基于BIM技術(shù)的橋梁工程施工管理

摘要：文章以700 m上承式鐵路拱橋?yàn)槔?，分析了橋梁工程施工過程中常見的問題，從BIM技術(shù)的可視化、數(shù)據(jù)集成等基本功能出發(fā)，結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)和移動終端的靈活運(yùn)用，建立了橋梁工程的云監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了BIM模型與實(shí)際施工的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，以及項(xiàng)目各參與方的信息交互。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；橋梁工程；云平臺；施工管理

中圖分類號：U445.1A431492

0引言

橋梁是道路交通的重要組成部分。隨著我國道路基建事業(yè)的大力發(fā)展，橋梁的建設(shè)也不斷向大跨度、多層次、新材料的方向發(fā)展，如重慶朝天門大橋、上海市盧浦大橋等一系列大跨度公路鐵路橋梁相繼建成［1］。橋梁建設(shè)飛速發(fā)展也帶來一系列的施工管理難題，在如何提升施工管理的效率、降低橋梁工程的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等方面，BIM技術(shù)提供了新的思路［2］。BIM技術(shù)的數(shù)字化信息過程能夠有效提高橋梁施工的管理效率，本文就BIM技術(shù)對橋梁工程管理的貢獻(xiàn)進(jìn)行探討。

1造成道路橋梁施工管理問題的主要原因

1.1橋梁設(shè)計(jì)與施工方對接存在問題

橋梁是跨越峽谷、江河乃至湖海的大型構(gòu)筑物，其施工環(huán)境復(fù)雜，并且具有高空作業(yè)多、作業(yè)面少、水中作業(yè)多、施工組織協(xié)作復(fù)雜等特點(diǎn)。在非EPC（工程總承包模式之一）橋梁工程中，設(shè)計(jì)人員的理念與現(xiàn)場施工認(rèn)知往往存在一定程度的偏差，設(shè)計(jì)人員在做橋梁設(shè)計(jì)時(shí)更側(cè)重于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、造型美化，新材料、新工藝應(yīng)用等情況，對現(xiàn)場的施工環(huán)境和條件考慮較少，從而給后續(xù)的現(xiàn)場施工帶來困難［3］。

（1）施工人員對構(gòu)造信息接收有偏差。二維圖紙的信息傳遞依賴于使用者的能力水平，在設(shè)計(jì)方向施工方交底圖紙時(shí)，由于專業(yè)知識背景差異，經(jīng)常會造成信息接收的偏差及丟失。對于復(fù)雜的橋梁鋼結(jié)構(gòu)，如鋼拱混凝土鐵路橋，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且拱肋和三角斜撐等構(gòu)件的連接關(guān)系也難以借助二維圖紙表達(dá)清楚。

（2）設(shè)計(jì)圖紙中預(yù)留施工作業(yè)面不足。由于橋梁的特殊作業(yè)環(huán)境，在設(shè)計(jì)圖投入施工時(shí)會出現(xiàn)局部作業(yè)面不足等情況。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，二維圖紙需多圖協(xié)作說明，前期設(shè)計(jì)中即便對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位和碰撞做出了碰撞檢驗(yàn)調(diào)整，其預(yù)留的施工作業(yè)面也很難充分滿足工藝要求。

1.2施工現(xiàn)場管理存在問題

（1）橋梁樁基礎(chǔ)中，鉆孔灌注樁施工時(shí)出現(xiàn)成空不垂直、偏差值大的情況，其原因有鉆機(jī)未出處水平位置或鉆進(jìn)過程中發(fā)生不均勻沉降。橋梁樁基經(jīng)施工人員放線核查形成的紙質(zhì)資料通常為數(shù)據(jù)表格和二維樁位圖，施工現(xiàn)場標(biāo)記方式大多是傳統(tǒng)的插點(diǎn)標(biāo)記，易發(fā)生挪動倒塌等錯(cuò)誤，導(dǎo)致后續(xù)樁位的施工質(zhì)量問題。

（2）橋梁混凝土外觀差。橋梁混凝土外觀問題取決于模板質(zhì)量，支模不平整、模板材質(zhì)強(qiáng)度剛度不足、澆筑振搗不到位會引發(fā)混凝土成型后梁體不順直、蜂窩、麻面、裂紋等質(zhì)量問題。雖然這些問題較小，但在大型橋梁的復(fù)雜荷載和運(yùn)行環(huán)境下，其影響很可能會擴(kuò)大，裂紋也會不斷擴(kuò)大，給整個(gè)橋梁的質(zhì)量造成影響。

（3）鋼筋質(zhì)量問題進(jìn)而引發(fā)橋梁質(zhì)量問題。鋼筋存放不善導(dǎo)致鋼筋外表有銹蝕、裂紋現(xiàn)象，或是鋼筋下料的長度和尺寸不符合設(shè)計(jì)要求，但是現(xiàn)場勞務(wù)工人擅自投入使用，從而引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題。

（4）橋梁工程中施工進(jìn)度管理難度大。橋梁工程往往施工環(huán)境復(fù)雜，施工過程受環(huán)境影響程度高，露天作業(yè)、高空作業(yè)多，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，并且橋梁工程體量大、施工工藝較復(fù)雜、施工工序多，施工組織協(xié)調(diào)的難度大，使施工進(jìn)度的管理難度大大提升。

2BIM技術(shù)在橋梁施工管理中的應(yīng)用優(yōu)勢

橋梁施工管理主要包括進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、成本管理。BIM技術(shù)具有圖形可視化、參數(shù)化、可模擬性、信息集成等特點(diǎn)，基于BIM技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建規(guī)范化橋梁BIM施工信息管理云平臺，有助于橋梁施工管理中信息的集成處理和即時(shí)交互。

2.1圖形可視化

借助可視化的優(yōu)勢，可使項(xiàng)目參與人員深入理解二維平面圖紙，尤其是橋梁結(jié)構(gòu)中復(fù)雜需多圖協(xié)作說明的部位，有助于施工人員掌握橋梁構(gòu)造的內(nèi)部情況和重難點(diǎn)部位的施工要點(diǎn)，通過碰撞檢驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙的碰撞部位和工作面預(yù)留不足的情況，為后續(xù)施工組織設(shè)計(jì)方案的編制提供參考。

2.2參數(shù)化建模

橋梁工程由于其專業(yè)層次多、施工工藝復(fù)雜，建立參數(shù)庫十分重要。利用Revit軟件在建模中設(shè)置不同構(gòu)件的具體參數(shù)信息，使橋梁工程的結(jié)構(gòu)參數(shù)更具參考性。參數(shù)庫的建立方便了橋梁工程參與人員通過調(diào)整模型的參數(shù)來控制構(gòu)件的位置，有利于在后續(xù)施工進(jìn)展中根據(jù)施工進(jìn)度快速對模型做出更新調(diào)整。

2.3工程量計(jì)算快捷

受技術(shù)限制，傳統(tǒng)橋梁的工程量計(jì)算常需要人工借助Excel、廣聯(lián)達(dá)等軟件進(jìn)行，數(shù)據(jù)相對整個(gè)項(xiàng)目的動態(tài)管理過程是孤立存在的；而BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面有顯著優(yōu)勢，橋梁施工全過程數(shù)據(jù)都可以動態(tài)、實(shí)時(shí)地存儲在BIM數(shù)據(jù)庫中，并且可以精確導(dǎo)出所需的橋梁工程量，提高工程量的計(jì)算效率。當(dāng)橋梁工程施工設(shè)計(jì)圖發(fā)生變更時(shí)，設(shè)計(jì)方可在云平臺對BIM模型做出變更，施工方可即刻導(dǎo)出二維圖紙和變更工程量，有效降低溝通成本和提高計(jì)算效率。

2.4信息集成性

BIM模型信息的價(jià)值量大于圖形的價(jià)值量。在實(shí)際施工中，借助攝像頭、傳感器、計(jì)量器具等設(shè)備采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，上傳到BIM施工信息管理云平臺，可實(shí)現(xiàn)：（1）對現(xiàn)場關(guān)鍵點(diǎn)位的監(jiān)測和預(yù)警；（2）對現(xiàn)場物料管理的實(shí)時(shí)監(jiān)測；（3）對現(xiàn)場施工人員的不規(guī)范行為做監(jiān)測報(bào)警，降低施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.5實(shí)景模擬

BIM技術(shù)的模擬性在橋梁項(xiàng)目中能很好地模擬出橋梁工程復(fù)雜的施工環(huán)境，通過BIM施工現(xiàn)場三維布置，對前期構(gòu)建的三維模型賦予造價(jià)信息、時(shí)間信息、質(zhì)量管理信息、安全管理信息，就能實(shí)現(xiàn)對施工的ND（多維）模擬，加強(qiáng)施工建設(shè)過程中可能會發(fā)生的質(zhì)量安全控制，減少施工建設(shè)過程中不必要的成本。

[=XQS（]基于BIM技術(shù)的橋梁工程施工管理/楊林駿

3工程案例分析

3.1工程背景

本案例為廣西柳州某座上承式鐵路拱橋（以下簡稱“鐵路拱橋”），全長700 m，寬40 m，拱橋由主梁、腹板、主副雙層拱肋組成，以鐵路運(yùn)輸為主。

3.2應(yīng)用流程

BIM技術(shù)在該橋梁工程中以橋梁的三維模型為出發(fā)點(diǎn)，建立基于BIM技術(shù)的橋梁工程管控系統(tǒng)，主要應(yīng)用于橋梁施工過程中質(zhì)量控制、進(jìn)度控制、成本控制、信息管理等方面。項(xiàng)目各方通過云平臺調(diào)取施工項(xiàng)目的BIM集成數(shù)據(jù)庫，采用統(tǒng)一的模型和標(biāo)準(zhǔn)的信息系統(tǒng)，極大地降低了項(xiàng)目溝通成本，提高了項(xiàng)目的管理效率；利用移動終端和傳感監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集儲存施工過程和物料管理信息的大量數(shù)據(jù)，上傳到BIM數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對施工過程虛實(shí)結(jié)合的質(zhì)量、安全、成本、進(jìn)度的實(shí)時(shí)控制。具體的橋梁工程施工中BIM技術(shù)云平臺管理的應(yīng)用流程如圖1所示。

3.3BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1碰撞檢查

橋梁工程的復(fù)雜性和專業(yè)交叉較高，本案例中的橋梁工程是涉鐵工程，其專業(yè)性更強(qiáng)、復(fù)雜性更高。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)部位，通過BIM模型的碰撞檢查可以檢驗(yàn)橋梁在施工中可能發(fā)生的碰撞沖突，除去設(shè)計(jì)階段篩去的嚴(yán)重沖突，如橋梁構(gòu)件之間的位置碰撞等。另外，還有兩類施工中常見的碰撞沖突：

（1）可調(diào)整的沖突，如鋼筋的碰撞；

（2）空間上的沖突，常表現(xiàn)為施工空間不足或工作空間規(guī)劃不合理。

對圖紙進(jìn)行碰撞檢查，在進(jìn)入該部位施工前發(fā)現(xiàn)碰撞沖突之后，通過設(shè)計(jì)變更或協(xié)調(diào)施工組織解決問題，降低乃至消除由于設(shè)計(jì)失誤引起的工程風(fēng)險(xiǎn)，事前控制風(fēng)險(xiǎn)也有利于減少后期的設(shè)計(jì)變更事件［4］。同時(shí)，由于Revit軟件對工程量可以快速、準(zhǔn)確地計(jì)算和導(dǎo)出，減少了建設(shè)人員的時(shí)間消耗，從而降低了成本。

3.3.2施工可視化交底

由于橋梁工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在圖紙交底時(shí)常因?yàn)榧夹g(shù)人員的知識背景參差而導(dǎo)致對圖紙的理解偏差。通過參數(shù)化建模，以三維的形式制作橋梁各部位構(gòu)件，輸入各部位構(gòu)件的尺寸材料屬性和工藝參數(shù)，建立鐵路拱橋的橋梁族庫，將二維圖紙轉(zhuǎn)變成三維立體圖，直接呈現(xiàn)在交底過程中，不僅實(shí)現(xiàn)了鐵路拱橋整體空間構(gòu)造的可視，也為鐵路拱橋重要部位結(jié)構(gòu)的施工提供可靠依據(jù)，有效降低圖紙?jiān)斐傻男畔G失風(fēng)險(xiǎn)，提高效果圖的交互性。見圖2。

3.3.3BIM技術(shù)在鐵路拱橋質(zhì)量、安全管理方面的應(yīng)用

（1）施工方案的優(yōu)化。在施工開始之前，利用BIM技術(shù)對鐵路拱橋進(jìn)行虛擬建造，虛擬建造過程中對施工工藝的模擬可以提前發(fā)現(xiàn)施工工藝、施工工序搭接、現(xiàn)場整體布局的不合理之處，從而對施工組織方案進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而提升橋梁質(zhì)量。

（2）現(xiàn)場信息控制。施工過程中，通過在現(xiàn)場布置監(jiān)控?cái)z像頭、傳感器、智能計(jì)量器具和智慧安全帽等設(shè)備，可有效采集現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至BIM數(shù)據(jù)信息管理云平臺做算法處理，可實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)對不符合質(zhì)量要求及安全要求的行為做出超限自動預(yù)警。同時(shí)，通過影像資料和傳感器數(shù)據(jù)記錄的質(zhì)量缺陷和不安全的施工行為，將發(fā)生的所有問題生成整改通知單并導(dǎo)出，便于工程管理人員及時(shí)處理問題，提高質(zhì)量安全管理的效率。

3.3.4信息協(xié)同管理

在鐵路拱橋的BIM信息管理系統(tǒng)中，通過BIM技術(shù)、現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建鐵路橋梁的BIM施工管理云平臺，該平臺以BIM技術(shù)為核心，能夠儲存大規(guī)模工程數(shù)據(jù)。此外，還可以共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各方在項(xiàng)目建設(shè)中的協(xié)同辦公，提高了項(xiàng)目參與者的管理效率，促進(jìn)工程進(jìn)度。

4結(jié)語

運(yùn)用BIM技術(shù)對橋梁工程進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)橋梁施工工藝優(yōu)化、工程量核算、可視化交底；對三維模型賦予造價(jià)信息、時(shí)間信息、質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)信息，并與現(xiàn)場施工情況密切關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)施工過程的動態(tài)管理；構(gòu)建橋梁的BIM施工信息管理云平臺，可提高項(xiàng)目信息的共享效率，進(jìn)而促進(jìn)施工進(jìn)度。BIM技術(shù)在橋梁工程動態(tài)管理、方案優(yōu)化、信息共享等工作中的應(yīng)用，使其在橋梁的質(zhì)量安全、進(jìn)度管理、成本控制等方面發(fā)揮重要作用，有效提升了橋梁工程施工的管理效率。

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作者簡介：楊林駿（1992—），講師，主要從事土木工程專業(yè)的科研和教學(xué)工作。