BIM技術(shù)在平南三橋建設(shè)管理中的應(yīng)用

李江華 李鑫

（1.重慶交通大學(xué)，重慶 400074；2.廣西平宣高速公路有限公司，廣西 南寧 530028）

一、引言

特大橋梁作為公路項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程，社會(huì)關(guān)注度高、技術(shù)復(fù)雜、工程量大、投資額高，如何充分利用BIM技術(shù)發(fā)揮模型數(shù)據(jù)在施工階段的價(jià)值，提高特大橋梁的施工效率和建設(shè)質(zhì)量成為業(yè)內(nèi)亟需解決的難題。本項(xiàng)目在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中緊緊圍繞工程管理向精細(xì)化、信息化、集約化發(fā)展的理念，充分利用BIM挖掘數(shù)字信息的價(jià)值，形成全過程數(shù)據(jù)鏈。

二、工程概況

廣西荔浦至玉林高速公路平南三橋是連接平南縣北互通的一座特大鋼管混凝土拱橋，全長1035m，主跨575m。大橋橋跨布置為：（40m+60m+2×35m）（連續(xù)鋼板梁）+575m（中承式鋼管混凝土拱橋）+（2×50m+60m+3×40m）（連續(xù)鋼板梁）。大橋南岸拱座基礎(chǔ)地基持力層為中風(fēng)化灰?guī)r，采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的施工方法；北岸拱座基礎(chǔ)地基土層結(jié)構(gòu)不良，下含溶洞，采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)加固基礎(chǔ)的施工方法。

平南三橋布置圖

三、BIM技術(shù)應(yīng)用

（一）模型建立

項(xiàng)目搭建了全專業(yè)BIM模型，參建各方可通過三維模型的展示，充分了解項(xiàng)目的整體概況，Revit精細(xì)化建模范圍可涉及臨建設(shè)施、主體結(jié)構(gòu)、臨時(shí)結(jié)構(gòu)等部位。在施工過程中，隨著施工方案的完善，模型不斷更新，最終形成含有施工信息的施工模型，為項(xiàng)目建設(shè)提供指導(dǎo)；如可對(duì)臨建設(shè)施進(jìn)行建模，通過模擬漫游查看場(chǎng)地布置是否合理，進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，最終設(shè)計(jì)出最優(yōu)的臨建設(shè)施方案，達(dá)到對(duì)項(xiàng)目臨建的管控；通過分別對(duì)拱肋、格子梁、拱座等主體結(jié)構(gòu)和塔架、纜索系統(tǒng)等大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，再根據(jù)模型不同角度剖切出施工過程中的細(xì)部構(gòu)造直接進(jìn)行交底，實(shí)現(xiàn)三維可視化交底，避免了傳統(tǒng)二維圖紙的復(fù)雜交底過程。

（二）碰撞檢查

項(xiàng)目利用三維模型對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，解決了鋼梁吊裝與主拱空間互相干涉、橋面與橫撐距離太近等問題，避免了運(yùn)營階段對(duì)通行造成影響；如通過對(duì)塔架進(jìn)行建模，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板GP01與立柱G1-1發(fā)生碰撞的問題，提前解決了在設(shè)計(jì)階段臨建設(shè)施存在的各類碰撞問題，有效避免了后期臨建設(shè)施安裝返工、停工等情況而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間損失。

（三）模型算量

利用BIM模型直接獲取工程量。要求通過BIM技術(shù)，按照?qǐng)D紙進(jìn)行建模，模型需精細(xì)、尺寸要準(zhǔn)確，通過模型可直接統(tǒng)計(jì)出混凝土用量或者構(gòu)件的重量，如將構(gòu)件的尺寸、屬性等各類族參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可生成明細(xì)表獲取相關(guān)信息。

對(duì)于兩岸大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)塔架，可利用Revit模型導(dǎo)出塔架桿件明細(xì)表，快速獲取各類桿件和高強(qiáng)螺栓的數(shù)量，為項(xiàng)目工程量統(tǒng)計(jì)和結(jié)構(gòu)用量的精確計(jì)算提供可靠來源。

（四）可視化交底

BIM模型實(shí)現(xiàn)了全三維瀏覽、漫游和測(cè)量，將空間關(guān)系復(fù)雜的區(qū)域記錄在視點(diǎn)中，通過精細(xì)化的模型，反映各構(gòu)件之間的位置關(guān)系，便于各參建單位隨時(shí)瀏覽；通過三維可視化交底，便于各單位之間溝通、確認(rèn)信息。

1.VR虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)

利用VR技術(shù)，結(jié)合一階段施工圖紙BIM模型，開展設(shè)計(jì)交底，讓各參建方可直觀查看設(shè)計(jì)效果，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在施工階段，結(jié)合施工模型設(shè)計(jì)VR漫游，對(duì)大橋建設(shè)人員開展纜索系統(tǒng)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維可視化交底，讓一線施工人員能夠提前預(yù)知施工過程中的難點(diǎn)、危險(xiǎn)點(diǎn)，避免事故發(fā)生。

2.3D打印

建模時(shí)按加工精度等級(jí)建立構(gòu)件模型，然后按模型進(jìn)行打印，如法蘭盤需分為肋板+法蘭盤、螺母、螺栓三個(gè)部分打?。蝗缒Ｐ瓦^大，無法一次性打印時(shí)，可分塊進(jìn)行打印，再使用膠水將各部位拼合完整即可。通過打印塔架標(biāo)準(zhǔn)段、法蘭盤等構(gòu)件，再利用實(shí)體三維模型對(duì)一線施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底指導(dǎo)，顯著提升了安裝效率和質(zhì)量。

3.AR三維可視化交底

基于建立的高精度BIM模型，應(yīng)用Vuforia軟件展開AR三維可視化應(yīng)用。將復(fù)雜部位的施工圖紙，作為識(shí)別圖標(biāo)，通過掃描即可在手機(jī)或iPad移動(dòng)端隨時(shí)查看其三維模型，實(shí)現(xiàn)二維圖紙到三維模型交底的轉(zhuǎn)變。在加工過程中，施工人員通過查看法蘭盤、拱肋節(jié)段及塔架標(biāo)準(zhǔn)段等復(fù)雜構(gòu)件的三維模型，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)加工。

（五）施工場(chǎng)地規(guī)劃

針對(duì)平南三橋項(xiàng)目場(chǎng)地狹小，一面臨江的作業(yè)環(huán)境，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行有效規(guī)劃，是保障項(xiàng)目進(jìn)度、提高施工效率的前提。將整體BIM模型與真實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境結(jié)合，形成項(xiàng)目的真三維模型，在真三維模型的基礎(chǔ)上，將工程臨建設(shè)施、施工機(jī)械設(shè)備按照模型組件的組織結(jié)構(gòu)程序和施工計(jì)劃統(tǒng)一布置到同一模型中，從而進(jìn)行施工場(chǎng)地布置、運(yùn)輸路線規(guī)劃及人機(jī)料等的配置模擬，避免碰撞情況的發(fā)生。通過BIM技術(shù)能夠?qū)Χ鄠€(gè)施工場(chǎng)地規(guī)劃方案進(jìn)行探討，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳方案或優(yōu)化施工方案，提高施工場(chǎng)地規(guī)劃方案的合理性和可操作性。

（六）施工模擬

利用Fuzor施工模擬軟件，將BIM模型與施工進(jìn)度相結(jié)合，形成項(xiàng)目的4D進(jìn)度模擬，既可以讓項(xiàng)目管理人員充分了解項(xiàng)目每個(gè)階段的工作安排、更有針對(duì)性地制定合理的專項(xiàng)施工方案，又可為管理單位和建設(shè)單位展示可視化的施工進(jìn)度。當(dāng)實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度發(fā)生偏差時(shí)，可通過修改施工模型附加的資源來調(diào)整下一步的進(jìn)度計(jì)劃，以達(dá)到整體進(jìn)度要求和人料機(jī)的合理化配置。

（七）BIM+點(diǎn)云誤差校核

平南三橋拱肋節(jié)段大，制造精度要求高。為控制拱肋制造誤差，達(dá)到設(shè)計(jì)線型，平南三橋利用BIM高精度模型與點(diǎn)云模型精準(zhǔn)對(duì)位，輔助校核誤差，點(diǎn)云校核精度達(dá)到毫米級(jí)，有效保證了拱肋制造的線型控制要求。通過對(duì)位模型的著色深淺來反映拱肋各構(gòu)件的制造偏差，同時(shí)生成偏差分布報(bào)告，指導(dǎo)線型糾偏。

四、基于BIM的管理平臺(tái)應(yīng)用

平南三橋BIM模型是按照WBS的分解結(jié)構(gòu)建立的，以該模型為信息載體，對(duì)接施工管理中的進(jìn)度、計(jì)量、質(zhì)量等管理內(nèi)容，形成基于“BIM+WBS”的施工管理平臺(tái)。該平臺(tái)將WBS（按照工序劃分形成結(jié)構(gòu)樹）與BIM模型結(jié)合，在WBS中掛接工序表格并與BIM構(gòu)件映射，賦予BIM構(gòu)件豐富的信息，為后續(xù)橋梁運(yùn)營提供了信息基礎(chǔ)；將各管理模塊與BIM模型融合，通過三維可視化BIM模型，將項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等在BIM模型上進(jìn)行展示，有助于管理者對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體把控，提升了項(xiàng)目質(zhì)量，促進(jìn)了項(xiàng)目精細(xì)化管理。

（一）進(jìn)度管理

制定詳細(xì)的進(jìn)度計(jì)劃，與施工模型構(gòu)件一一綁定，也可根據(jù)施工進(jìn)度細(xì)化，將計(jì)劃Project導(dǎo)入平臺(tái)生成計(jì)劃明細(xì)，再關(guān)聯(lián)BIM模型，進(jìn)行模擬施工計(jì)劃以及實(shí)際施工進(jìn)度展示，并作出對(duì)比，既可直觀地看到進(jìn)度是否拖延或提前，也可統(tǒng)計(jì)完成量及產(chǎn)值（需有0#臺(tái)賬）。

（二）質(zhì)量管理

根據(jù)驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，在平臺(tái)后臺(tái)管理系統(tǒng)提前錄入質(zhì)量問題庫，技術(shù)員可隨時(shí)調(diào)取問題庫輔助其快速檢查現(xiàn)場(chǎng)的每道施工工序，如發(fā)現(xiàn)驗(yàn)收工序存在質(zhì)量問題，則通過手機(jī)端發(fā)起整改任務(wù)，基于BIM三維模型可讓整改人員迅速定位事件發(fā)生地點(diǎn)，進(jìn)行及時(shí)整改，經(jīng)驗(yàn)收人員審核合格后形成閉環(huán)。

（三）安全管理

根據(jù)項(xiàng)目自編的安全檢查標(biāo)準(zhǔn)，提前錄入安全、文明問題庫，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供整改依據(jù)；由經(jīng)辦人每日例行檢查，用手機(jī)拍照上傳隱患部位發(fā)起事件并綁定相應(yīng)模型，整改人員接受事件并基于模型進(jìn)行整改，然后推送至督辦人員處進(jìn)行驗(yàn)收檢查，檢查合格后可閉合事件，結(jié)束流程。項(xiàng)目管理人員可通過手機(jī)端發(fā)布整改通知以及查看整改情況，同時(shí)也可將事件與模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，隨時(shí)查看該構(gòu)件狀態(tài)。

（四）物料管理

將材料計(jì)劃、物料進(jìn)出情況錄入平臺(tái)并與模型相關(guān)聯(lián)，在平臺(tái)中嵌入物料管理審批流程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的精細(xì)化管控，讓物料使用可追溯。該模塊基本功能為物料跟蹤，如跟蹤拱肋的鋼板入場(chǎng)、加工、運(yùn)輸、吊裝等過程，該功能需確定整個(gè)過程中的所有工序以及每個(gè)工序的責(zé)任人，通過工序管理可實(shí)時(shí)了解該構(gòu)件的狀態(tài)，以此輔助決策。

（五）監(jiān)測(cè)管理

對(duì)地連墻的應(yīng)力應(yīng)變、基坑周邊土體的移動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，通過提前埋設(shè)的監(jiān)測(cè)元件自動(dòng)采集實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成應(yīng)力應(yīng)變—時(shí)間變化曲線，極大地減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員處理數(shù)據(jù)的工作量。通過模型標(biāo)識(shí)檢測(cè)元件點(diǎn)位，點(diǎn)擊模型點(diǎn)位調(diào)取變化曲線，可形象直觀地了解拱座基礎(chǔ)各部位的溫度應(yīng)力消散情況。同時(shí)可設(shè)置預(yù)警閾值，當(dāng)變化曲線異常時(shí)，模型點(diǎn)位亮現(xiàn)，技術(shù)人員可根據(jù)預(yù)警，快速準(zhǔn)確地采取應(yīng)急措施，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的安全。

五、結(jié)語

BIM技術(shù)為特大橋梁施工的可視化、信息化、精細(xì)化管理提供了技術(shù)支撐，借助模型的三維仿真動(dòng)態(tài)演示功能助力設(shè)計(jì)優(yōu)化和專項(xiàng)施工方案模擬，增強(qiáng)了施工風(fēng)險(xiǎn)管控的針對(duì)性，對(duì)保障工程質(zhì)量、提高工作效率、減少返工、縮短工期等方面起到較大作用。

BIM是一個(gè)從前期規(guī)劃到后期使用運(yùn)維貫穿建筑全生命周期的信息集合體。目前大多數(shù)BIM技術(shù)的運(yùn)用只是針對(duì)項(xiàng)目的某一建設(shè)階段，且各個(gè)階段之間缺乏模型傳遞的連續(xù)性，若想充分發(fā)揮BIM的價(jià)值，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期管理，還需要建立各階段模型的傳遞標(biāo)準(zhǔn)，使得各階段可以進(jìn)行BIM模型的無縫對(duì)接。未來，BIM技術(shù)將在大橋的運(yùn)維過程中發(fā)揮更重要的作用。