劉艷輝，宋家歡，卓 彪，王路明，何庭君

(1.西南交通大學土木工程學院，交通隧道工程教育部重點實驗室，成都 610031；2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610052)

隨著我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展，橋梁工程被越來越多地應(yīng)用到鐵路建設(shè)中，“以橋代路”已成為節(jié)約耕地、減少鐵路對沿線城鎮(zhèn)分割的有力措施。在鐵路橋梁工程領(lǐng)域，預應(yīng)力連續(xù)梁橋由于具有變形小、伸縮縫少、抗震性能好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。然而預應(yīng)力連續(xù)梁橋設(shè)計復雜、施工工序繁多、施工環(huán)境多變[1]，采用傳統(tǒng)的施工管理方式難以保證施工質(zhì)量滿足高鐵列車舒適平穩(wěn)的要求，為了探索高效經(jīng)濟的施工管理方式，將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工管理體系。

BIM以三維數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，作為一種管理理念貫穿于工程項目的全生命周期，通過對工程項目的勘察設(shè)計、建設(shè)施工和運營維護各階段進行高效管理，可使項目各參與方的效益最大化[2-5]。BIM技術(shù)最初應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，現(xiàn)在正逐漸應(yīng)用在橋梁、隧道、鐵道和市政等土木行業(yè)[6]。

從2013年起，我國鐵路行業(yè)開始高度重視BIM技術(shù)的研究應(yīng)用，先后兩次召開鐵路工程建設(shè)信息化推進會議，并成立了“中國鐵路BIM聯(lián)盟”，發(fā)布了《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南(1.0版)》[7]、《鐵路工程信息模型分類和編碼標準(1.0版)》[8]和《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標準(1.0版)》[9]三大鐵路行業(yè)標準，為BIM技術(shù)在我國鐵路行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

為了探索并推廣BIM技術(shù)在我國鐵路行業(yè)的應(yīng)用，中國鐵路總公司將連鎮(zhèn)鐵路客運專線(設(shè)計速度250 km/h、雙線有砟軌道)作為BIM試點項目。本文以該試點項目中寶應(yīng)特大橋跨寶射河連續(xù)梁橋為實際工程案例，根據(jù)我國連續(xù)梁橋施工管理的特點和實際需求，基于BIM技術(shù)，建立了預應(yīng)力連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)和實施流程，開發(fā)了預應(yīng)力連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于鐵路橋梁實際工程，對BIM技術(shù)在我國鐵路行業(yè)的推廣應(yīng)用具有一定價值。預應(yīng)力連續(xù)梁橋(54+88+48) m整體布置如圖1所示。

圖1 連續(xù)梁橋布置

1 傳統(tǒng)連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)

施工管理系統(tǒng)是指施工管理人員在施工現(xiàn)場解決施工組織設(shè)計中的各種問題和處理現(xiàn)場關(guān)系時所采用的管理體系，施工管理系統(tǒng)在整個項目中發(fā)揮著重要作用，它的有效程度會直接影響項目的整體質(zhì)量[10]。然而傳統(tǒng)的施工管理方式主要依靠項目管理人員的經(jīng)驗來制定和實施，只能以二維模式運行，同時由于施工管理涉及的單位和部門眾多，傳統(tǒng)的施工管理系統(tǒng)難以匯總工程項目全生命周期的信息數(shù)據(jù)，這必將形成信息孤島現(xiàn)象，將無法滿足項目各參與方的實際需求[11-12]。

針對鐵路工程預應(yīng)力連續(xù)梁橋大型復雜結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的施工管理方式難以事前核查設(shè)計中存在的問題，這些問題對施工質(zhì)量、施工進度和施工成本等產(chǎn)生不同程度的影響。

2 基于BIM技術(shù)的施工管理系統(tǒng)

建立適用于信息化時代的施工管理體系，將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工管理階段，搭建基于BIM技術(shù)的施工管理系統(tǒng)，通過施工管理平臺及虛擬現(xiàn)實應(yīng)用，把建立的BIM模型數(shù)據(jù)全部納入云平臺管理，通過分配客戶端賬號權(quán)限，可使項目各參與方依據(jù)權(quán)限對項目數(shù)據(jù)進行收集、查詢、分析、管理、追溯等工作，從而實現(xiàn)信息化、精細化和規(guī)范化的施工管理體系。與傳統(tǒng)的施工管理系統(tǒng)相比，基于BIM技術(shù)的施工管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點[13-16]。

(1)利用三維可視化技術(shù)對連續(xù)梁橋模型進行碰撞檢查，并對施工圖紙進行優(yōu)化。

(2)對連續(xù)梁橋施工全過程進行可視化動態(tài)交底，使施工技術(shù)人員對施工工藝和流程有更形象的認識，有效解決了傳統(tǒng)施工交底中復雜節(jié)點交底不明確的問題。

(3)對數(shù)據(jù)信息進行歸集匯總，將所有數(shù)據(jù)歸集到服務(wù)器上，進行匯總分析，生成項目管理層提供所需要的數(shù)據(jù)報表。

(4)可以對施工過程實時跟進，更加及時準確地對施工進度、施工質(zhì)量、施工成本進行控制，可以為項目決策層提供決策依據(jù)。

3 基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)架構(gòu)

施工管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由施工管理平臺和施工管理應(yīng)用端兩部分組成，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將施工管理系統(tǒng)推向網(wǎng)絡(luò)層面，目前主流的開發(fā)模式有兩種：客戶端/服務(wù)器架構(gòu)(Client/Server)C/S架構(gòu)、瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)(Browser/Server)B/S架構(gòu)[17-18]。

由于施工管理平臺多為內(nèi)部工作人員使用，獨立性強，為了不浪費設(shè)備資源，采用C/S架構(gòu)。而施工管理應(yīng)用端一般是外部工作人員使用，為了滿足多用戶同時登錄，采用B/S架構(gòu)。施工管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

(1)施工管理平臺是供系統(tǒng)內(nèi)部人員對模型數(shù)據(jù)進行讀寫、處理和應(yīng)用的操作平臺。平臺是以三維模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后讀取數(shù)據(jù)信息空間中的內(nèi)容，并將其分類整合成數(shù)據(jù)信息模塊，最后形成具有特定功能的應(yīng)用模塊。

①數(shù)據(jù)信息空間整合了全部的BIM模型數(shù)據(jù)、組織信息、過程信息和管理信息，同時，為了使創(chuàng)建的BIM模型能夠有效地在不同軟件之間交互使用，依據(jù)《鐵路工程信息模型分類和編碼標準(1.0版)》[8]對橋梁構(gòu)件進行分類和編碼，項目各參與方可以在同一個空間中上傳、讀取、核查和修改數(shù)據(jù)信息，該空間可以使項目各參與方的數(shù)據(jù)信息無損、無誤、無障礙傳播。

②數(shù)據(jù)信息模塊是對集成的數(shù)據(jù)信息進行篩選、核查、補錄、分類，最后根據(jù)施工單位的特定需求，將數(shù)據(jù)信息整合成相應(yīng)的子信息模塊，以供模型應(yīng)用階段調(diào)用。

③功能應(yīng)用模塊可在項目的不同階段直接為施工管理部門提供決策支持的技術(shù)手段，通常包括碰撞檢測、可視化施工模擬、施工動態(tài)管理等功能。

(2)施工管理應(yīng)用端是供系統(tǒng)外部人員對功能應(yīng)用模塊進行調(diào)用的應(yīng)用端口，通過該應(yīng)用端口，項目管理人員可以對施工全過程進行動態(tài)管理，根據(jù)系統(tǒng)反饋的各種報表和數(shù)據(jù)信息進行決策。

①技術(shù)應(yīng)用主要實施于施工前，通過碰撞檢測和可視化施工模擬來發(fā)現(xiàn)設(shè)計和施工中的問題，然后深化設(shè)計和優(yōu)化施工方案，從而可避免返工現(xiàn)象，確保施工質(zhì)量。

②管理應(yīng)用主要包括進度管理、質(zhì)量管理和成本管理，通過對施工過程的實時控制來實現(xiàn)各項業(yè)務(wù)之間的聯(lián)動管理。

③對接應(yīng)用是指將施工過程中新增的數(shù)據(jù)信息存儲于管理系統(tǒng)，留設(shè)對接端口，以便施工完成之后與運營管理系統(tǒng)進行無縫連接，為日后運營維護階段的信息化管理提供數(shù)據(jù)支持，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在設(shè)計、施工和運營維護階段的共享機制。

圖2 基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3.2 基于BIM的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)實施流程

預應(yīng)力連續(xù)梁橋設(shè)計復雜、預埋構(gòu)件種類多且數(shù)量大、施工工序繁雜、各部門交叉工作現(xiàn)象普遍，基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)實施流程以施工進度為主線、以項目各部門工作領(lǐng)域為界限、以具體實施內(nèi)容為主體，建立連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)實施流程如圖3所示。

圖3 基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)實施流程

BIM建模部門根據(jù)設(shè)計單位交付的設(shè)計成果進行連續(xù)梁橋三維模型的建立和BIM數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，施工單位配合部門提供完整的施工方案、組織信息、過程信息和管理信息，系統(tǒng)開發(fā)部門依據(jù)集成的數(shù)據(jù)信息開發(fā)管理系統(tǒng)，BIM應(yīng)用部門對管理系統(tǒng)進行技術(shù)方面的應(yīng)用，將應(yīng)用結(jié)果反饋給設(shè)計單位和施工單位，分別供其進行深化設(shè)計和優(yōu)化施工方案，系統(tǒng)開發(fā)部門將管理系統(tǒng)交付給施工單位，并進行系統(tǒng)的調(diào)試和人員的培訓，在實際施工過程中，施工單位依據(jù)該系統(tǒng)進行施工動態(tài)管理，并將施工過程中的數(shù)據(jù)信息儲存于系統(tǒng)，待項目移交后，運營維護單位可對線路運行進行數(shù)據(jù)化管理。

4 基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)應(yīng)用

連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)是基于計算機技術(shù)、BIM技術(shù)以及多媒體技術(shù)，對連續(xù)梁橋施工進行多方位管理的工作平臺。整個系統(tǒng)由管理后臺和技術(shù)交底前臺兩部分組成，其中后臺供系統(tǒng)管理人員使用，通過對施工過程的分層次管理，對施工過程涉及到的模型、視頻、文件和資料進行整合，然后供前臺使用；而技術(shù)交底前臺則是供項目管理人員使用，可對施工過程進行多方位的展示和管理。

(1)系統(tǒng)管理

通過分配不同的權(quán)限，為系統(tǒng)管理人員提供一系列管理功能，包括部門管理、人員管理等。系統(tǒng)管理平臺如圖4所示。

圖4 連續(xù)梁橋施工技術(shù)交底平臺

(2)連續(xù)梁橋復雜部位碰撞檢測

施工前，軟件開發(fā)部門協(xié)助BIM應(yīng)用部門進行模型碰撞檢測和施工過程模擬，旨在事前對施工風險進行預估、對設(shè)計漏洞進行優(yōu)化、對施工方案進行檢測。通過施工管理系統(tǒng)應(yīng)用端，可以將模型的碰撞檢測報告反饋給設(shè)計單位，供其優(yōu)化設(shè)計圖紙。同時，可以將施工過程模擬中發(fā)現(xiàn)的問題反饋給施工單位，供其完善施工方案。以A1#段配筋為例，通過碰撞檢測共發(fā)現(xiàn)9處配筋碰撞問題，檢測結(jié)果及優(yōu)化前后的鋼筋模型如圖5所示。

圖5 A1#段鋼筋碰撞檢測結(jié)果

(3)連續(xù)梁橋施工技術(shù)動態(tài)交底

通過施工技術(shù)動態(tài)交底平臺，將設(shè)計圖紙、BIM模型、施工動畫和動態(tài)管理相關(guān)聯(lián)，施工人員可以通過PC端或手機端對施工流程、結(jié)構(gòu)屬性和管理信息進行查看對比，可以使用“飛行漫游”指令多視角全方位查看施工模型，同時可以使用“模型剖切”指令深層次寬領(lǐng)域了解模型構(gòu)造；系統(tǒng)將施工交底視頻分為兩級目錄，并與施工進度相匹配，施工管理人員可以通過管理系統(tǒng)實時查看施工進度，合理安排施工計劃；系統(tǒng)將施工的時間節(jié)點和成本計劃相關(guān)聯(lián)。技術(shù)交底平臺如圖6所示。

圖6 技術(shù)交底平臺

(4)連續(xù)梁橋施工質(zhì)量管理

利用BIM模型，對施工過程中對應(yīng)的構(gòu)件(錨具、波紋管、電氣設(shè)備等)生成可識別的二維碼，通過該二維碼可將構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)批次、合格證號、進場時間、檢測報告等信息錄入施工管理系統(tǒng)，待施工完成后，可再次掃描二維碼，將施工方法、施工記錄、施工人員信息、施工監(jiān)理報告等信息添加到BIM模型，實現(xiàn)施工質(zhì)量可追溯性管理。

(5)連續(xù)梁橋施工信息儲備

為了將BIM應(yīng)用于連續(xù)梁橋全生命周期，在施工過程中需要將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息錄入施工管理系統(tǒng)，以便與運營管理系統(tǒng)對接?；谑┕るA段的數(shù)據(jù)信息，運營維護單位可以對橋梁進行設(shè)備管理、能耗監(jiān)測和安全管理(預應(yīng)力損失監(jiān)控和結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測)。

5 結(jié)語

本文基于BIM技術(shù)研究了連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于連鎮(zhèn)鐵路寶應(yīng)特大橋跨寶射河連續(xù)梁橋，得出以下結(jié)論。

(1)依據(jù)中國鐵路BIM聯(lián)盟制定的BIM系列標準，結(jié)合預應(yīng)力連續(xù)梁橋?qū)嶋H施工特點，建立了基于BIM技術(shù)的預應(yīng)力連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，并形成了標準化的實施流程。

(2)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了基于BIM技術(shù)的預應(yīng)力連續(xù)梁橋施工管理系統(tǒng)，通過模型展示輕量化、碰撞檢測、動態(tài)施工模擬、可視化技術(shù)交底、聯(lián)動管理(質(zhì)量管理、進度管理和成本管理)等應(yīng)用，可為項目的執(zhí)行層、管理層和決策層提供技術(shù)支持和決策依據(jù)。

(3)以連鎮(zhèn)鐵路寶應(yīng)特大橋跨寶射河三跨預應(yīng)力連續(xù)梁橋(54+88+48) m為實際工程案例，驗證了研究成果的可行性和實用性。該研究成果為BIM技術(shù)在我國鐵路行業(yè)的推廣具有重要價值。

(4)基于BIM技術(shù)的施工管理系統(tǒng)立足鐵路建設(shè)項目的實際需求，在BIM平臺研究及應(yīng)用上積累了寶貴經(jīng)驗，為后續(xù)鐵路建設(shè)培養(yǎng)了BIM技術(shù)應(yīng)用人才。