蔣贛猷， 羅偉， 孫輝， 唐雁云

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司， 廣西 南寧 530000)

當(dāng)前，BIM技術(shù)已在國際上成為了項(xiàng)目管理的一種重要手段，美國等一些發(fā)達(dá)國家已相繼采用BIM技術(shù)對項(xiàng)目實(shí)施管理。隨著中國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對設(shè)計(jì)、施工、管理各方面提出了更高要求，在橋梁施工過程中充分應(yīng)用信息化技術(shù)也已成為發(fā)展趨勢。大跨度鋼管拱橋工程區(qū)別于一般的建筑工程，不僅造型復(fù)雜、構(gòu)件精度要求高、施工難度大，且建造過程涉及到多項(xiàng)復(fù)雜工程，施工環(huán)境復(fù)雜多變，甚至存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)將BIM技術(shù)與橋梁工程有效結(jié)合，在傳統(tǒng)的橋梁工程項(xiàng)目上尋求新突破。該文以平南三橋?yàn)橐劳泄こ?，在?xiàng)目施工階段引入BIM技術(shù)，研究BIM技術(shù)在拱橋施工過程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)過程中的信息傳遞，加快施工技術(shù)和項(xiàng)目管理模式的升級(jí)，保障橋梁施工的質(zhì)量和安全。

1 工程概況

平南三橋?yàn)閺V西荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨潯江的一座特大型橋梁，位于平南縣西江大橋上游6 km處。平南北互通連接線起點(diǎn)接平南北互通立交收費(fèi)站，經(jīng)沙坪頂、遙望、牛角塘、獨(dú)田、上平田、新屋后，在潭垌處跨越潯江，終點(diǎn)位于九座屋，與平南縣規(guī)劃西外環(huán)相銜接，地理位置如圖1所示。

平南三橋主橋跨徑575 m(凈跨徑548 m)，為中承式鋼管混凝土拱橋(圖2)，北岸引橋上部采用(40+60+2×35) m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，南岸引橋采用(50+60+50)+(3×40) m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋梁全長1 035 m，其中南岸拱座設(shè)計(jì)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，北岸拱座為地下連續(xù)墻基礎(chǔ)。

圖1 地理位置圖

圖2 橋型布置圖(單位：m)

2 建立三維模型

搭建橋梁三維立體模型，是BIM技術(shù)在橋梁施工過程中的初步應(yīng)用，該項(xiàng)目以設(shè)計(jì)施工圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，使用軟件進(jìn)行參數(shù)化建模，模型精度達(dá)到LOD300級(jí)別，符合施工圖設(shè)計(jì)深度要求，為后續(xù)BIM技術(shù)應(yīng)用和精細(xì)化建模提供了基礎(chǔ)，橋梁三維模型如圖3所示。

通過無人機(jī)傾斜攝影采集現(xiàn)場地理數(shù)據(jù)，對施工場地原始地貌拍照，得到帶有拍攝時(shí)經(jīng)緯度、海拔高度、拍攝姿態(tài)(角度)等POS信息的照片，將照片導(dǎo)入Photo scan軟件中處理成可導(dǎo)入Civil 3D軟件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用Civil 3D軟件生成施工階段測量曲面，對生成的兩種曲面進(jìn)行體積計(jì)算，得到相應(yīng)的挖方量、填方量和凈挖方量，將填方量和挖方量之差控制到最小值，達(dá)到土石方平衡計(jì)算量精確和降本增效的目的。再將施工圖設(shè)計(jì)階段模型導(dǎo)入處理好的地形模型中，形成BIM+GIS模型，真實(shí)還原現(xiàn)場建設(shè)情況。

圖3 橋梁三維模型

利用無人機(jī)拍攝施工現(xiàn)場和項(xiàng)目經(jīng)理部，制成720全景，幫助管理人員全面了解施工現(xiàn)場、項(xiàng)目經(jīng)理部場地布置和施工情況，并根據(jù)后續(xù)施工要求，建立相應(yīng)級(jí)別精度的模型，方便施工管理。

3 工程量統(tǒng)計(jì)

BIM平臺(tái)以三維建筑信息模型為基礎(chǔ)，可直接計(jì)算得到建筑構(gòu)件的物理量數(shù)據(jù)，為之后導(dǎo)出工程量清單打下基礎(chǔ)，讀取并計(jì)算該數(shù)據(jù)進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出材料用量，得到各子項(xiàng)的工程量清單及項(xiàng)目特征信息，極大地提高了各階段工程造價(jià)計(jì)算的效率與準(zhǔn)確性。主要實(shí)施過程包括在施工作業(yè)模型基礎(chǔ)上，加入構(gòu)件項(xiàng)目特征、參數(shù)化信息及相關(guān)描述信息，并完善成本信息，利用BIM軟件獲取施工作業(yè)模型中的工程量信息，并作為建筑工程招投標(biāo)時(shí)編制工程量清單和招標(biāo)控制價(jià)格的依據(jù)，同時(shí)也作為施工圖預(yù)算的依據(jù)。如格子梁工程量統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

4 虛擬仿真漫游

(1) AR三維可視化交底

基于高精度的BIM模型，開展增強(qiáng)交底應(yīng)用工作，利用AR技術(shù)將BIM模型與施工圖紙結(jié)合生成手機(jī)端APP-Unity，在移動(dòng)端安裝并打開該APP，掃描圖紙即可在移動(dòng)端看到復(fù)雜構(gòu)件的三維模型，施工人員在加工過程中，可隨時(shí)掃描二維圖紙調(diào)出樣板構(gòu)件的三維模型，疊加于實(shí)際施工部位，將現(xiàn)場加工構(gòu)件與三維模型進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)交底。通過AR技術(shù)將傳統(tǒng)的施工交底從二維形式升級(jí)到三維形式，大大提高了交底效率和加工精度，減少了工程返工和施工構(gòu)件的尺寸誤差。

圖4 格子梁工程量統(tǒng)計(jì)

(2) VR虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)

利用VR技術(shù)，結(jié)合BIM模型實(shí)現(xiàn)建筑施工可視化、模擬性、優(yōu)化性，可幫助施工方預(yù)先模擬施工過程，使用建造的虛擬環(huán)境對工人進(jìn)行安全教育，例如VR安全教育體驗(yàn)館，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況布置場景內(nèi)容，場景內(nèi)環(huán)境真實(shí)，真實(shí)還原施工現(xiàn)場，從感知到交互，從學(xué)習(xí)到理解，讓一線施工人員“有意識(shí)”避開工地現(xiàn)場危險(xiǎn)源，減少傷亡傷害。

(3) 720全景三維可視化交底

基于無人機(jī)航測拍攝的現(xiàn)場航拍圖制作出720云全景，結(jié)合720全景技術(shù)對BIM模型進(jìn)行處理，管理者無需親自到施工現(xiàn)場，通過手機(jī)端掃描二維碼或網(wǎng)頁鏈接即可瀏覽項(xiàng)目全景，清晰傳達(dá)環(huán)境效果，帶來全新的真實(shí)現(xiàn)場感和交互式感受，提高了工程管理效率，實(shí)現(xiàn)了在不同場景三維可視交底的作用。平南三橋720云全景如圖5所示。

圖5 平南三橋720云全景

5 4D施工模擬

利用Fuzor、Navisworks等軟件，根據(jù)施工組織安排的施工計(jì)劃進(jìn)行時(shí)間安排，在已經(jīng)搭建好的模型基礎(chǔ)上加上時(shí)間維度，分專業(yè)可視化進(jìn)度計(jì)劃，將傳統(tǒng)施工進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型進(jìn)行整合，對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、工序在BIM平臺(tái)上事先模擬施工過程，制作三維動(dòng)畫視頻，加之可視化交底，以4D的形式直觀反映在視線中，讓項(xiàng)目管理人員清晰了解整個(gè)工程進(jìn)度安排，及時(shí)發(fā)現(xiàn)每個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，制定并完善合理可行的進(jìn)度計(jì)劃，一方面可指導(dǎo)現(xiàn)場施工；另一方面為建設(shè)、管理單位提供非常直觀的可視化進(jìn)度控制管理依據(jù)，保證整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中人力、材料、機(jī)械安排的合理性，以最佳的效果把施工工藝傳達(dá)給施工人員，降低溝通的時(shí)間成本，縮短工程工期，提高工程質(zhì)量。

施工模擬的主要實(shí)施過程為：將整體工作按照分部分項(xiàng)、工序依次分解，關(guān)聯(lián)到施工過程模型，將進(jìn)度管理相關(guān)資源附加到模型上，并關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行對比分析，最后將分析結(jié)果與前期的項(xiàng)目管理目標(biāo)進(jìn)行比對，若有偏差逆向修改資源配置直至滿足要求，最終形成施工計(jì)劃模擬演示文件和施工進(jìn)度控制報(bào)告。

6 BIM平臺(tái)應(yīng)用

BIM平臺(tái)作為項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)，在BIM模型的基礎(chǔ)上，通過手機(jī)端、web端使用平臺(tái)進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、文明施工、文檔管理、監(jiān)控監(jiān)測等模塊進(jìn)行項(xiàng)目管理，可直觀、快速地了解各分部分項(xiàng)的施工進(jìn)度、施工事件以及施工資料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)高效管理。

6.1 進(jìn)度管理

通過平臺(tái)web端錄入進(jìn)度計(jì)劃，并與BIM模型相關(guān)聯(lián)，將施工資源和場地布置信息集成一體，對施工階段中的工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備和場地布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)集成管理，按現(xiàn)場填報(bào)的實(shí)際工程進(jìn)度通過不同顏色在電子沙盤上顯示對應(yīng)的分項(xiàng)BIM模型，并在系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)生成整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，現(xiàn)場管理人員可通過移動(dòng)端實(shí)時(shí)填報(bào)構(gòu)件生產(chǎn)、施工狀態(tài)，在平臺(tái)上直觀了解項(xiàng)目進(jìn)展情況，把控項(xiàng)目進(jìn)度，實(shí)施進(jìn)度管理，同時(shí)在進(jìn)度計(jì)劃的基礎(chǔ)上，關(guān)聯(lián)產(chǎn)值信息，管理者利用平臺(tái)可了解到本季度或下一季度的產(chǎn)值情況，幫助其制定實(shí)施月或季度投資計(jì)劃。圖6為BIM平臺(tái)施工進(jìn)度管理界面。

圖6 施工進(jìn)度管理

6.2 文檔管理

項(xiàng)目管理人員將文件、圖紙、施工資料上傳至項(xiàng)目管理平臺(tái)歸檔，與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過模型快速查找到與構(gòu)件相關(guān)的施工資料，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)查看同一文件和構(gòu)件信息、施工資料一體式管理(圖7)。

該項(xiàng)目管理平臺(tái)采用最新的國家規(guī)范版本，并按照最新規(guī)范制作表格，內(nèi)置劃分模板，根據(jù)單位、分部、分項(xiàng)工程進(jìn)行劃分，填表階段可顯示流程流轉(zhuǎn)狀態(tài)(啟動(dòng)、待辦、審批、歸檔)，支持資料網(wǎng)上填報(bào)、線上審批和快速搜索查找，擁有清晰的結(jié)構(gòu)樹劃分工序，并精細(xì)至工序級(jí)，簡單明了，可與BIM模型的信息接口對接，自動(dòng)提示不合格數(shù)據(jù)及缺少的表單，定時(shí)或退出系統(tǒng)時(shí)自動(dòng)保存。

通過內(nèi)置劃分模板、與規(guī)范數(shù)據(jù)自動(dòng)對比、數(shù)據(jù)引用智能高效、填寫范例等大大降低內(nèi)業(yè)資料編制工作量與難度，建立統(tǒng)一的表格體系、工序用表、簽轉(zhuǎn)流程、填寫要求、工程結(jié)構(gòu)分解等標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，從工序檢驗(yàn)資料中自動(dòng)抽取評定所需的數(shù)據(jù)，大大減少評定工作量，由原來的事后管控模式變?yōu)檫^程控制，隨時(shí)能監(jiān)管文檔進(jìn)度與質(zhì)量情況，確保滿足“三同步”管理要求。

6.3 監(jiān)測管理

由于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)體量龐大，對于數(shù)據(jù)的采集、整理歸檔存在一定的滯后性，可通過將放置于地連墻、拱座等特殊部位的監(jiān)測設(shè)備與BIM平臺(tái)進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、管理，即時(shí)報(bào)警，快速反應(yīng)，及時(shí)掌握施工現(xiàn)場情況，并對進(jìn)度計(jì)劃和施工現(xiàn)場問題及時(shí)討論，制定解決方案，掌控施工進(jìn)度和質(zhì)量。圖8為梁橋南岸拱座基礎(chǔ)溫度監(jiān)測。

圖7 文檔管理

圖8 南岸拱座基礎(chǔ)溫測結(jié)果

6.4 監(jiān)控管理

為實(shí)現(xiàn)對工程問題的實(shí)時(shí)跟蹤，杜絕安全隱患，將建設(shè)項(xiàng)目南岸、北岸以及拱肋加工廠的監(jiān)控視頻對接上BIM云平臺(tái)，通過平臺(tái)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場施工情況，了解施工進(jìn)度，進(jìn)行安全事件追蹤，如對項(xiàng)目某處蓋板涵安全圍欄、安全標(biāo)識(shí)牌缺失的安全事件，安全員拍照上傳到平臺(tái)并文字說明詳情，推送至相應(yīng)經(jīng)辦人進(jìn)行解決，再推送至督辦人檢查是否按要求整改，最后由驗(yàn)收人驗(yàn)收整個(gè)事件，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安全問題的處理閉合，同時(shí)也可預(yù)防質(zhì)量安全事故發(fā)生，達(dá)到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的目的。

6.5 移動(dòng)端應(yīng)用

通過移動(dòng)端或web端查看相應(yīng)構(gòu)件的開工時(shí)間、混凝土澆筑時(shí)間等關(guān)聯(lián)信息，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，項(xiàng)目現(xiàn)場管理人員通過創(chuàng)建質(zhì)量、安全事件，將照片、視頻、整改通知單等內(nèi)容上傳至管理平臺(tái)，結(jié)合相應(yīng)的附加說明，可快捷高效地對施工質(zhì)量、施工安全進(jìn)行管理，使管理者對問題的位置及詳情精準(zhǔn)掌控，及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，確定糾正措施，既保證施工順利進(jìn)行，也利于業(yè)主對整個(gè)施工過程的質(zhì)量問題進(jìn)行透明化、痕跡化、可追溯和閉合型協(xié)同管理，并通過BIM施工管理平臺(tái)將質(zhì)量事件生成施工日志，避免了手寫施工日志或回憶錄的情況，采用手機(jī)電腦同步處理，對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可移動(dòng)化操作管理，使工作更高效。同時(shí)通過基于平臺(tái)實(shí)時(shí)量化反映勞務(wù)班組的履約及信用情況，大幅度提高勞務(wù)隊(duì)伍工作的積極性及主動(dòng)性，如圖9所示。

圖9 移動(dòng)端管理

6.6 電子沙盤

通過國家地理三維坐標(biāo)導(dǎo)入谷歌三維地形+無人機(jī)采集地形+BIM模型，基于BIM+GIS的建設(shè)信息集成平臺(tái)，項(xiàng)目各方均可在平臺(tái)內(nèi)傳遞和共享信息，各參與方協(xié)同作業(yè)，通過分析模型信息和地理環(huán)境要素，定位橋梁位置，展示無人機(jī)航拍的工地現(xiàn)場施工現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全線三維效果展示和施工工程分標(biāo)段、分工區(qū)監(jiān)控，展示窗內(nèi)的所有工程均可三維拖動(dòng)展示。在項(xiàng)目工程中，歸集分析包含項(xiàng)目周邊水文、地質(zhì)、環(huán)境、交通等的設(shè)計(jì)和施工信息，完善了傳統(tǒng)電子沙盤信息易遺失和失真的漏洞。

利用電子沙盤，將投資計(jì)劃、工程管理、進(jìn)度管理、勞務(wù)管理、試驗(yàn)檢測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻會(huì)議、任務(wù)管理以及運(yùn)維管理集成一體，實(shí)時(shí)更新工程信息，支持在線查看，可視化監(jiān)控項(xiàng)目安全、進(jìn)度、質(zhì)量，實(shí)時(shí)把控施工過程各個(gè)節(jié)點(diǎn)，對建設(shè)項(xiàng)目施工階段的進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備和場地等進(jìn)行統(tǒng)一管理，幫助項(xiàng)目部管理者指導(dǎo)作業(yè)隊(duì)伍建造出高水平、高質(zhì)量的公路橋隧，同時(shí)通過電子沙盤與BIM結(jié)合，實(shí)時(shí)掌握工程實(shí)體進(jìn)展程度。

7 結(jié)語

研究了BIM技術(shù)在特大鋼管拱橋施工管理中的應(yīng)用，通過建立精細(xì)化的橋梁三維立體模型，保障了BIM可視化施工的正常進(jìn)行。在項(xiàng)目施工階段，采用了工程量統(tǒng)計(jì)、虛擬仿真漫游、4D施工模擬等BIM技術(shù)，使項(xiàng)目管理人員能夠直觀了解整個(gè)施工流程，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方之間的信息共享，提升了橋梁工程項(xiàng)目管理的信息化水平，保障了拱橋施工質(zhì)量及效率。使用BIM平臺(tái)進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、文明施工、文檔管理、監(jiān)控監(jiān)測等模塊進(jìn)行項(xiàng)目管理，可直觀、快速地了解到各分部分項(xiàng)工程的施工進(jìn)度、施工事件以及施工資料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)高效管理。