鄭萬鵬 茍朝勇 王興濤 陳輔偉 謝健 石雪曌

（1.甘肅二車高等級公路項目管理有限公司，甘肅慶陽 745700；2.甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅蘭州 730000）

1.項目概況

G341線環(huán)縣（二十里溝口）至車路崾峴（甘寧界）公路為《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年—2030年）》東西橫線中膠南至海晏公路的組成部分，是擬建的打扮梁至慶城、甜水堡至羅兒溝圈、銀川至固原高速公路的連接線，是慶陽市煤炭石油運輸及省際出境通道，是甘肅省普通國道341線升級改造的重點項目，也是《甘肅省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中的重要公路之一。其中控制性工程新莊壕大橋為T型鋼構(gòu)橋，在甘肅省內(nèi)除了黃河跨河橋以外很少見，主跨130m、墩高65m、樁基單根長度78m、承臺高4m、梁高9m，這總計156m的橋梁設(shè)計施工難度巨大，為更好的完成該橋設(shè)計、施工，積極響應(yīng)交通運輸部《關(guān)于推進(jìn)公路水運工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（交辦公路〔2017〕205號）和甘肅省交通運輸廳文件《甘肅省公路水運“品質(zhì)工程”創(chuàng)新實施方案》（甘交公路[2017]119號）等文件要求，故就該橋應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程的管理。

2.BIM技術(shù)在該大橋中的應(yīng)用優(yōu)勢

在工程項目中，以節(jié)約成本、縮短項目的工期以及保證工程項目的質(zhì)量為目標(biāo)，對整個項目進(jìn)行計劃、控制以及協(xié)調(diào)，保證項目能夠正常施工，這個過程就是施工項目進(jìn)度的管理。從小的范圍內(nèi)來說，一個工程項目的進(jìn)度就是指在一定的時間內(nèi)某個工程的完成的具體情況。從大的范圍上來說，進(jìn)度包含的內(nèi)容很多，在確定一個工程的進(jìn)度時，必須將建筑工程所花費的時間、材料、勞動力以及成本等因素考慮進(jìn)去，這樣才可以讓一個建筑工程的進(jìn)度被很完整、全面的呈現(xiàn)出來。近年來，國家大力推動工程建設(shè)BIM三維數(shù)字化，“數(shù)字中國”上升為國家戰(zhàn)略，產(chǎn)業(yè)三維數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮也為建筑業(yè)的變革注入了新的活力，在本項目中應(yīng)用三維BIM數(shù)字技術(shù)，走向“數(shù)字建造”，建設(shè)“交通強國”，將是本項目向國際先進(jìn)水平看齊，在未來競爭挑戰(zhàn)中利于不敗之地，切實提高本項目智慧建設(shè)水平的重要戰(zhàn)略選擇。BIM技術(shù)為工程數(shù)字化、信息化、可視化管理提供基礎(chǔ)，實現(xiàn)對交通基礎(chǔ)設(shè)施工程全生命期的數(shù)據(jù)監(jiān)控及管理，三維GIS技術(shù)可以提供虛擬化地理環(huán)境信息和各類空間分析應(yīng)用，BIM與GIS的跨界融合，使微觀領(lǐng)域的BIM信息與宏觀領(lǐng)域的GIS數(shù)據(jù)實現(xiàn)交換和互操作，提升了BIM技術(shù)的應(yīng)用深度，從單體縱向應(yīng)用延伸到交通路網(wǎng)的信息互聯(lián)，實現(xiàn)了全局信息統(tǒng)籌和科學(xué)決策[1]。

3.BIM技術(shù)在該大橋中的具體應(yīng)用

3.1 傾斜攝影模型

通過無人機技術(shù)，對橋梁范圍內(nèi)進(jìn)行傾斜測繪航空攝影，獲取優(yōu)于0.02M地面分辨率的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維實景模型的數(shù)據(jù)生產(chǎn)（如圖1所示）。傾斜攝影技術(shù)通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實的三維實景模型。高精度的項目實景模型直觀地反映現(xiàn)場情況，彌補了傳統(tǒng)地形數(shù)據(jù)的局限性，為開展方案制定、橋梁設(shè)計與布置、排水及場站布置的選擇等設(shè)計提供了可靠依據(jù)。

3.2 超高精度BIM模型

建立精度為LOD300的超高精度“新莊壕大橋”BIM模型，更高精度的模型可以在三維環(huán)境中完全還原設(shè)計意圖，將每個構(gòu)件都三維模型化，更高程度地對設(shè)計成果進(jìn)行三維可視化驗證。本橋上部結(jié)構(gòu)采用5×40m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁+（70+130+70）m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)+4×40m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，橋梁全長為638m（如圖2所示）。針對本橋構(gòu)件眾多、局部細(xì)節(jié)構(gòu)造復(fù)雜、加工制造要求高的特點，利用BIM軟件對本橋設(shè)計圖紙進(jìn)行建模，實現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點三維交底。同時，基于精準(zhǔn)的BIM模型，亦可實現(xiàn)對設(shè)計圖紙的驗證，有效減少了施工階段可能產(chǎn)生的設(shè)計變更，節(jié)約工程資源[2-3]。

圖2 橋梁BIM模型

3.3 設(shè)計咨詢

傳統(tǒng)的二維圖紙往往不能全面反映個體、各專業(yè)、各系統(tǒng)之間的碰撞可能，同時由于二維設(shè)計的離散型為不可預(yù)見性，設(shè)計上難以避免存在一些問題。完成模型設(shè)計后，出具BIM咨詢報告，對設(shè)計圖紙進(jìn)行再次復(fù)核，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中出現(xiàn)的錯漏差缺、橋梁凈高不足、橋墩設(shè)置位置不合理、路基橋梁交匯處重疊等問題，減少設(shè)計變更，提高設(shè)計圖紙交付效率，優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量[4]。

3.4 重點施工工序三維技術(shù)交底

通過BIM模型，對于重要工點、重難點施工工藝制作施工模擬視頻，實現(xiàn)三維可視化的技術(shù)交底?；诙S圖紙的傳統(tǒng)技術(shù)交底方式具有一定的局限性，無法直接、生動地向施工人員展示施工工藝與施工工序，影響施工進(jìn)度[5]。根據(jù)專項工程特點、現(xiàn)場安裝、加工制造等需求建立BIM模型，結(jié)合施工工序與設(shè)計要點進(jìn)行重難點工程施工模擬，進(jìn)行可視化的施工技術(shù)交底（如圖3所示），輔助構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝，提高施工效率與施工質(zhì)量，避免窩工廢工，優(yōu)化施工方案?；诔呔热S模型，對重點工程的施工工序制作三維模擬動畫指導(dǎo)施工，在三維可視化環(huán)境下將施工難點工序充分表達(dá)，提高施工質(zhì)量[6-7]。

圖3 三維技術(shù)交底

3.5 搭建BIM+GIS可視化綜合管理平臺

隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，參考“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維模式和發(fā)展背景，依托GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、分布式存儲方案及智能分析等現(xiàn)代信息技術(shù)，將BIM技術(shù)與其他多技術(shù)跨界融合，搭建BIM+GIS可視化綜合管理平臺，將傳統(tǒng)項目管理平臺的內(nèi)容移植、對接到BIM+GIS可視化環(huán)境下，集成在統(tǒng)一平臺管理。消除碎片化應(yīng)用和信息孤島，以三維GIS環(huán)境和BIM模型為數(shù)據(jù)載體在三維可視化平臺上進(jìn)行項目綜合管理及業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)的分析、統(tǒng)計、集成展示。實現(xiàn)了建設(shè)管理過程中全景可視、全生命期項目應(yīng)數(shù)據(jù)管控、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實時更新及智能分析等需求（如圖4所示）。

圖4 項目可視化管理平臺

BIM+GIS可視化管理平臺定位于工程項目建設(shè)階段各專業(yè)管理軟件的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成顯示平臺。融合應(yīng)用建筑信息模型（BIM）和三維地理信息系統(tǒng)（3D-GIS）技術(shù)，對項目管理涉及的主要三維空間對象進(jìn)行標(biāo)識和展示，提供空間對象集成的相關(guān)屬性信息查詢與數(shù)據(jù)分析、利用等功能，支持由參數(shù)驅(qū)動的建設(shè)過程和管理數(shù)據(jù)的動態(tài)可視化演示，可實現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析、空間分析等（如圖5所示）。通過分部分項編碼將三維模型與建設(shè)過程中各信息化管理系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，可視化表達(dá)各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，將高效的數(shù)據(jù)展示和動態(tài)的項目管理達(dá)到有效融合與平滑過渡。創(chuàng)建沉浸式的建設(shè)項目輔助管理及決策支持的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，供項目管理人員統(tǒng)計、溝通、決策等日常管理使用。可以為項目管理中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供一種全新的數(shù)字化、可視化、三維化的展示方案。同時也是推動工程管理從傳統(tǒng)的微觀管理方式向現(xiàn)代化、智能化、宏觀化管理方式邁進(jìn)，可以大大提升管理效率及協(xié)同辦公程度，提高工程管理的針對性、有效性、及時性。

圖5 質(zhì)量管理

將項目全線范圍內(nèi)的地理信息數(shù)據(jù)、傾斜攝影模型、BIM模型進(jìn)行匯總，以一定的數(shù)據(jù)集合形式表述項目區(qū)域內(nèi)的地理要素及環(huán)境特征；整合、管理產(chǎn)生的大量空間數(shù)據(jù)，創(chuàng)建項目區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫，支持云端讀取數(shù)據(jù)信息；根據(jù)項目實際情況，通過坐標(biāo)將各類GIS數(shù)據(jù)、BIM模型和傾斜攝影模型擬合，編輯三維虛擬仿真環(huán)境，形成項目區(qū)域現(xiàn)場的真實三維場景；通過二、三維一體化技術(shù)及多種GIS數(shù)據(jù)處理方式，最終將三維虛擬場景及GIS空間數(shù)據(jù)發(fā)布在GIS云服務(wù)器上，并通過各類數(shù)據(jù)接口協(xié)議讓其他系統(tǒng)訪問讀??；提供各種GIS空間計算和分析功能（如圖6所示）。

圖6 進(jìn)度管理

4.結(jié)論

BIM技術(shù)已不局限于某個孤立項目或者關(guān)鍵節(jié)點的單點應(yīng)用，正逐步向工程全生命周期和全行業(yè)協(xié)同應(yīng)用邁進(jìn)。尤其是與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、VR/AR等新一代信息技術(shù)深度融合后，顯示出更加旺盛的生命力，對于未來智慧工地、智慧交通、工程物聯(lián)網(wǎng)的全面實現(xiàn)具有十分重要的意義。

國內(nèi)BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用已有一段時間，但仍未到普及性、全面性的應(yīng)用階段。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的逐步深入，許多制約其發(fā)展的瓶頸問題也越來越突出，技術(shù)成熟度曲線所反映出的一般規(guī)律鮮明體現(xiàn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺失、軟件功能的不足、專業(yè)人才的匱乏、理解程度的偏差等問題嚴(yán)重阻礙了推進(jìn)速度，距離發(fā)揮BIM真正的價值還有較長一段路要走。但是，重重困難并不能妨礙人們認(rèn)識到BIM技術(shù)的巨大價值，政府出臺政策不斷推進(jìn)，設(shè)計單位成立BIM中心不斷探索，BIM軟件也針對公路行業(yè)不斷升級，相信BIM技術(shù)的前景一定是光明的，不僅僅在設(shè)計行業(yè)，在整個公路的全生命周期更是如此。隨著全行業(yè)對BIM技術(shù)研究和應(yīng)用的高度重視，專業(yè)公司和軟件廠商的協(xié)力合作，主管部門和生產(chǎn)企業(yè)的積極推動，我們相信這些制約發(fā)展的瓶頸問題將逐一解決。BIM技術(shù)將煥發(fā)出更強的生命力，產(chǎn)生更大的價值，成為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的推進(jìn)器。