(1.吉林建筑大學，長春 130118; 2.吉林省高等級公路建設局，長春 130033)

1 工程概況

陶賴昭特大橋改擴建工程位于既有京哈高速公路陶賴昭松花江特大橋處(如圖1)。因現(xiàn)有京哈高速公路長春至拉林河段已不能適應經(jīng)濟社會發(fā)展和交通量增長的需要，更難以滿足國家公路運輸大通道的功能要求，整條高速公路改擴建工程顯得尤為迫切。項目采用既有橋梁完全利用，左側(cè)單側(cè)加寬并新建半幅橋?qū)?0.25m橋梁的改擴建方案。新建橋梁橋孔布置為2×40+5×(3×40)+2×40+(65+5×100+65)+2×40+3×40m，與既有橋梁橋孔布置完全對應。主橋上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土半剛構(gòu)-連續(xù)箱梁，引橋上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁，下部采用薄壁墩、柱式墩，基礎采用鉆孔樁基礎。改擴建完成后道路等級標準為雙向八車道高速公路。

項目跨越第二松花江，是京哈高速公路長春至拉林河段改擴建工程的控制性工程。自然條件復雜，施工難度大；改擴建交通組織方式難以呈現(xiàn)；跨江工程,勘測外業(yè)難度大。利用BIM技術(shù)在傳統(tǒng)改擴建工程實施方式的基礎上，通過“BIM+”的思路去完成一種新型的改擴建工程應用，從而優(yōu)化工程設計，保證施工質(zhì)量。

2 BIM應用組織實施

2.1 BIM應用總體構(gòu)架

本工程項目通過BIM技術(shù)，基于工程項目特點建立項目技術(shù)路線，分別從勘測、規(guī)劃、設計、施工、運維等階段進行應用。在勘測階段，我們利用無人機低空攝影測量和無人機傾斜攝影實景建模來提供三維地理信息模型；基于三維地形，在規(guī)劃階段進行方案設計比選及展示溝通。

在設計階段進行橋梁路線設計、橋梁結(jié)構(gòu)設計、橋梁結(jié)構(gòu)力學分析、三維搭建鋼筋，最終完成施工圖級別BIM模型的創(chuàng)建；在施工階段，利用BIM模型進行施工組織設計、施工組織計劃進度模擬、施工工藝模擬、VR交互體驗等，以提前預演施工過程，多次模擬施工后進入指導施工環(huán)節(jié)，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行信息的實時整合。

通過BIM技術(shù)，簡單高效建立BIM模型，直觀反映項目環(huán)境影響因素，并在三維環(huán)境中展示并確定設計方案，對交通預測及組織進行動態(tài)仿真模擬，最終利用BIM+GIS[1]來論證項目方案可行性，以探索出符合改擴建特色的工程BIM應用模式，通過在勘測、規(guī)劃、設計、施工等階段的流程化應用，去探索不同于傳統(tǒng)二維模式下的項目建設新思路，如圖2所示。

圖2 陶賴昭特大橋BIM技術(shù)應用實施方案

2.2 BIM實施措施

本工程規(guī)模大、建設條件復雜、參加單位較多，通過與項目業(yè)主、設計單位以及施工單位的協(xié)調(diào)溝通，明確了項目BIM應用目標及根據(jù)項目階段和工程需求確定對于本工程信息模型信息的需求，和模型包含的信息的全面性、細致程度及準確性的指標，在不同階段方案下，橋梁信息模型幾何信息的全面性、細致程度及準確性指標。并結(jié)合陶賴昭特大橋改擴建工程的工程特點，在項目工程實施前建立標準化的三維協(xié)同工作環(huán)境，從而開展項目各階段BIM技術(shù)應用工作。

3 BIM應用

3.1 勘測階段應用

初期對改擴建工程中的既有植被、道路、橋梁等地物，應用無人機技術(shù)，在Google Earth中確定項目航測范圍，依據(jù)指定的航線及參數(shù)設置，完成航拍以采集多角度影像信息和對應的pos數(shù)據(jù)，采用ContextCapture、Pix 4D生成正攝影像以及傾斜攝影模型，如圖3所示，其中由無人機低空攝影測量生成的有數(shù)字地表模型(DSM)，包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程，可從模型中提取地理信息數(shù)據(jù)，并繪制二維地形圖；由無人機傾斜攝影生成的三維實景模型，可根據(jù)實景模型分析項目環(huán)境，查看基礎的地理信息，便于直觀反映項目環(huán)境影響因素，分析路線地物地貌情況[2]。

3.2 規(guī)劃階段應用

在規(guī)劃方案設計階段，考慮橋梁間距較近，通航及整體景觀要求，新建半幅橋梁需對應舊橋結(jié)構(gòu)布置的要求，基于勘測階段獲取的地形數(shù)據(jù)以及正攝影像生成三維地形，利用Infraworks進行項目改擴建方案的路線設計，在三維環(huán)境中展示并確定設計方案；利用SketchUp快速建立橋梁結(jié)構(gòu)模型，使用Lumion構(gòu)建周圍環(huán)境，最終驗證橋梁方案的孔徑布置、上下部結(jié)構(gòu)選型、通航情況合理性，最終確定本項目的橋梁設計方案，如圖4所示。

結(jié)合專業(yè)的Vissim 交通仿真分析軟件，以陶賴昭特大橋改擴建工程為縮影，動態(tài)反映京哈高速長春至拉林河段改擴建工程的交通運行狀況，實現(xiàn)基于BIM模型的4D交通仿真分析，如圖5所示，并對項目改擴建前后的交通流進行模擬，動態(tài)反映交通運行情況全過程。

圖3 正攝影像及傾斜攝影模型

圖4 陶賴昭特大橋設計方案效果

圖5 交通仿真模擬

3.3 設計階段應用

在設計階段中，先期在Midas Civil軟件中建立橋梁力學模型，進行結(jié)構(gòu)力學分析計算，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。然后利用Civil 3D、Revit、Dynamo等建模軟件對改擴建增幅橋梁進行參數(shù)化設計[3]，包括構(gòu)造模型以及鋼筋模型，如圖6所示，整個設計全過程軟件協(xié)同度高，效率高，從而達到簡單高效建立BIM模型的目的。

3.4 施工階段應用

在施工階段中，傳統(tǒng)方式下基于二維圖紙的平面化進度調(diào)控方法無法對施工進行事前模擬，對項目進度計劃的優(yōu)化不夠充分，無法及時發(fā)現(xiàn)施工問題[4]。

本工程基于BIM技術(shù)的進度調(diào)控方法經(jīng)過反復修改、提前預案、多次模擬施工后進入指導施工環(huán)節(jié)，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行信息的實時整合[5]。利用Navisworks、Synchro 4D、Fuzor等施工模擬軟件對復雜工點改擴建方案施工過程、施工組織設計、施工工藝等進行直觀模擬展示，如圖7所示，方便方案論證與選擇并確保了項目工期順利進行。采用Vissim模擬交通管制措施的合理性，實現(xiàn)基于BIM模型的4D交通組織設計及交通組織方案展示，如圖8所示。同時結(jié)合VR技術(shù)提前將作業(yè)高危區(qū)、易發(fā)生危險區(qū)、公路臨時封閉區(qū)明確，將每一個階段需要注意的問題細節(jié)清晰、有邏輯的可視化展現(xiàn)出來。

圖6 橋梁BIM模型

圖7 橋梁施工進度模擬

圖8 施工交通組織模擬

4 總結(jié)

本工程在項目初期確立了利用BIM+新技術(shù)的理念來進行改擴建工程的規(guī)劃、勘測、設計、施工等階段應用的目標；在項目勘測階段利用無人機技術(shù)進行勘測，減少室外測量作業(yè)時間及人員，直接生成三維地理信息模型，提高工作效率；將基于三維地形，進行路線及橋梁方案設計，實現(xiàn)三維環(huán)境下的方案比選及展示；利用Civil3d+Dynamo+Revit實現(xiàn)橋梁參數(shù)化設計一體化，探索出具有改擴建工程特色的BIM正向設計模式；并利用BIM模型在對原有設施進行擴充性改造建設的基礎上，提前預演施工進度計劃及施工工藝過程，及時發(fā)現(xiàn)施工問題，優(yōu)化施工方案。最終實現(xiàn)BIM技術(shù)在改擴建工程中的集成應用及數(shù)字化交付。下一步，我們將繼續(xù)研發(fā)基于BIM+GIS的施工管理和運維平臺，為項目建設期及運營階段提供支撐。