，在施工圖深化設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免施工時(shí)應(yīng)預(yù)埋件安裝不上而返工，從而節(jié)約工程造價(jià)、保證施工進(jìn)度。部分構(gòu)件鋼筋三維模型圖如圖1、圖2所示。

圖1 墩柱、蓋梁、支座、擋塊連接細(xì)部構(gòu)造三維模型圖Fig.1 Three-dimensional model diagram of connection details of pier column,capping beam,support and stop block

圖2 梁片整體三維模型圖Fig.2 Overall three-dimensional model diagram of beam piece

2.2 BIM技術(shù)在上黃墩大橋施工階段中的運(yùn)用

2.2.1 三維技術(shù)交底

基于深化施工圖設(shè)計(jì)階段建立的橋梁三維模型，將每個(gè)細(xì)部構(gòu)件的三維鋼筋模型用彩色打印機(jī)打印出來并張貼在施工現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)人員利用三維彩色模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，三維彩色模型因具有很強(qiáng)的可視性，方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員掌握，這對(duì)于像T梁等復(fù)雜構(gòu)件來說，尤為重要。另外在施工前，基于BIM技術(shù)對(duì)施工過程中的重難點(diǎn)施工工藝進(jìn)行模擬，將模擬視頻發(fā)送到每個(gè)參與人員中，實(shí)現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底，提高技術(shù)交底效率，減少因施工人員未能充分理解技術(shù)交底的內(nèi)容而導(dǎo)致的返工等。部分重難點(diǎn)施工動(dòng)畫截取如圖3、圖4所示。

圖3 梁片吊裝施工動(dòng)畫Fig.3 Animation of beam lifting construction

圖4 現(xiàn)澆帶施工動(dòng)畫Fig.4 Construction animation of cast-in-place belt

2.2.2 施工進(jìn)度管理

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理主要是采用甘特圖來表示，無法形象的反映出現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。而將Revit建立的三維模型導(dǎo)入到EBIM平臺(tái)中，將橋梁模型與施工進(jìn)度計(jì)劃、實(shí)際施工時(shí)間結(jié)合起來，形成上黃墩大橋的4D模型，不僅能展現(xiàn)出傳統(tǒng)的形象進(jìn)度管理，而且可以形象的反映現(xiàn)場(chǎng)的形象進(jìn)度，更直觀、精確地反映出整個(gè)橋梁在不同時(shí)間段的施工形象進(jìn)度。在進(jìn)度管理中，基于EBIM平臺(tái)，通過“進(jìn)度計(jì)劃”項(xiàng)目中的任務(wù)管理添加任務(wù)，包括輸入任務(wù)名稱、實(shí)施工期、計(jì)劃開始和結(jié)束時(shí)間、關(guān)聯(lián)相關(guān)模型等。點(diǎn)擊進(jìn)度模擬，輸入想要查看的日期，就可以看到當(dāng)天項(xiàng)目施工的進(jìn)度。手機(jī)端也可以接收當(dāng)天的進(jìn)度計(jì)劃。方便管理者隨時(shí)查看整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度安排及某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)展情況。施工進(jìn)度管理如圖5所示。

圖5 施工進(jìn)度管理Fig.5 Construction progress management

2.2.3 質(zhì)量安全信息管理

橋梁工程作為公路建設(shè)中的一種重要性構(gòu)筑物，在施工過程中，要按公路建設(shè)的基本程序進(jìn)行報(bào)檢，填寫質(zhì)量檢驗(yàn)批報(bào)送監(jiān)理審核，這將產(chǎn)生大量的紙質(zhì)資料，紙質(zhì)資料不利于保管和查閱，將這些紙質(zhì)資料掃描成PDF并上傳到EBIM平臺(tái)中進(jìn)行分類管理。同時(shí)在施工過程中，各參建人員可以利用手機(jī)拍照功能記錄現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量安全情況，上傳到EBIM平臺(tái)中，并與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，記錄現(xiàn)場(chǎng)是實(shí)際情況，以便今后進(jìn)行質(zhì)量溯源。這對(duì)于資料查找及查閱來說是非常方便的，并可以將質(zhì)檢資料與相應(yīng)的模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)起來，建立一套可溯源的質(zhì)量管理體系。質(zhì)量安全資料管理如圖6所示。

圖6 質(zhì)量安全信息管理Fig.6 Quality and safety information management

2.2.4 物資設(shè)備等管理

在本項(xiàng)目施工過程中需要用到大量的機(jī)械設(shè)備和原材料等。因項(xiàng)目工期短、任務(wù)重，物資設(shè)備若跟不上將影響整個(gè)項(xiàng)目的工期，在項(xiàng)目施工過程中根據(jù)上黃墩大橋BIM模型施工進(jìn)度計(jì)劃，合理安排每個(gè)階段所需材料和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃，并做好預(yù)警，材料進(jìn)場(chǎng)后施工單位可將材料相關(guān)信息上傳到EBIM平臺(tái)中，報(bào)給監(jiān)理單位進(jìn)行審批。在材料設(shè)備使用階段，根據(jù)材料的使用情況，動(dòng)態(tài)的與模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)。做到物資設(shè)備使用情況可查。

2.2.5 協(xié)同管理

在項(xiàng)目施工過程中，項(xiàng)目各參加人員通過EBIM平臺(tái)進(jìn)行交流，提高了辦事效率?；贓BIM平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理，可以將項(xiàng)目施工過程中存在的問題反映到模型上，同時(shí)項(xiàng)目各參與方通過EBIM平臺(tái)進(jìn)行交流，都會(huì)留下相應(yīng)的痕跡，有助于事后的責(zé)任追究與倒查。

2.3 BIM技術(shù)在上黃墩大橋運(yùn)維階段中的運(yùn)用

橋梁工程是交通路網(wǎng)中的重要構(gòu)筑物之一，橋梁結(jié)構(gòu)安全與否關(guān)系到過往車輛的行車安全。橋梁在使用過程中，受各種不利荷載作用，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生勞損等破壞，如何保證橋梁安全是橋梁運(yùn)營(yíng)階段管理人員需要考慮的首要問題。

項(xiàng)目建成后，雖然施工單位需要將所有的施工圖、竣工圖、質(zhì)檢資料等資料整理歸檔到建設(shè)單位或檔案館中，但這些資料大部分都是紙質(zhì)材料，在保管過程中很容易丟失，而且這些信息很難和模型關(guān)聯(lián)起來。在本項(xiàng)目中，基于施工階段建立的BIM三維模型，將所有與本項(xiàng)目有關(guān)的資料上傳到EBIM平臺(tái)中，并與模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，做到施工信息永久保存，作為本項(xiàng)目竣工BIM模型。在項(xiàng)目運(yùn)維階段，可以隨時(shí)調(diào)取施工階段的相關(guān)信息，并將日常養(yǎng)護(hù)信息等上傳到BIM模型中，形成運(yùn)維階段BIM模型，為本項(xiàng)目的大、中修提供決策。

3 結(jié)語(yǔ)

以上黃墩大橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用Revit軟件建立了橋梁細(xì)部構(gòu)件模型，包括樁基、系梁、墩柱、蓋梁、支座墊石、擋塊、T梁、橫隔板、后澆帶、護(hù)欄等細(xì)部結(jié)構(gòu)，對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行拼裝，拼裝后倒入，Navisworks軟件里碰撞檢查,對(duì)于檢查中存在的問題及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通協(xié)調(diào)解決，從而節(jié)約工程造價(jià)與縮短工期。在項(xiàng)目施工過程中，制作復(fù)雜工藝施工動(dòng)畫，在施工現(xiàn)場(chǎng)張貼三維模型圖等方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行三維技術(shù)交底，一線操作人員達(dá)到零失誤?；贓BIM平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目的施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行管理，對(duì)物資設(shè)備進(jìn)行跟蹤管理，對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量、安全等進(jìn)行管理，建立了一套可溯源的質(zhì)量管理體系，為項(xiàng)目的運(yùn)維階段提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，達(dá)到了信息化管理的目的。BIM技術(shù)在本項(xiàng)目的順利實(shí)施，提高了管理效率、節(jié)約了工程造價(jià)與縮短工期，對(duì)于推進(jìn)BIM技術(shù)在橋梁工程中的運(yùn)用具有一定的意義。