基于BIM＋智慧工地精細化協(xié)同管理平臺架構(gòu)

劉守宇，宋海港，周亮，朱留洋

（1重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400016；2重慶科技學(xué)院 建筑工程學(xué)院，重慶 401331；3中鐵大橋局集團第八工程有限公司，重慶 400026）

0 引言

橋梁跨度的增加和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化是軌道橋梁發(fā)展的重要標志，在更多新材料、新工藝的加持下，低碳、環(huán)保成為政府部門對現(xiàn)代橋梁建設(shè)的重要要求，而橋梁建設(shè)工程中，過程越來越復(fù)雜，信息化程度也越來越高。在這種形勢下，管理并利用項目施工中的工程數(shù)據(jù)是軌道橋梁項目建設(shè)的重要要求。一般來說，項目施工過程中涉及建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理部門、物料供應(yīng)商等。在數(shù)據(jù)審查的過程中，各部門的條件各有差別，共享信息的程度較低，掌握的工程資料較少。倘若在項目施工過程中溝通較少，就會使施工出現(xiàn)偏差，造成工期延誤、成本增加等一系列問題。

為了減少此類情況發(fā)生，就需要采取更加有效的方法。目前基于BIM技術(shù)的施工管理平臺在實際工程中得到了一定的應(yīng)用[1-6]，不僅能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)與信息的傳輸，還可以清除多余的信息，更加全面和高效地記錄整個施工過程。參與建設(shè)的各方在管理平臺上可隨時查看施工進度情況，增強了各個單位之間的信息互通，避免了信息傳遞延遲、權(quán)責(zé)不清等問題，降低了工程成本，加快了施工進度，提高了施工質(zhì)量，增強了信息化傳輸能力。

1 軌道橋梁建設(shè)與管理中的指令性控制問題

隨著城市軌道交通的蓬勃興起，具有更加節(jié)能、便利等優(yōu)勢的軌道交通方式成為大城市發(fā)展的必然條件。而僅僅通過指令性的控制無法有效掌握設(shè)計、施工的進度和質(zhì)量，直接造成了進度上的滯后、工程質(zhì)量的缺陷。由于軌道交通項目難以有效進行協(xié)同，協(xié)調(diào)不暢常常導(dǎo)致深化設(shè)計深度不足、廣度不夠、工程量測算偏差大等問題，造成了資源的浪費、建造成本的增加、工期的延后，出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題等。

這些問題不僅降低了管理效率，也在各個層級上造成了管理成本的增加，影響各階段的質(zhì)量。通過信息化的方式實現(xiàn)對工程項目的強力管控，解決手段落后的問題，成為項目建設(shè)管理方面臨的挑戰(zhàn)。針對軌道交通項目存在的這些問題，通過引入BIM協(xié)同管理平臺，解決施工現(xiàn)場溝通困難、信息不協(xié)調(diào)的諸多問題，可為施工管理向著精細化發(fā)展提供一種相對有效的方式。

2 工程概況

重慶市軌道交通十號線二期南紀門長江軌道專用橋，位于重慶南濱路站與七星崗站之間，最南邊是南濱路站地鐵隧道。大橋上跨南濱國際裙樓，并于南濱國際兩座塔樓中間穿過，上跨南濱路，跨越長江進入渝中區(qū)，上跨濱江公園、長濱路、中興路、南區(qū)路與擬建的雷家坡立交引入七星崗站地鐵隧道區(qū)間，上游距重慶長江大橋約450m。全橋長1222.35m（含橋臺及擋墻范圍），主橋采用五跨高低塔雙索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為（34.5+180.5+480+215.5+94.5）m；引橋采用三跨等截面連續(xù)梁橋，跨徑布置為（2×70+65）m，主橋及引橋主梁均采用鋼箱疊合梁的形式，橋塔為門型橋塔形式，其中南主塔高160m，北主塔高229m。

3 協(xié)同管理平臺的構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)整體框架的設(shè)計

以軌道交通建設(shè)過程，尤其是以施工階段現(xiàn)場信息化、可視化管控為落腳點，開發(fā)基于BIM技術(shù)的智慧工地管理系統(tǒng)[7]，對系統(tǒng)架構(gòu)進行設(shè)計，形成將BIM技術(shù)與智慧工地技術(shù)深度融合，面向工程建設(shè)，尤其是軌道交通建設(shè)實施階段的信息化管控系統(tǒng)。協(xié)同平臺模型在邏輯設(shè)計上包含五個層次，分為標準層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層和用戶層。各參與方在應(yīng)用層進行操作，工程項目的各種數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)層集成，傳輸至平臺，平臺對這些數(shù)據(jù)進行分析和應(yīng)用。

標準層是構(gòu)成開放式BIM平臺基礎(chǔ)的模型標準、數(shù)據(jù)標準及應(yīng)用標準。數(shù)據(jù)層、平臺層則共同構(gòu)成了協(xié)同工作平臺的運行系統(tǒng)，數(shù)據(jù)層包含有BIM模型數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控，各項數(shù)據(jù)源于工程建設(shè)過程的不同階段，隨著工程的進展而變化。在施工管理工作中，各相關(guān)主體都可及時提取與共享所需信息，通過數(shù)據(jù)層對項目各階段信息數(shù)據(jù)進行查看與修改，再借由平臺層的接入，通過使用BIM的數(shù)據(jù)共享及信息跟蹤等服務(wù)，將平臺實際應(yīng)用到項目中去，實時掌握安全隱患動態(tài)以及整改情況，并將這些信息反饋給相應(yīng)的參與方。應(yīng)用層包括安全管理、質(zhì)量管理、進度管理、成本管理與協(xié)同管理等，管理者可通過PC端或移動端實時掌握工程質(zhì)量問題和工人安全情況，了解工程的進度狀況等?；贐IM+智慧工地集成工作平臺的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 BIM+智慧工地集成工作平臺系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)的功能架構(gòu)

為了滿足實際需求，將BIM模型、智慧工地與施工管理平臺融合到一起，打通了各方數(shù)據(jù)，避免了信息傳遞延遲、權(quán)責(zé)不清的問題?；贐IM技術(shù)的智慧工地平臺方案架構(gòu)主要包括五方面：進度管理、質(zhì)量管理、安全管理、成本管理和協(xié)同管理。各系統(tǒng)功能，如圖2所示。

圖2 BIM+智慧工地集成工作平臺功能架構(gòu)

3.2.1 安全管理

運用BIM技術(shù)識別各個模塊，在平臺上展示隱患點、隱患等級和隱患狀態(tài)，并進行三維可視化，確?，F(xiàn)場安全。如果隱患超標，在系統(tǒng)中設(shè)定要求，及時修正，并向責(zé)任人報告。安全管理控制點和實施點可在平臺上標識，合理組織安全管理人員進行有效的安全監(jiān)控。

3.2.2 質(zhì)量管理

在項目施工前，可以建立該項目的BIM模型，利用BIM技術(shù)的可視化特性模擬關(guān)鍵施工過程。施工人員根據(jù)模擬施工過程中可能存在的相關(guān)問題以及可行性，來完善施工方案，同時也能對整個施工環(huán)節(jié)加深認識。在工程建設(shè)中，通過比較BIM模型和現(xiàn)場施工，可以實時驗證工程的施工質(zhì)量。此外，質(zhì)量信息可以與現(xiàn)場智能平臺進行連接，找出不同級別的質(zhì)量問題，及時采取措施，避免質(zhì)量事故的發(fā)生。將工程項目的相關(guān)施工技術(shù)和方案內(nèi)容添加到平臺上，使各方人員都能實時查看、驗證質(zhì)量。施工完畢后，施工單位在平臺上進行質(zhì)量驗收，形成驗收記錄并保存在系統(tǒng)中。

3.2.3 進度管理

項目組成部分通過BIM技術(shù)與進度表相連，通過網(wǎng)絡(luò)圖的形式，展示具體的進度和時間。在平臺上可以實時監(jiān)控施工項目的具體進度，進行對比之后，確認進度是否出現(xiàn)偏差，可有效防止過大偏差的產(chǎn)生。

3.2.4 成本管理

運用BIM模型來掌握成本變動的各種因素，規(guī)范化的管理使工程投資在設(shè)計、施工和運營方面更加合理。通過立體化的建模，將施工的成本信息與實體建筑相互關(guān)聯(lián)。項目的每個階段對應(yīng)相應(yīng)的BIM模型，倘若在施工中發(fā)生變化，則依據(jù)動態(tài)的BIM模型數(shù)據(jù)庫，更新施工的相關(guān)信息，共享施工數(shù)據(jù)。參建各方人員及時掌握施工變更的情況，使施工方案更加合理。

3.2.5 協(xié)同管理

通過建立標準模型庫的方式，在BIM+智慧工地管理平臺上，實現(xiàn)各參與方之間的信息協(xié)同。運用互聯(lián)網(wǎng)，使平臺作為媒介協(xié)調(diào)各單位之間的信息，讓各方能夠及時掌握施工的具體情況。

3.3 實現(xiàn)橋梁運營平臺設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 主體與BIM建模及模型維護

以南紀門長江軌道專用橋為例，無論在質(zhì)量管理方面，還是安全管理方面，均建立施工階段BIM橋梁模型。主體模型包含基礎(chǔ)、橋墩、主塔橋臺、鋼箱疊合梁、橋面系、景觀、機電及導(dǎo)向標示等模型，根據(jù)相關(guān)資料整合調(diào)整優(yōu)化BIM模型，使模型深度結(jié)合圖紙，滿足項目需求，確保圖和模型一致，真實反映設(shè)計情況。通過對其進行施工模擬及重點抽查，如發(fā)現(xiàn)存在不合格的情況則退回修改，直到達到可以指導(dǎo)現(xiàn)場施工的要求，并且對其進行記錄，從而達到為下一個項目提供參考的作用。南紀門長江軌道專用橋BIM模型，如圖3所示。

圖3 南紀門長江軌道專用橋BIM模型

3.3.2 附屬BIM模型建模及模型維護

以南紀門長江軌道專用橋為例，通過建立各階段橋梁附屬BIM模型，從安全管理方面，包含主體范圍內(nèi)場地地形及既有建筑物建模、周邊管網(wǎng)建模、施工平面布置建模、施工各類臨時設(shè)施建模（含預(yù)應(yīng)力體系、臨時支架、模板、棧橋、施工平臺、安全文明）、施工機械設(shè)備建模等，利用BIM模型對施工過程進行模擬，查看是否存在安全隱患，是否超出安全等級，若超過等級，則對其進行整改，整改之后再重新模擬。通過反復(fù)模擬施工過程使其達到安全等級要求。南紀門長江軌道專用橋施工部分模型，如圖4所示。

圖4 南紀門長江大橋施工模型

3.3.3 專業(yè)整合協(xié)調(diào)沖突檢測

通過整合各專業(yè)BIM模型，建立標準的模型庫，提交專項技術(shù)分析及沖突分析報告，通過平臺協(xié)同，確保施工前消除所有錯漏及隱患，達到施工信息的協(xié)同管理，確保各參與方所獲得的信息一致，包含設(shè)計圖面表達問題、普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力穿束直接碰撞、臨時措施設(shè)施與設(shè)計構(gòu)件的碰撞等，確保消除圖紙錯漏，如圖5所示。

圖5 構(gòu)件主筋碰撞檢查

3.3.4 施工綜合評審制度

建立施工綜合評審及交底機制，所有施工內(nèi)容需要在施工1～2月前完成BIM施工綜合評審，即在BIM數(shù)據(jù)支撐下，進行圖紙、技術(shù)、模型、質(zhì)量、安全進度等全方位綜合評審，消除全部設(shè)計錯漏碰缺，針對隱患做到提前防范，做到管理前置，防范未然，提升施工管理品質(zhì)。

綜合評審制作、評審組織及跟蹤協(xié)調(diào)，確保達到施工交底、施工指導(dǎo)的目的。從技術(shù)、安全和進度層面提出的相關(guān)評審要求，見表1。

表1 從技術(shù)、安全和進度層面的相關(guān)評審要求

4 結(jié)語

本文以南紀門長江軌道專用橋為例，構(gòu)建了包含五個層次的基于BIM技術(shù)的智慧工地協(xié)同管理平臺。管理平臺包含安全管理、質(zhì)量管理、進度管理、成本管理及協(xié)同管理五大功能模塊，以BIM模型為載體，建立數(shù)據(jù)庫，利用BIM技術(shù)對施工過程進行模擬，以消除安全隱患，幫助項目團隊提高管理水平。同時，通過建立標準模型庫，使工程信息得到了高效的整合與共享，更好地協(xié)同各方對項目進行管理，有效提升了軌道交通項目工作管理效率與質(zhì)量，對其他的軌道橋梁項目具有一定的參考意義。