BIM技術(shù)在南京長江第五大橋施工中的應(yīng)用

王海海，荊剛毅，杜洪池，陳 雷

中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119

1 工程概況

南京長江第五大橋是南京市梅子洲過江通道接線工程的關(guān)鍵性工程，主橋采用縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，橋跨布置為80m+218m+2×600m+218m+80m=1796m。索塔采用縱向鉆石型索塔，橫向?yàn)楠?dú)立塔，結(jié)構(gòu)為外鋼殼-混凝土組合索塔。主梁采用扁平流線型鋼混組合梁，為單箱三室結(jié)構(gòu)。鋼梁上鋪設(shè)含粗骨料活性粉末混凝土橋面板，鋼和混凝土通過剪力釘連接形成組合截面。標(biāo)準(zhǔn)梁段長14.8m，梁寬35.6m，梁高3.6m，重407.4t。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用背景

南京長江第五大橋工程具有建設(shè)起點(diǎn)高、工程規(guī)模大、結(jié)構(gòu)控制性因素多、工廠化程度高、環(huán)保要求高等特點(diǎn)，其建設(shè)過程是現(xiàn)代工程科學(xué)技術(shù)綜合運(yùn)用的集中體現(xiàn)，工程管理難度與要求極高。因此，在工程管理中運(yùn)用BIM等信息化管理手段，以工程管理需求為導(dǎo)向，積極探索BIM+互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在工程建設(shè)管理中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息高效共享協(xié)同，以信息化手段改變工程參建各方的交互方式和工作管理模式，持續(xù)改進(jìn)工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本，為工程實(shí)現(xiàn)“精致、平安、環(huán)保、智慧”建設(shè)目標(biāo)提供重要支撐。

BIM數(shù)據(jù)交互是在項(xiàng)目實(shí)施過程中各參與方之間進(jìn)行的內(nèi)容交換或交付，用于項(xiàng)目各應(yīng)用間互為參考，以支持建模及技術(shù)應(yīng)用方之間的協(xié)同工作。項(xiàng)目施工階段BIM模型及信息交互要求，主要為各模型及專項(xiàng)應(yīng)用在不同軟件及數(shù)據(jù)輸出與錄入間確立原則，以滿足應(yīng)用及最終模型整合需要。施工階段注意事項(xiàng)如下。

（1）模型交互應(yīng)滿足不同軟件的相互支持，實(shí)現(xiàn)互通的數(shù)據(jù)傳遞格式。軟件生成的數(shù)據(jù)能保證在BIM建模及應(yīng)用過程中完整傳遞所需要的內(nèi)容及信息。

（2）模型數(shù)據(jù)交互過程應(yīng)基于統(tǒng)一的協(xié)同平臺。通過建立、健全完整的文檔結(jié)構(gòu)，規(guī)范的協(xié)同工作流程及相應(yīng)管控制度，進(jìn)行各方BIM數(shù)據(jù)共享及交互工作。

（3）明確施工階段模型與圖紙的同步更新與持續(xù)維護(hù)，保證模型與圖紙的一致性。如在各專業(yè)、設(shè)計(jì)變更圖紙、竣工圖紙交底后，建立及完善相應(yīng)的模型信息。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

基于“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”打造一個(gè)信息高效共享的項(xiàng)目協(xié)同工作平臺，適配多種終端（App、Web、數(shù)字模型），使項(xiàng)目的各個(gè)參建單位共同參與信息化的建設(shè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免重復(fù)工作。在此基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)一編碼體系、模型標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式，使信息數(shù)據(jù)便于集成、管理、更新、維護(hù)、擴(kuò)展，并可快速檢索、調(diào)用、傳輸、分析，以及在項(xiàng)目建設(shè)養(yǎng)護(hù)全過程中高效傳遞與共享。

南京五橋建設(shè)管理信息化、數(shù)字化BIM平臺在業(yè)務(wù)功能上分為項(xiàng)目協(xié)同管理、項(xiàng)目資源動態(tài)管理和項(xiàng)目綜合管理。對此，可通過Web、App、數(shù)字模型等多種方式實(shí)現(xiàn)；項(xiàng)目資源動態(tài)管理主要體現(xiàn)在優(yōu)化組織和資源優(yōu)化配置，同時(shí)為項(xiàng)目協(xié)同管理提供底層要素資料；項(xiàng)目綜合管理主要實(shí)現(xiàn)對通知、會議、日報(bào)月報(bào)、組織架構(gòu)、文件、圖紙的管理與協(xié)同，考核質(zhì)量、安全、環(huán)保、勞動競賽及履約情況。

在技術(shù)架構(gòu)上，平臺包括過程管理、報(bào)審管理、智慧工地、數(shù)字橋梁4個(gè)模塊。

3.1 過程管理

（1）施工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化管理。組織管理模塊提供便捷的人員進(jìn)退場登記及信息檔案調(diào)閱途徑，可自動對人員行為進(jìn)行記錄，建立個(gè)人動態(tài)履職信息檔案。

計(jì)劃管理包括總體和分標(biāo)段計(jì)劃的編制與報(bào)審，計(jì)劃、進(jìn)度查詢等功能，支持project格式計(jì)劃的直接導(dǎo)入，實(shí)際進(jìn)度直接與工序驗(yàn)收時(shí)間關(guān)聯(lián)，具備與project相似的展示效果。

生產(chǎn)管理包括班組管理、領(lǐng)導(dǎo)帶班和現(xiàn)場巡查等功能，其中班組管理規(guī)范了班前、班中和班后管理。由施工單位對班組的管理要求進(jìn)行定義，分配相應(yīng)的分值，由監(jiān)理單位審批通過后執(zhí)行，在班組上崗中需按照要求逐項(xiàng)進(jìn)行自評和技術(shù)人員復(fù)評，作為班組本次作業(yè)的打分。領(lǐng)導(dǎo)帶班功能要求各參建單位按月上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)帶班計(jì)劃，并按計(jì)劃每天上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)帶班情況。

物資設(shè)備管理包括設(shè)備進(jìn)場、檢定、維修保養(yǎng)、退場等管理功能。管理人員可在現(xiàn)場查閱、檢查核對設(shè)備相關(guān)的進(jìn)場報(bào)驗(yàn)、過程維護(hù)及操作責(zé)任人的全部資料。系統(tǒng)將自動為進(jìn)場的設(shè)備生成設(shè)備身份證，并可導(dǎo)出打印張貼至現(xiàn)場輔助現(xiàn)場管理[1]。

（2）工程質(zhì)量、安全、環(huán)保的全過程管理。質(zhì)量管理包括開工報(bào)告、首件工程、質(zhì)量三檢、工序報(bào)驗(yàn)、質(zhì)量隱患排查等功能。其中，質(zhì)量三檢與工序報(bào)驗(yàn)在管理上具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成質(zhì)量三檢才允許工序報(bào)驗(yàn)。每個(gè)驗(yàn)收環(huán)節(jié)均需驗(yàn)收人現(xiàn)場拍攝上傳驗(yàn)收照片，通過后系統(tǒng)將自動生成三檢報(bào)表。質(zhì)量隱患排查主要通過手機(jī)端進(jìn)行操作，隱患發(fā)布與整改均需上傳現(xiàn)場照片，驗(yàn)收合格后系統(tǒng)將自動形成報(bào)表并歸檔。系統(tǒng)可從標(biāo)段隱患數(shù)量、隱患類別、月度趨勢等多個(gè)維度進(jìn)行隱患的統(tǒng)計(jì)分析。

安全管理包括安全隱患排查、安全違章、應(yīng)急救援等功能，其中安全隱患排查與質(zhì)量隱患排查功能類似，應(yīng)急救援目前實(shí)現(xiàn)了對工程各標(biāo)段應(yīng)急物資的信息化管理，便于應(yīng)急物資的統(tǒng)一調(diào)配。

綠色環(huán)保包括環(huán)保隱患排查、環(huán)境監(jiān)測管理等功能，目前項(xiàng)目全線的環(huán)境監(jiān)測站數(shù)據(jù)均已接入平臺，使相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果在智慧工地界面得以直觀展示。

（3）落實(shí)智慧工地建設(shè)。監(jiān)控監(jiān)測包括視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、工藝監(jiān)控。目前平臺已集成了盾構(gòu)機(jī)、架橋機(jī)等特種設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、UHPC生產(chǎn)線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)、試驗(yàn)管理系統(tǒng)，基于BIM技術(shù)的夾江隧道全壽命周期管理平臺等。

（4）品質(zhì)工程和平安工地定期在線考核。品質(zhì)工程及平安工地的在線考核模塊，建立了對應(yīng)每一條考核項(xiàng)的考核資料庫，供被考核單位在具體考核項(xiàng)下上傳相關(guān)的支撐材料，并可一鍵應(yīng)用至多次考核中，簡化了傳統(tǒng)考核資料反復(fù)整理歸檔的工作[2]。

3.2 臨建場地模擬

為了便于項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，充分理解現(xiàn)場臨設(shè)方案，根據(jù)現(xiàn)場臨時(shí)設(shè)置平面布置圖創(chuàng)建三維模型，立體展現(xiàn)項(xiàng)目臨時(shí)設(shè)施方案。將模型與Lumion軟件相融合，形成具有高品質(zhì)清晰度的漫游視頻動畫，通過對動畫的制作渲染，形象地展示臨建設(shè)施的立體動感。

3.3 專項(xiàng)施工方案模擬

BIM技術(shù)應(yīng)用于專項(xiàng)施工方案模擬，主要體現(xiàn)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析，可以將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、工序以圖片、視頻的形式展現(xiàn)，使方案編制人員直觀地了解工程結(jié)構(gòu)物的形象，精準(zhǔn)地把控現(xiàn)場施工的重難點(diǎn)，提前規(guī)避施工危險(xiǎn)源和安全隱患，提出有效的解決措施。同時(shí)，可以通過BIM模型對現(xiàn)場進(jìn)行更加詳細(xì)合理的布置，使施工方案更加貼合實(shí)際，增加方案的可行性。

南京長江第五大橋通過對索塔施工和上部結(jié)構(gòu)組合梁安裝2個(gè)主要結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行方案模擬。通過方案模擬，合理布置索塔施工期間塔吊、施工平臺和電梯，主橋上部結(jié)構(gòu)安裝施工模擬視頻形象地展現(xiàn)了主橋0號塊梁段安裝，橋面吊機(jī)安裝、行走、吊裝，斜拉索張拉，濕接縫澆筑等關(guān)鍵工序的時(shí)間順序[3]。

3.4 碰撞檢測

在橋梁施工中，有可能出現(xiàn)鋼筋與其他構(gòu)建碰撞的情況，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件。南京長江第五大橋索塔采用鋼殼-混組合結(jié)構(gòu)，首節(jié)段鋼殼附著1036根豎向鋼筋，每根鋼筋都需要與承臺中對應(yīng)的預(yù)埋鋼筋精準(zhǔn)定位連接，并且首節(jié)段附著的鋼筋均帶有傾斜角，增加了鋼筋定位的難度。該項(xiàng)目采用BIM技術(shù)對索塔首節(jié)段鋼殼及其附筋進(jìn)行建模分析，根據(jù)承臺預(yù)埋鋼筋的位置，真實(shí)還原現(xiàn)場施工時(shí)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了鋼殼鋼筋與承臺預(yù)埋鋼筋的精準(zhǔn)對接。

由此可知，在施工過程中，利用BIM技術(shù)對蓋梁鋼筋進(jìn)行模擬，提前分析蓋梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道的碰撞情況，針對碰撞點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，可以保障施工進(jìn)度和質(zhì)量。

3.5 VR應(yīng)用

VR技術(shù)是目前比較先進(jìn)的技術(shù)，通過VR設(shè)備可以身臨其境地感受虛擬的事務(wù)。VR技術(shù)在BIM中的應(yīng)用，主要是將BIM模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，利用虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的特性實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)用，呈現(xiàn)BIM成果。將BIM模型無縫融入VR平臺，使得模型的顯示效果、瀏覽方式變成VR方式（類似于游戲方式），并可以接入VR頭盔。因?yàn)槭荲R平臺，所以在此環(huán)境里完整保留了BIM模型的屬性信息，同時(shí)可以得到良好的可視化效果。

4 結(jié)論

（1）BIM技術(shù)作為一種新技術(shù)，可以體現(xiàn)在施工全過程中，從設(shè)計(jì)、施工到后期的管理養(yǎng)護(hù)，是一個(gè)全壽命周期的技術(shù)。

（2）BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在建模，更多的是BIM模型的應(yīng)用。BIM技術(shù)的應(yīng)用使工程施工更加優(yōu)質(zhì)、高效、便捷。

（3）BIM技術(shù)目前處于應(yīng)用初期階段，其更多的應(yīng)用點(diǎn)還有待發(fā)掘，使BIM技術(shù)能夠更好地服務(wù)于工程項(xiàng)目。