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        BIM技術(shù)在六盤水市大坪子至董地一級公路工程項目中的應用

        2019-03-27 11:23:32
        土木建筑工程信息技術(shù) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:信息模型施工

        (中國建筑第二工程局有限公司,北京 100054)

        1 工程概況

        1.1 項目簡介

        六盤水市大坪子至董地一級公路項目二工區(qū)施工范圍為K0+224.338 ~ K10+662和K17+240 ~ K24+448.140兩段,總長約17.62km、工程造價19.95億元,如圖1;預計2020年7月完成管段工程內(nèi)容,計劃工期三年。

        圖1 全線瀏覽圖

        施工內(nèi)容包括特大橋1座(天生湖特大橋),大、中橋17座,隧道3座,管段內(nèi)路基路面、涵洞、互通、服務區(qū)等嗎。

        全線采用一級公路標準、雙向六車道、速度60 km/h設計,自西向東經(jīng)由畢節(jié)市威寧猴場鎮(zhèn)、六盤水市雙嘎鄉(xiāng)、發(fā)箐鄉(xiāng)、中山區(qū)月照鄉(xiāng)等兩市四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

        1.2 工程特點和難點

        本項目的特點主要為:項目施工范圍大、多點同時施工;地處偏遠、配套設施不完善;服務周期長、工期緊張、參與方眾多;鋼筋、預制構(gòu)件集中加工,管理流程繁雜;存在大量爆破工程;施工環(huán)境復雜,對環(huán)境管理有較高的要求[1]。

        主要施工難點為:管理人員多點往返,管理降效;物料量大、管理面廣,耗費人力物力;安全、質(zhì)量管理難度大、管理成本高;需要自建混凝土攪拌場,選址要素多而雜;網(wǎng)絡通訊條件差,BIM基礎不完善;炸藥使用量大,需有完善的安全監(jiān)管措施。

        2 BIM組織與應用環(huán)境

        2.1 BIM應用目標

        (1)超長體量BIM模型:通過多項BIM建模軟件完成項目全線17.62km的模型,為后續(xù)BIM應用提供數(shù)據(jù)基礎;

        (2)采集、分析GIS信息:通過專業(yè)GIS軟件,建立項目完整GIS信息,并與模型文件進行綁定,其中包括項目地理位置信息以及模型內(nèi)部空間位置[2-3];

        (3)施工信息采集:通過在現(xiàn)場設置數(shù)字化模塊,實時采集現(xiàn)場施工信息,并將其賦予模型上,提高施工信息時效性[4];

        (4)BIM全信息集成:將BIM模型、工程設計、GIS以及數(shù)字化模塊采集的施工信息集成于BIM綜合管理平臺,幫助項目進行管理及決策[5]。

        2.2 BIM實施方案

        項目BIM應用之前,應根據(jù)公司BIM應用標準編制項目BIM應用實施計劃如圖2[6]。

        圖2 BIM應用標準及實施計劃

        2.3 BIM團隊組織

        根據(jù)BIM實施計劃,項目組建包含BIM規(guī)劃、BIM監(jiān)管及BIM實施的組織架構(gòu),如圖3[7]。

        圖3 BIM組織架構(gòu)

        2.4 軟硬件環(huán)境

        根據(jù)項目BIM、GIS及數(shù)字化應用的需求,配置了相關(guān)的軟硬件環(huán)境,如圖4-6所示[8-9]。

        圖4 BIM軟硬件環(huán)境

        圖5 GIS軟硬件環(huán)境

        圖6 數(shù)字化技術(shù)軟硬件環(huán)境

        3 BIM應用

        3.1 BIM網(wǎng)絡建設

        基建項目普遍地處偏遠,配套不完善,無法提供穩(wěn)定通訊、網(wǎng)絡。而BIM平臺及終端模塊均需通過網(wǎng)絡進行連接,以保證數(shù)據(jù)的實時采集、分析和反饋。為保證BIM技術(shù)在基建項目的切實應用,攻關(guān)施工難點,項目需建設針對山區(qū)特殊性質(zhì)的網(wǎng)絡。

        通過不斷的考察與研討,最終確定了由復合式光纖、微波中繼器、通訊車組成的多段式網(wǎng)絡,保證了偏遠地區(qū)的信號穩(wěn)定,其中:

        受六盤水特殊天氣及山地環(huán)境影響,光纖易出現(xiàn)信號薄弱點,需通過中繼器進行加強。考慮部分區(qū)域取電難度,項目采用復合式光纖,光纖自帶電源,隨時滿足中繼器需求。

        項目部分山地高差大,光纖鋪設難度大,項目采取點對點跳躍式布置加強型微波中繼器,即保證了網(wǎng)絡的需求,又大幅降低網(wǎng)絡搭建成本。

        針對落飛嘎等大型橋隧,施工人員密集,安全要求高,為保證網(wǎng)絡的正常使用,租賃通訊車加強信號。

        3.2 BIM系統(tǒng)應用

        基于BIM綜合管理系統(tǒng)的多方溝通模式,通過管理系統(tǒng)的電腦端、手機端、云盤,將模型、GIS和數(shù)字信息實時在多方進行傳遞和分析,將“經(jīng)驗模式”項目管理逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)模式”項目管理,如圖7所示。

        圖7 BIM綜合管理平臺

        3.3 模型建立

        根據(jù)設計圖紙,通過各類建模軟件完成道路、地形、橋梁和隧道的模型建立。

        同時,根據(jù)基礎設施項目需求,建立智能參數(shù)化族,如圖8所示,結(jié)合塔吊、攪拌場的布置原則,智能分析場布。

        圖8 基建項目模型

        3.4 電子沙盤

        通過Infraworks建立項目全線模型,并結(jié)合BIGmap的GIS信息形成完整電子沙盤。在多工段協(xié)同施工的過程中,項目指揮部進行全線工程模擬,合理協(xié)調(diào)各參建方的施工任務,及全局性決策,提高項目整體施工效率。

        且因集成了高仿真的周邊地質(zhì)環(huán)境,能在實際施工前,發(fā)現(xiàn)施工存在的問題,制定解決方案[10],縮短項目工期。

        同時,通過完成全線的電子沙盤,為后續(xù)的GIS應用及智能化場布提供數(shù)據(jù)支撐。

        3.5 車輛智能化管理

        項目同時多點開工,為確保車輛的高效、安全行駛,項目采取車輛智能化管理系統(tǒng)對所有車輛進行監(jiān)管,如圖9所示。該系統(tǒng)采用“滴滴”類似技術(shù),能對車輛進行實時定位跟蹤、歷史軌跡查詢、限速管理、越界管理、調(diào)度管理、工作負荷分析等方面進行管理,做到可視化、智能化、數(shù)據(jù)化的管理[11]。

        3.6 隧道定位系統(tǒng)

        為保證隧道的安全施工,項目采用隧道定位系統(tǒng)對項目所有施工人員進行實時定位及管理。

        系統(tǒng)主要由安全帽及口罩定位模塊、隧道定位信號采集器、隧道模型及定位系統(tǒng)組成。

        施工人員在佩戴口罩后,激活安全帽的定位模塊,方能通過門禁進入隧道施工,既保證了施工安全,也提高了對工人職業(yè)健康的關(guān)注。

        隧道內(nèi)部設置的信號采集器實時采集定位信息,并傳輸至定位監(jiān)管室,與隧道模型綁定,反饋施工人員數(shù)量及位置,并最終傳輸至BIM管理平臺,如圖10所示,進行項目管理。

        3.7 重要危險源監(jiān)管

        通過現(xiàn)場埋置的檢測應片,實施監(jiān)測項目大體積混凝土澆筑情況,不僅能對重要危險源提前預警,還能對施工信息分析,指導后續(xù)施工,如圖11所示[12]。

        進行橋梁施工時,在橋墩翻模位置設置應力監(jiān)測,并在平臺上與橋墩模型進行綁定,平臺實時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄及分析,如圖12所示,并在接近臨界值時對項目進行全員預警,即提高了橋梁施工的安全保障,同時還降低了項目的管理成本。

        圖9 車輛管理系統(tǒng)

        圖10 隧道定位系統(tǒng)

        圖11 大體積混凝土監(jiān)測

        圖12 橋墩模板監(jiān)測

        將塔吊黑匣子的信息通過網(wǎng)路接入BIM綜合管理平臺,如圖13所示,平臺對塔吊數(shù)據(jù)實時監(jiān)控及分析,對危險工況提前預警,避免大型機械的危險作業(yè),也提高公司對項目大型機械的管理效率。

        圖13 塔吊監(jiān)測

        隧道工程普遍需要使用大量炸藥進行山體爆破,為保證存放炸藥的安全,項目通過紅外監(jiān)控系統(tǒng)對該區(qū)域進行重點防護,除安防人員,項目所有管理人員均可通過BIM管理平臺,如圖17所示,確認炸藥庫的安全情況。

        3.8 土石方準確計算

        結(jié)合地勘報告、工程資料、建設地塊信息、GIS數(shù)據(jù)及實測地形數(shù)據(jù),并導入Civil 3D軟件中,生成原始地形曲面模型、道路曲面模型、取棄土場曲面模型,進行場地分析,從而計算出精確土方量,同時生成土方施工圖指導現(xiàn)場施工[13]。

        3.9 物料管理

        視頻收料主要由三個部分組成:現(xiàn)場監(jiān)控和地磅、視頻系統(tǒng)及小票生成器,以及物料綜合管理平臺,如圖14所示。

        通過視頻收料模塊,極大地提高了收料效率與準確性,極大地降低了管理人員的現(xiàn)場工作量,降低了施工成本。

        同時,自動生成的物料小票及上傳至平臺的物料臺賬,也極大地加強了項目對于物料的管控。

        圖14 物料管理

        4 應用效果

        運用BIM技術(shù)結(jié)合各項信息化手段實現(xiàn)項目管理的可視化、信息化、智能化、精細化,相比傳統(tǒng)管理模式,提升了項目自身的管理水平、提高了工作效率、降低了項目管理成本。降低了單位間、部門間的溝通難度,減少了溝通的誤區(qū)。通過BIM技術(shù)的使用,豐富公司基建管理手段,提升了公司的市場競爭力,有力的支持了公司“轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效”發(fā)展目標。

        1)通過BIM平臺進行形象進度確認,節(jié)省了30%以上進度確認時間,加快了進度款結(jié)算,促進了企業(yè)資金的回流;

        2)節(jié)省了現(xiàn)場勘察、測繪時間,節(jié)省了人工支出,加快了項目進度,并復核了場地規(guī)劃的合理性;

        3)通過自主研發(fā)的系統(tǒng)精準控制供需,相比傳統(tǒng)減少了11%的混凝土浪費;

        4)實時定位勞務工人位置,避免工人無故曠工,為隧道工人安全提供額外保障[14];

        5)加強了隧道施工的安全監(jiān)測,提高了危險發(fā)生時的應急處理能力,杜絕危險發(fā)生帶來的經(jīng)濟損失和人員傷亡;

        6)通過BIM管理平臺,優(yōu)化了機械重復的現(xiàn)場管理工作,減少了40%現(xiàn)場管理需求,極大的提升了管理人員的工作效率;

        7)所有設計、現(xiàn)場的施工數(shù)據(jù)均由模塊和系統(tǒng)進行采集、分析和輸出,極大的保證了數(shù)據(jù)的準確性,提升了管理精度;

        8)因其特殊的拆遷需要,以及多單位多路段的同時施工,協(xié)同作業(yè)效率較低。通過BIM平臺的實時性、可視化、多端口等特點,縮短了溝通、審批流程時間;

        9)在進行高、大、危等施工難點攻關(guān)時,BIM技術(shù)提供了便捷直觀的模擬以及詳細精準的分析結(jié)果,提升了項目施工水平,縮短了施工工期。

        5 總結(jié)

        5.1 創(chuàng)新點

        為切實應用BIM技術(shù),提升基建項目管理實力,加快企業(yè)轉(zhuǎn)型速度。以項目特點為切入,深入分析,總結(jié)共計22項目施工重難點,如圖15所示。結(jié)合以往項目BIM管理經(jīng)驗,逐項列舉解決措施,最終制定以BIM為核心,GIS和數(shù)字化模塊為支撐的管理思路。通過BIM+GIS+數(shù)字化模塊的組合應用,極大地擴寬了公司對于基建項目的管理理念。

        圖15 基建項目重難點總結(jié)

        圖16 基建項目重難點總結(jié)

        整個管理體系如圖16所示,以BIM為核心,為整個工程提供詳細、精準和易于理解的施工(設計)信息,并通過其自身的計算能力,分析整個項目,為項目策劃提供完整、科學的依據(jù)。而GIS為BIM系統(tǒng)提供了真實的地理信息,使得BIM不再架空于項目周邊環(huán)境,避免形成孤立數(shù)據(jù),極大地滿足了基建項目的信息需求。同時,信息化模塊準確的將施工(現(xiàn)場)信息實時傳輸至BIM平臺,改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場信息采集模式,對于縱深極大的道路工程,極大的提高了管理的效率和質(zhì)量[15]。三者通過相互聯(lián)動,有效地解決了因項目特點造成的各項施工難度。

        5.2 經(jīng)驗教訓

        1)在建立模型時,除了考慮軟件版本、模型精度和文件格式等,還應考慮現(xiàn)場采集的信息,提前設置參數(shù),通過模型,將孤立的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬男畔?,指導現(xiàn)場施工;

        2)在進行BIM和GIS組合使用時,GIS數(shù)據(jù)體量普遍較大,需提前進行篩選,在滿足模型展示和平臺分析的前提下[16],對多余信息量盡可能進行刪減;

        3)現(xiàn)場施工信息龐大,數(shù)字化模塊多而雜,在進行平臺界面定制時,應根據(jù)使用部門進行分類,使用頻率進行排序,提升模塊信息使用效率。數(shù)字化模塊在長時間的使用后,因存在非常規(guī)施工內(nèi)容,數(shù)據(jù)易出現(xiàn)“BUG”,應定期對其進行檢測,并總結(jié)優(yōu)化;

        4)為滿足BIM+GIS+數(shù)字化模塊的組合使用,BIM平臺應具有極大的開源性。項目在采購數(shù)字化模塊時應提前協(xié)調(diào)虛擬端口,以便進行平臺定制時,保證采集信息能夠穩(wěn)定接入平臺。

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