BIM技術(shù)在龍門大橋智慧建造中的應(yīng)用

程振庭，楊茗欽，林廣泰

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

廣西濱海公路龍門大橋總長(zhǎng)7.637 km，大橋建成后，欽州港和防城港這兩大港口將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，助力北欽防一小時(shí)通勤。作為廣西交通建設(shè)史上規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)最高、主橋?yàn)閺V西首座單跨超千米全漂浮體系懸索橋、跨越海域環(huán)境最復(fù)雜的跨海通道工程，龍門大橋因其建設(shè)施工期間具有海上作業(yè)點(diǎn)多、高空作業(yè)量大、極端異常天氣多、紅樹林和海洋環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)苛等特點(diǎn)，使工程的管理難度較大。在此類工程的施工中使用BIM技術(shù)來協(xié)助管理，逐漸被業(yè)內(nèi)人士提出與認(rèn)可。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性

BIM技術(shù)是基于以強(qiáng)化工程項(xiàng)目建設(shè)管理為目的而開發(fā)的數(shù)字化輔助工具，用此技術(shù)建立的模型通常包含了整個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目在其生命周期內(nèi)的所有三維特性、時(shí)空屬性及各結(jié)構(gòu)信息，以數(shù)據(jù)可視化歸檔的形式幫助工程技術(shù)人員高效了解各類結(jié)構(gòu)的實(shí)況信息，更好地為各方建設(shè)主體單位提供協(xié)同工作的平臺(tái)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。

另外，作為第一批平安百年品質(zhì)工程創(chuàng)建示范項(xiàng)目之一，龍門大橋在極高的目標(biāo)定位和建設(shè)要求下，在施工過程中也會(huì)面臨更多的難點(diǎn)及問題：

(1)施工環(huán)境復(fù)雜：項(xiàng)目施工作業(yè)主要集中在海面、灘涂、小島上，受漲落潮與氣候影響較大。例如東引橋棧橋線路長(zhǎng)2.36 km，沿線多為裸巖地質(zhì)，水深約20 m，水流湍急，同時(shí)施工區(qū)域受限，對(duì)棧橋便道的路線設(shè)計(jì)需進(jìn)行周全的考慮。

(2)施工工藝復(fù)雜：此項(xiàng)目主橋在單跨吊千米級(jí)懸索橋中采用了全漂浮結(jié)構(gòu)體系，并在錨碇設(shè)計(jì)中采用大尺寸圓-矩咬合樁支護(hù)形式。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式不僅對(duì)技術(shù)交底提出了更高的要求，還在質(zhì)量控制如溫控抗裂、耐腐蝕涂裝和加工精度等方面有更高精度的要求。

(3)總體工程量大：部分工程變更引起作業(yè)效率低下。傳統(tǒng)二維施工圖的參數(shù)化程度普遍偏低，當(dāng)工程變更時(shí)，圖紙修改所耗費(fèi)的大量時(shí)間與繁瑣流程不僅會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成割裂，也不利于后期的資料歸檔。此外，由于平面圖表達(dá)形式單一、內(nèi)容有限、可視化程度低，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)一線人員在加工安裝構(gòu)件前需額外花費(fèi)時(shí)間對(duì)圖紙進(jìn)行解讀，總體上降低了施工效率。

(4)建設(shè)工期緊，施工進(jìn)度管理難度大：項(xiàng)目工期要求緊，靜態(tài)化的傳統(tǒng)圖紙與進(jìn)度管理無法幫助管理人員準(zhǔn)確地掌握項(xiàng)目實(shí)時(shí)信息并作出動(dòng)態(tài)分析，導(dǎo)致在施工進(jìn)度的調(diào)查與預(yù)測(cè)上會(huì)出現(xiàn)不可避免的決策誤差。因此，BIM技術(shù)在龍門大橋中以縮短信息傳遞時(shí)間這一方式，幫助項(xiàng)目強(qiáng)化了其對(duì)自身進(jìn)度的把控能力。

綜上所述，若將BIM技術(shù)融入施工建設(shè)中，在施工前按照真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬和場(chǎng)地布置，對(duì)復(fù)雜的工藝?yán)萌S模型視頻或者打印3D模型對(duì)工人進(jìn)行更直觀的技術(shù)交底，將設(shè)計(jì)和施工階段中的構(gòu)件尺寸、材料、用料量等信息結(jié)合鋼筋加工、進(jìn)度管理等系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的信息化管理，就能夠從根本上提升各工種協(xié)同作業(yè)的效率，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 BIM技術(shù)在龍門大橋智慧建造中的應(yīng)用

2.1 地形地貌

GIS是一種地理信息技術(shù)，具有強(qiáng)大的實(shí)景重現(xiàn)、三維可視化及數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)能力，結(jié)合無人機(jī)航空攝影和遙感技術(shù)，可以真實(shí)地反映龍門大橋建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌和水文情況，宏觀地反映龍門大橋周邊地物之間的相互關(guān)系。BIM則可以真實(shí)準(zhǔn)確地反映龍門大橋結(jié)構(gòu)和構(gòu)件信息，兩者相互配合，為項(xiàng)目在決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營階段提供強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)支撐。

本項(xiàng)目中采用無人機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形進(jìn)行航飛，制作現(xiàn)場(chǎng)的傾斜攝影圖，建立現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景三維地形模型，同時(shí)利用相關(guān)測(cè)量軟件，量算相關(guān)地形施工情況，生成土石方算量報(bào)告。

2.2 主體建模

利用已經(jīng)收集的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，結(jié)合龍門大橋基本設(shè)計(jì)思路，在Revit軟件中對(duì)龍門大橋結(jié)構(gòu)體進(jìn)行建模(見圖1)。龍門大橋建設(shè)中針對(duì)圓-矩咬合樁成孔效率低問題，采用了分級(jí)成孔施工大直徑樁基、旋挖鉆+銑槽機(jī)相結(jié)合施工二期槽的工藝。錨碇首次采用圓-矩咬合樁結(jié)構(gòu)形式，大直徑樁基和二期槽均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工中需嚴(yán)格控制大直徑樁鋼筋籠的定位和垂直度。這些關(guān)鍵工藝和復(fù)雜結(jié)構(gòu)都在Revit軟件中進(jìn)行建模分析。

2.3 BIM+復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維交底展示

借助BIM的可視化特點(diǎn)，把龍門大橋全線永久及臨時(shí)結(jié)構(gòu)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，其坐標(biāo)、材料及尺寸信息可直接在軟件里查看，減少了施工管理人員查閱圖紙及資料的時(shí)間。

三維交底展示使用的手段和技術(shù)包括AR、VR、720云、施工動(dòng)畫模擬等方式。AR即“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”，將BIM模型與圖紙進(jìn)行綁定，用手機(jī)掃描圖紙時(shí)，會(huì)彈出BIM三維模型，讓復(fù)雜的圖紙更易懂(見圖2)。720云是一款VR全景內(nèi)容分享應(yīng)用，各類技術(shù)人員可查看龍門大橋周邊相關(guān)全景內(nèi)容，進(jìn)一步熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行合理的施工組織(見圖3)。

圖2 掃描圖紙AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果圖

圖3 720云全景效果圖

同時(shí)，將BIM模型輕量化，一線生產(chǎn)人員可以在手機(jī)上直接打開BIM模型，對(duì)所需的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行查閱，極大地方便施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工人進(jìn)行交底展示。

2.4 場(chǎng)地布置模擬

為了更合理地對(duì)項(xiàng)目施工區(qū)域進(jìn)行場(chǎng)站建設(shè)規(guī)劃，龍門大橋項(xiàng)目使用BIM+GIS技術(shù)，結(jié)合所收集的地理信息對(duì)大橋主體結(jié)構(gòu)與各個(gè)場(chǎng)站進(jìn)行了仿真三維建模，并以此作為方案編制與修改的基礎(chǔ)，對(duì)拌和站、鋼筋加工場(chǎng)、庫房與生活區(qū)等建設(shè)場(chǎng)地的布置上進(jìn)行了優(yōu)化(見圖4、圖5)。另外，此技術(shù)在實(shí)際中不僅節(jié)約了作業(yè)場(chǎng)地，在環(huán)保方面，還通過優(yōu)化便道與排水系統(tǒng)，降低了項(xiàng)目施工時(shí)粉塵與污水對(duì)周邊紅樹林保護(hù)區(qū)的影響。

圖4 拌和站BIM模型圖

圖5 塔錨施工區(qū)布置模型圖

2.5 坐標(biāo)校核

按照設(shè)計(jì)圖紙建立BIM模型，測(cè)量人員在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)到三維坐標(biāo)后，可提取模型中的三維坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比校核，如圖6所示。

在BIM模型中提取結(jié)構(gòu)的材料用量，與項(xiàng)目預(yù)先測(cè)算的用量進(jìn)行對(duì)比，可對(duì)已建造完成結(jié)構(gòu)的實(shí)際用量與BIM模型進(jìn)行復(fù)核。

圖6 BIM+坐標(biāo)校核示意圖

3 結(jié)語

龍門大橋項(xiàng)目在實(shí)際施工中通過對(duì)各項(xiàng)BIM技術(shù)的成功應(yīng)用，平穩(wěn)地處理了其在建設(shè)過程中碰到的各種如復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工、作業(yè)區(qū)域受限、環(huán)保壓力大等難點(diǎn)問題，最終達(dá)到節(jié)地、節(jié)材、節(jié)時(shí)與降本增效的目的。

龍門大橋項(xiàng)目通過施工過程的模型參數(shù)化、場(chǎng)地可視化、施工預(yù)模擬及進(jìn)度把控等信息化的管理，使BIM技術(shù)的推廣取得了實(shí)質(zhì)性的成效，也為今后國內(nèi)外橋梁施工項(xiàng)目管理提供了一定的借鑒。