基于BIM的智能化技術(shù)在裝配式橋梁工程施工管理中的應(yīng)用

1 引言

公路工程建設(shè)工地線長、作業(yè)工點多，人員、設(shè)備和材料分散，管理作業(yè)流程瑣碎，傳統(tǒng)的人工巡視、紙質(zhì)記錄的工作方式已無法滿足大型橋梁項目管控的要求[1]。借助新型GIS 技術(shù)、BIM 技術(shù)與管理平臺技術(shù)， 搭建基于BIM 的裝配式橋梁智能施工管控平臺，利用信息化手段實現(xiàn)監(jiān)管模式的創(chuàng)新，解決建設(shè)工程中出現(xiàn)的監(jiān)管力度不強，監(jiān)管手段落后等難題，是實現(xiàn)項目建設(shè)高效管理的必然選擇。

2 BIM在橋梁中的應(yīng)用

BIM 應(yīng)用在工程中是一種全新的思考方法。 在我國經(jīng)歷了數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)變得越來越成熟，并且廣泛應(yīng)用于建筑、道路等工程中，為設(shè)計、建設(shè)、運營單位提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提升生產(chǎn)效率、 節(jié)約建設(shè)成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[2]。 BIM 具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5大特點。 論文采用BIM 技術(shù)進行裝配式橋梁的模塊化設(shè)計和參數(shù)化模型的建立，具體包括以下幾個部分。

2.1 橋梁數(shù)字化建模

根據(jù)橋梁施工圖設(shè)計圖紙構(gòu)件的各個構(gòu)件參數(shù)， 通過BIM 軟件對該橋快速建立模型。通過對預(yù)制橋梁施工的解讀，把不同的構(gòu)件建成相應(yīng)的構(gòu)件族庫。 利用BIM 軟件將這些構(gòu)件族庫拼裝成完整的橋梁。 為以后的工程項目的管理及后續(xù)BIM 的應(yīng)用創(chuàng)立有利的條件。

利用橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對不同類型的構(gòu)件設(shè)置參數(shù)， 通過參數(shù)的調(diào)節(jié)來快速地建立其他類型的構(gòu)件， 建立項目的預(yù)制構(gòu)件族庫，通過不同構(gòu)件之間的拼接，建立橋梁模型，為后續(xù)的項目管理以及BIM 應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2.2 鋼筋結(jié)構(gòu)分析

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工橋梁相比， 裝配式橋梁具有建造速度快、對交通影響小、整體耗能低、安全系數(shù)高等特點，但構(gòu)件的固定性，導(dǎo)致現(xiàn)場無法靈活地進行調(diào)節(jié)[3]。 在對施工圖設(shè)計審查時，需要對構(gòu)件內(nèi)部的主要鋼筋的位置、直徑等進行完整的審查，確保在施工的時候，這些鋼筋能夠準(zhǔn)確地放在合理的位置。 借用BIM 進行鋼筋結(jié)構(gòu)分析，對施工圖進行校核、碰撞檢測和工程量計算， 能夠及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中的缺陷和不足，將鋼筋的設(shè)計誤差控制在毫米級別。 這些工作有利于加快工程進度，提高工程質(zhì)量，為現(xiàn)場技術(shù)人員提供準(zhǔn)確的資料，更好地服務(wù)工程。

2.3 設(shè)計方案優(yōu)化

裝配式橋梁施工工藝較新， 針對此類工藝的相關(guān)規(guī)范較少，難免會出現(xiàn)設(shè)計的可施工性不強或不可行等問題，造成返工量增加，影響施工進度[4]。 使用BIM 軟件進行設(shè)計方案溝通與分析，能更好地解決在設(shè)計、施工中遇到的問題。 可以通過BIM 對施工圖設(shè)計進行檢測，優(yōu)化設(shè)計方案，減少設(shè)計中的錯誤等造成的施工中不必要的返工。

2.4 清單量核查

現(xiàn)在的施工圖設(shè)計工程量的匯總都是通過二維的CAD圖紙進行工程量的統(tǒng)計。二維CAD 圖紙中有些設(shè)計內(nèi)容需要手工計算或者更加專業(yè)的軟件進行工程量的計算。 當(dāng)圖紙有方案變更或者設(shè)計變更時，由于溝通的不及時，可能會出現(xiàn)工程量不能及時匯總的現(xiàn)象。

技術(shù)人員前期通過對二維圖紙的解讀，應(yīng)用BIM 技術(shù)直接構(gòu)建立體模型， 通過二維圖紙中的主要構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建立體模型。 通過BIM 立體模型技術(shù)人員可以直接統(tǒng)計主要構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)的工程量。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了技術(shù)人員的工作難度， 提高了技術(shù)員的工作效率與清單量的正確率。

2.5 輔助施工交底

裝配式橋梁施工的主要工程內(nèi)容是主梁的制作與安裝。在施工前利用BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的二維CAD 施工圖設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為可視的三維立體模型， 可以將施工過程中用到的各種材料和施工工序加入里面，形成一張完整的施工組織流程。 施工技術(shù)人員根據(jù)三維立體模型， 更加準(zhǔn)確地了解施工過程。BIM 技術(shù)可以更精確地把裝配式橋梁的難點、 易錯點展示出來，提高施工效率和質(zhì)量。 在工程技術(shù)的交底會上，設(shè)計、施工、 監(jiān)理和業(yè)主可根據(jù)BIM 模型進行更直觀的溝通和協(xié)作，明確各自的責(zé)任，確保工程質(zhì)量及工程進度。

2.6 BIM裝配式橋梁應(yīng)用實例

BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計和建設(shè)中的應(yīng)用， 為裝配式橋梁的精細(xì)化設(shè)計和施工提供了極大的便利。 本文列舉一些國內(nèi)外裝配式橋梁的BIM 應(yīng)用實例。

上海南泉路跨線桁架橋，該橋長223 m，寬16 m，采用彩鋼復(fù)合板和預(yù)制T 形梁進行組裝安裝。 設(shè)計人員使用BIM 技術(shù)進行結(jié)構(gòu)分析、布置與定型。

北京市昌平北七家交通樞紐點連續(xù)梁橋， 該橋為流水線制造單位產(chǎn)出的180 m 長雙向12 車道連續(xù)梁橋。 采用BIM技術(shù)對該橋進行度量量取，切割方案優(yōu)化和設(shè)計參數(shù)計算。

總之，隨著BIM 技術(shù)的完善和不斷普及，在橋梁設(shè)計和建設(shè)領(lǐng)域中將有更多的裝配式橋梁采用BIM 技術(shù)來促進橋梁工程更加精細(xì)化、高效化地實施。

3 GIS 技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用步驟

對預(yù)制裝配式橋墩進行施工仿真研究， 可以避免預(yù)制構(gòu)件吊裝與安裝過程中的碰撞等問題，更好地指導(dǎo)施工[5]。 利用GIS 軟件對橋梁進行數(shù)字化建模和空間分析， 并將數(shù)據(jù)與其他相關(guān)數(shù)據(jù)集整合，并以此支持橋梁規(guī)劃、設(shè)計和維護。 對此，融合預(yù)制裝配式橋墩的BIM 模型、實際的施工環(huán)境（地形、地質(zhì)信息）以及工程機械等數(shù)據(jù)，使用在GIS 平臺開發(fā)的施工仿真工具，真正實現(xiàn)了施工工序以及施工工藝的三維動畫仿真。同時， 該三維動畫仿真也可以作為對施工單位的技術(shù)交底文件，可以存儲橋梁的結(jié)構(gòu)、材料、施工年份、使用情況、變形情況、養(yǎng)護記錄等信息。 利用這些數(shù)據(jù)可以了解目前橋梁所處的狀態(tài)，制訂合理的維護方案，可以有效提升橋梁的安全系數(shù)和可靠指數(shù)，相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)版技術(shù)交底文件，三維動畫仿真具有更大的優(yōu)勢。

3.2 GIS 裝配式橋梁應(yīng)用實例

GIS 裝配式橋梁技術(shù)是一種先進的橋梁建設(shè)技術(shù)， 其應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的推廣。 以下是一些GIS 裝配式橋梁技術(shù)的應(yīng)用實例。

廣州南沙港鐵路貨場橋梁： 這座橋梁采用GIS 裝配式橋梁技術(shù)建造的鐵路貨場橋梁。 它采用了模塊化設(shè)計，預(yù)制了各種構(gòu)件，并在現(xiàn)場進行組裝。 這種技術(shù)大大縮短了施工周期，降低了施工難度和成本。

深圳機場高速公路立交橋： 這座橋梁采用了大跨度鋼梁和混凝土橋面板的組合設(shè)計，通過現(xiàn)場拼裝完成。 GIS 裝配式橋梁技術(shù)使得施工速度更快，施工質(zhì)量更高。

4 管理平臺的應(yīng)用

建筑工程施工數(shù)字化管理平臺基于大數(shù)據(jù)等技術(shù)， 根據(jù)各層級領(lǐng)導(dǎo)班子成員和職能部門的業(yè)務(wù)監(jiān)督和決策指揮管理需要，利用可視化數(shù)據(jù)分析看板，分類分級匯集、分析、挖掘安全生產(chǎn)數(shù)字化云平臺自有數(shù)據(jù)和其他相關(guān)信息化系統(tǒng)的協(xié)同數(shù)據(jù)，從而支撐多種工作場景下的數(shù)字化、動態(tài)化、可視化和差異化的分級監(jiān)督和精準(zhǔn)決策，大力提升精準(zhǔn)監(jiān)督?jīng)Q策能力[7]。管理平臺應(yīng)用具體如下。

4.1 生產(chǎn)過程在線管控

管理平臺集成應(yīng)用BIM、GIS、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 通過智能感知、在線分析、實時控制，實現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件加工過程的動態(tài)管控，有效提高生產(chǎn)過程可控性，減少人工干預(yù)，即時準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，合理編制生產(chǎn)計劃及實時展示施工進度，實現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)過程多維度的綜合智慧管控。

4.2 生產(chǎn)要素全息管理

將裝配式橋梁建設(shè)過程中產(chǎn)生的文件、圖紙、照片、影像資料、質(zhì)保資料等進行分類管理并保存，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全息管理，便于相關(guān)人員查閱橋梁建設(shè)信息，為項目后期維護管理提供便利。

4.2.1 質(zhì)保資料管理

質(zhì)保資料管理模塊對施工過程中的各種質(zhì)量保證資料進行統(tǒng)一管理，確保質(zhì)保資料及時性、真實性、準(zhǔn)確性。 平臺依據(jù)相關(guān)文件建立資料表格模板庫，涵蓋建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位各層級管理用表及質(zhì)量保證資料用表。

4.2.2 施工影像采集

施工影像采集模塊， 通過對裝配式橋梁生產(chǎn)全過程影像資料的上傳、存儲，為施工生產(chǎn)、竣工交驗、技術(shù)交流、安全培訓(xùn)等提供最原始、最真實的依據(jù)。

4.2.3 電子圖紙管理

電子圖紙管理模塊通過對裝配式橋梁設(shè)計、施工、竣工等電子圖紙的上傳與存儲，實現(xiàn)施工、運營過程中圖紙信息的實時調(diào)取查閱，為橋梁施工、養(yǎng)護提供原始參考依據(jù)。

4.3 關(guān)鍵指標(biāo)在線監(jiān)控

通過平臺實現(xiàn)對裝配式橋梁建設(shè)的三維狀態(tài)及項目進度、投資等信息的交織關(guān)系和發(fā)展趨勢進行數(shù)字化模擬[8]。 平臺針對多工種、多單位之間的協(xié)同流程和管理要點，以項目投資、質(zhì)量、安全管控為核心，通過PC 端、移動端多模式信息交互，實現(xiàn)對裝配式橋梁施工全過程全周期的質(zhì)量、安全、進度、費用的宏觀掌控，用于集中管理、查看、統(tǒng)計和分析工程管理信息。 大數(shù)據(jù)看板通過與各子系統(tǒng)模塊的對接，對生產(chǎn)情況進行統(tǒng)計，以圖表形式展示項目宏觀統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、安全預(yù)警信息數(shù)據(jù)、質(zhì)量預(yù)警信息數(shù)據(jù)、計劃進度執(zhí)行情況數(shù)據(jù)、投資完成情況數(shù)據(jù)等，并能夠?qū)崿F(xiàn)按安全、質(zhì)量、進度、投資等相關(guān)業(yè)務(wù)查詢詳細(xì)數(shù)據(jù)，為項目管理和決策提供依據(jù)。

5 結(jié)語

本文集成了BIM、GIS、管理平臺等技術(shù)，建成全壽命周期智能管理平臺，對裝配式橋梁施工進行模塊化設(shè)計，將橋梁的各個構(gòu)件進行參數(shù)化建模，同時將設(shè)計與施工相結(jié)合，優(yōu)化施工方案， 為實際工程提供了科學(xué)依據(jù)， 同時應(yīng)用到生產(chǎn)管理中，為項目精細(xì)化管理提供了便利，為公路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化建設(shè)、精細(xì)化管控、智能化分析、科學(xué)化決策提供全過程、全方位的技術(shù)支撐。