李 冰 中國鐵路上海局集團有限公司南京鐵路樞紐工程建設指揮部

1 概況

1.1 工程簡介

五峰山長江大橋是新建連云港至鎮(zhèn)江鐵路的跨長江通道，是世界上首座千米級高速、重載公鐵兩用懸索橋。大橋總長6 409 m，其中主橋長1 432 m，采用（84+84+1092+84+84）m雙塔連續(xù)鋼桁梁懸索橋方案；南、北單建鐵路引橋長3532.1 m。連鎮(zhèn)鐵路設計行車速度250 km/h，預留兩線鐵路設計行車速度200 km/h；高速公路等級分為雙向八車道，設計行車速度100 km/h，橋面寬度40.5 m。

1.2 BIM項目特點

五峰山長江大橋項目規(guī)模大，施工技術(shù)難度高，對項目管理要求高。然而，傳統(tǒng)施工管控模式效率低下，信息化程度低，難以滿足大橋的施工管理需求。為提高大橋施工管理水平和效率，本項目將BIM技術(shù)、4D-CAD技術(shù)和云技術(shù)引入到大型橋梁施工領(lǐng)域，針對大橋構(gòu)件多、場地復雜、安全質(zhì)量突出等需求，以4D-BIM云平臺為依托，實現(xiàn)了實時動態(tài)進度管理和施工模擬、跨平臺質(zhì)量與安全精細化管理、三維技術(shù)交底、鋼梁信息化管理等核心應用。

2 BIM組織與應用環(huán)境

2.1 應用目標

基于大橋項目管理組織結(jié)構(gòu)，制定了BIM應用模式與面向BIM應用的人員架構(gòu)。在此基礎上，應用4D-BIM云平臺，實現(xiàn)了實時動態(tài)進度管理和施工模擬、跨平臺質(zhì)量與安全精細化管理、三維技術(shù)交底和鋼梁信息化管理。尤其通過充分利用云平臺的跨平臺優(yōu)勢，以應用廣泛的微信小程序克服了現(xiàn)場環(huán)境復雜、網(wǎng)絡條件差等問題，實現(xiàn)了實際進度填報、質(zhì)安問題填報和鋼梁物料狀態(tài)填報等內(nèi)容，推動了BIM技術(shù)的實際落地，為提升橋梁施工管理水平與效率提供了信息化支持，為橋梁建設的BIM技術(shù)應用提供了新的方法和應用示范。

2.2 實施方案

項目應用Autodesk Revit系列軟件創(chuàng)建了大橋BIM模型并劃分了施工段，應用Autodesk Civil 3D處理了地形測繪數(shù)據(jù)，形成了地形三維模型。在此基礎上，應用4D-BIM平臺實現(xiàn)了基于BIM的施工管理。

4D-BIM云平臺的應用架構(gòu)如圖1所示。該平臺從下至上分為存儲層、服務層、接口層和應用層4層。其中存儲層建立了云端數(shù)據(jù)服務；服務層建立了包括圖形引擎、數(shù)據(jù)引擎和檔案管理在內(nèi)的統(tǒng)一BIM服務；接口層建立了BIM數(shù)據(jù)接口與交換引擎，負責從存儲層拉取數(shù)據(jù)，針對不同應用建立對應的子信息模型，并在模型信息修改后向云端推送更新數(shù)據(jù)；應用層實現(xiàn)了跨平臺多終端的4D-BIM應用。

圖1 4D-BIM云平臺應用架構(gòu)

2.3 團隊組織

BIM團隊覆蓋大橋參建單位，領(lǐng)導單位為工程建設指揮部，應用實施單位包括施工單位、監(jiān)理單位以及主要分包單位鋼梁廠等，配合單位包括設計單位中鐵大橋設計院，技術(shù)支持方清華大學BIM團隊北京云建信科技有限公司。BIM團隊組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BIM應用組織結(jié)構(gòu)

2.4 軟硬件環(huán)境

項目采用Autodesk Revit和Tekla軟件進行BIM建模，采用清華大學BIM團隊自主研發(fā)的4D-BIM云平臺為應用平臺。項目部署了服務器1臺，客戶端若干臺。

3 BIM綜合應用

3.1 4D-BIM云平臺

4D-BIM云平臺屬于定制開發(fā)，它將BIM與4D、云存儲、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)有機結(jié)合，建立了基于IFC標準的4D-BIM模型，打通信息與BIM的雙向鏈接，實現(xiàn)了基于云技術(shù)的BIM數(shù)據(jù)分步式存儲。該平臺提供了桌面端、網(wǎng)頁端、移動端三個平臺的應用，各應用間無縫集成，輔助多參與方協(xié)同工作。在此基礎上，平臺針對施工階段的實際需求，提供基于BIM的施工進度、資源與成本、安全與質(zhì)量、場地與設施的跨平臺4D集成管理、實時控制和動態(tài)模擬等技術(shù)和功能。

3.2 4D-BIM綜合應用

3.2.1 4D-BIM模型創(chuàng)建

設計單位建立大橋BIM模型，包括各模型構(gòu)件的三維幾何信息與工程屬性信息，以IFC格式導入4D-BIM云平臺。在此基礎上，通過MS-Project數(shù)據(jù)接口，導入進度信息。將構(gòu)件與進度相關(guān)聯(lián)，建立大橋4D-BIM模型，并在此基礎繼續(xù)集成安全、質(zhì)量、物料等信息，開展綜合BIM應用。

3.2.2 4D進度管理與施工模擬

4D-BIM平臺提供了進度緊前緊后分析、任務完成情況報表與數(shù)據(jù)可視化、任務滯后分析與模型三維可視化等功能，通過充分利用4D-BIM模型的信息集成優(yōu)勢，為施工應用人員提供便捷的進度信息查詢、分析與模擬工具。

4D-BIM客戶端支持MS-Project與平臺內(nèi)進度計劃的雙向數(shù)據(jù)集成。工程的計劃和實際進度可以通過MS-Project導入至平臺中；平臺中的進度數(shù)據(jù)也可以導出至MS-Project中，利用MS-Project的成熟進度管理功能實現(xiàn)進度管控。另外，由于現(xiàn)場存在硬件與網(wǎng)絡環(huán)境差等問題，PC客戶端不便于現(xiàn)場施工人員第一時間填報實際進度數(shù)據(jù)。本項目實現(xiàn)了通過微信小程序填報實際進度信息。現(xiàn)場實施人員掃描粘貼在大橋鋼梁、橋墩等構(gòu)件上的二維碼并填報實際施工時間，4D-BIM云端自動綁定構(gòu)件和填報的實際進度信息，向其他各類客戶端推送新的進度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨平臺4D動態(tài)實時進度管理。

4D-BIM的PC客戶端支持對一個或多個WBS分部分項、施工段及工序節(jié)點進行施工進度模擬。4D模擬過程中，圖形平臺中的三維模型會根據(jù)構(gòu)件與進度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以顏色變化展示當前的施工狀態(tài)，如圖3所示。同時，平臺PC端還通過施工任務列表、施工完成情況餅圖等方式，將數(shù)據(jù)龐大、維度眾多的進度數(shù)據(jù)通過可視化的方式直觀呈現(xiàn)給進度管理人員，輔助指揮部或施工方把握關(guān)鍵和滯后的施工步驟，為進一步?jīng)Q策提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 施工進度模擬及4D形象進度顯示

3.2.3 質(zhì)量與安全管理

質(zhì)量與安全管理在4D-BIM云平臺通過桌面端、網(wǎng)頁端、移動端協(xié)同實現(xiàn)。其中質(zhì)量安全問題的填報、整改與審核流程主要在移動端通過微信小程序完成。首先，監(jiān)理工程師在移動端發(fā)起問題整改；施工方安質(zhì)部審核后將問題推送給相應現(xiàn)場整改人；現(xiàn)場整改人實施整改并將整改情況反饋給安質(zhì)部；安質(zhì)部審核后將整改情況推送給監(jiān)理工程師進行驗收；最后，發(fā)起問題的監(jiān)理工程師對整改問題驗收合格后，完成質(zhì)量安全問題追蹤流程。手機微信端填報如圖4所示。

圖4 質(zhì)量安全問題手機微信端記錄

在手機微信端填報的質(zhì)安問題會存儲在云端的服務器中，相應數(shù)據(jù)會推送到網(wǎng)頁端與客戶端。工程項目各參與方均可隨時隨地查詢，并可在網(wǎng)頁端對質(zhì)安問題添加備注信息，生成整改通知單和整改通知回復單。

3.2.4 三維技術(shù)交底

千米跨度懸索橋施工工藝復雜、技術(shù)難度大、安全要求高。為指導現(xiàn)場人員施工，充分利用4D-BIM的信息集成和可視化優(yōu)勢，平臺提供了3D作業(yè)指導書功能，以更好地在施工中進行技術(shù)交底，如圖5所示。施工人員可通過網(wǎng)頁端或手機端登錄查看模型，對模型的各個面可以進行剖切操作，通過文字或語音查看關(guān)鍵施工工序要領(lǐng)及要求，把對施工圖的一維認識轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S認識，并且實現(xiàn)了隨時隨地的學習掌握。

圖5 3D作業(yè)指導書網(wǎng)頁版

3.2.5 鋼梁信息化管理

針對大橋鋼梁生產(chǎn)及施工的的管理需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和二維碼技術(shù)，4D-BIM云平臺研發(fā)了大橋預制件管理功能。同時，4D-BIM云平臺還為鋼梁生產(chǎn)廠家提供了二維碼云打印技術(shù)，以更好地服務施工方的鋼梁制造BIM管理工作，實現(xiàn)鋼梁生產(chǎn)信息的源頭追溯。

鋼梁廠家在手機端微信小程序上對鋼梁的各大桿件及各個大節(jié)間進行掃碼和填報工序的操作（如圖6、圖7所示），在客戶端就可以按照預先設定的工序狀態(tài)通過查看模型顏色的實時變化來獲取鋼梁的實時生產(chǎn)狀態(tài)（如圖8所示）。另外，在客戶端還可以查看各節(jié)間和各零部件的生產(chǎn)統(tǒng)計分析情況以及兩個廠家的每月生產(chǎn)計劃報表，輔助項目部實時掌握鋼梁的生產(chǎn)進度，精準把控項目推進。

3.2.6 項目檔案管理

4D-BIM客戶端還具備項目檔案管理功能，各級管理人員可將項目需要的檔案資料及時上傳至平臺客戶端，包括標準規(guī)范、施工圖紙、技術(shù)交底文檔、生產(chǎn)計劃、航拍視頻等文字、圖片、影像資料?？蛻舳藢⑺袡n案信息保存至云端，用戶需要時可以隨時下載。另外，客戶端用戶可以選擇在模型、WBS節(jié)點、預制件上掛接檔案資料，實現(xiàn)檔案的靈活管理。

圖6 微信端小程序界面

圖7 鋼梁信息化管理流程

圖8 鋼梁大節(jié)間工序狀態(tài)

4 總結(jié)

4.1 創(chuàng)新點

4D-BIM技術(shù)在五峰山長江大橋建設的綜合應用緊跟大橋施工管理的實際需求，充分考慮千米跨度公鐵兩用懸索橋技術(shù)復雜程度，實現(xiàn)了4D實時動態(tài)進度管理和施工模擬、跨平臺質(zhì)量與安全精細化管理、三維技術(shù)交底和鋼梁信息化管理，發(fā)揮了BIM的信息化優(yōu)勢，優(yōu)化了工期，提高了管理效率與質(zhì)量，使各參與方、各部門之間的溝通協(xié)作更加高效，提高了項目施工信息化水平，實現(xiàn)了4D-BIM應用于大橋建設施工領(lǐng)域的價值。具體創(chuàng)新點包括以下五點：

（1）動態(tài)進度管理和施工模擬：實時掌握大橋施工進度，動態(tài)分析項目完成情況，高效管理實際與計劃進度，輔助大橋施工安排和整體施工工藝。

（2）跨平臺質(zhì)量與安全精細化管理：通過手機微信端實現(xiàn)質(zhì)量安全問題的填報、整改和審核。質(zhì)安問題云端存儲并推送，實現(xiàn)跨平臺的協(xié)同質(zhì)量與安全管理，提升管理效率與信息化水平。

（3）三維技術(shù)交底：充分運用4D-BIM的信息集成和可視化優(yōu)勢，提供3D作業(yè)指導書功能，現(xiàn)場施工人員更深入地理解施工技術(shù)交底。

（4）鋼梁信息化管理：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和二維碼技術(shù)，應用預制件管理功能和二維碼云打印技術(shù)，集成鋼梁信息并實現(xiàn)其生產(chǎn)源頭追溯，實時掌握鋼梁生產(chǎn)進度，精準把控項目推進。

（5）云平臺的跨平臺優(yōu)勢：以應用廣泛的微信小程序克服工地環(huán)境復雜、網(wǎng)絡條件差等問題，實現(xiàn)進度填報、質(zhì)量安全問題填報和鋼梁物料狀態(tài)填報等內(nèi)容，推動了BIM技術(shù)的實際落地。

4.2 綜合效益

4D-BIM在大橋工程建設應用的綜合效益主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）實現(xiàn)協(xié)同管理。運用新的管理手段，突出方便、快捷、易用，實現(xiàn)多參與方、跨平臺的無紙化管理，節(jié)省了管理成本、時間成本。

（2）信息集成及應用。集成建設、設計、施工、監(jiān)理以及監(jiān)測方的海量信息，利用云端數(shù)據(jù)庫存儲，實現(xiàn)信息的共享、分析和應用。

（3）智慧橋梁。應用BIM技術(shù)的大跨度橋梁智能建造，把BIM與智能檢測、故障預測、結(jié)構(gòu)健康管理等技術(shù)進行融合，為實現(xiàn)大橋智慧管養(yǎng)提供了數(shù)據(jù)基礎。

4.3 結(jié)論

在信息化發(fā)展的驅(qū)動下，未來BIM發(fā)展終將走向多專業(yè)、多參與方、多階段的綜合集成應用。而具有通用性、可擴展性、靈活性的BIM平臺將成為BIM發(fā)展的必然趨勢。五峰山長江大橋項目的4D-BIM云平臺技術(shù)集成應用正是對BIM發(fā)展模式的一次嘗試與探索。五峰山長江大橋是千米級公鐵兩用懸索橋，規(guī)模大，技術(shù)復雜，施工難度高，對項目管理要求高，傳統(tǒng)施工管控模式難以滿足大橋的施工管理需求。將BIM技術(shù)引入大橋建設，針對大橋構(gòu)件多、場地復雜、安全質(zhì)量突出等需求，以4D-BIM云平臺為依托，實現(xiàn)了實時動態(tài)進度管理和施工模擬、跨平臺質(zhì)量與安全精細化管理、三維技術(shù)交底、鋼梁信息化管理等核心應用。應用結(jié)果表明，4D-BIM綜合應用切實提高了橋梁施工管理的信息化水平，提升了施工效率、安全與質(zhì)量，為橋梁建設的BIM技術(shù)應用提供了新的方法和應用示范。