文｜劉攀攀 蔣海里

項目介紹

昆陽路越江及配套道路工程又稱閔浦三橋，位于上海市閔行區(qū)與奉賢區(qū)交界處，是上海市公路網(wǎng)規(guī)劃中連接閔行、奉賢區(qū)的南北向的重要干線公路之一，包含一座跨越黃浦江的越江大橋，以及地面道路、排水工程等。全長約3.49km，黃浦江大橋長約1.94km。主橋為獨塔單索面四跨連續(xù)鋼-混凝土疊合梁斜拉橋，跨徑布置為50m+2*220m+50m 總長540m，橋面采用錯層布置，上層供機動車輛通行，下層供人非通行。主墩采用70 根直徑Φ1500mm 的鋼管樁作為基礎，鉆石型橋塔的塔高為136m。

項目目標。依托閔浦三橋工程，采用數(shù)字化技術，建立橋梁及地面環(huán)境的各類模型，結合橋梁建造特點，開發(fā)“基于BIM +GIS 的企業(yè)級橋梁建設數(shù)字化綜合管理平臺”。在綜合管控平臺上，集成橋梁工程各種管理類數(shù)據(jù)并將其中部分數(shù)據(jù)映射至三維模型。

關鍵技術及創(chuàng)新點

建模工具包開發(fā)。Microstation 軟件的精準繪圖與強大的兼容性和擴展性這兩大特點滿足大型橋梁建模的要求，利用Microstation 軟件建立了LOD400 的閔浦三橋主橋永久結構模型，可清晰的展現(xiàn)鋼筋及預應力系統(tǒng)、拉索錨固系統(tǒng)、附屬設施等所有圖紙存在的構件（圖1），所有構件按照工程分部分項劃分建立樹狀結構的父子關系。

圖1 閔浦三橋主橋永久結構模型

圖2 按引導線生成鋼錨梁

圖3 項目早期實景模型

斜拉橋橋梁構造復雜，其內部構造會隨著每一個節(jié)段的鋼錨梁與鋼錨箱的斜拉角度的變化而存在巨大差異，為了實現(xiàn)這種復雜結構建模的需求，基于Microstation 開發(fā)專業(yè)插件工具，采用C#編程語言編制，主要實現(xiàn)鋼錨梁與鋼錨箱參數(shù)化建模，可以根據(jù)所定義的斜拉索角度自動生成鋼錨箱與鋼錨梁中所有構件。此工具包包含了導入?yún)?shù)表、導出參數(shù)表、各組成構件參數(shù)實時修改與預覽功能、原點生成鋼錨梁、按引導線生成鋼錨梁等功能，大大提高了建模效率。

工程環(huán)境建模。閔浦三橋項目工程環(huán)境復雜，為了保證周邊村民在施工期間的通行，協(xié)調工程與環(huán)境的空間關系，對施工環(huán)境進行實景建模。嘗試采用大疆的精靈4 與M210 兩種無人機采集高疊合率照片，利用實景建模軟件ContextCaputure 建立誤差范圍在5cm 以內的工程環(huán)境實景模型。在進場時的原貌、中期階段、項目后期以及竣工驗收四個階段更新實景模型并載入自主開發(fā)的管理平臺中，進行深化使用。

無人機采集的模型為橢球坐標系，通過技術研發(fā)并設定控制點轉化成工程應用的城市坐標系，實現(xiàn)“虛擬的橋梁結構模型”與“真實的三維工程環(huán)境”的無縫銜接，如圖4所示。整合后的模型在項目區(qū)域真實三維環(huán)境下快速應用到交通模擬、場地布置和施工模擬中，通過比選可以快速確定施工每個時期交通模擬、場地布置和施工模擬等工作的方案，最大程度的減少施工工期與施工成本。閔浦三橋南北兩岸立柱安裝計劃工期分別為142 個工作日和148 個工作日，立柱施工期間南岸配合實景模擬做場地布置與施工模擬，整個工期提前了3個工作日，北岸在立柱施工期間未建實景模型，工期比計劃推遲了26 個工作日。

圖4 “虛擬的橋梁結構模型”與“真實的三維工程環(huán)境”無縫銜接

圖5 驅動巨量鋼筋模型

圖6 圖形引擎中剖切功能的使用

圖7 電子圍欄與人員位置數(shù)據(jù)

圖形引擎。本工程的管理平臺采用由參評單位秉匠信息科技自主研發(fā)名為“黑洞”的圖形引擎，用于對大體量、高精度的橋梁模型以及地形模型的云端展現(xiàn)，該引擎在多源模型整合方面的表現(xiàn)優(yōu)異，支持多種格式的BIM 模型數(shù)據(jù)（.dgn/.i.dgn/.rvt/.ifc 等）和GIS 實景模型數(shù)據(jù)，并且具備豐富的二次開發(fā)接口。本項目全橋模型的文件大小達到了40G+，每個階段的實景模型達到10G+。

操作流暢也是該引擎的一大特點，面對閔浦三橋如此大體量的精細化模型，即使是瀏覽鋼筋也能非常流暢，漫游到任何視角都不會卡頓。配合隱藏地形、構件隔離隱藏與顯示、頂點捕捉、距離與角度測量、包圍體剖切、構件屬性查看與設置、視圖保存、動畫漫游、GIS模型的單體化與拍平這些基本操作功能即可實現(xiàn)對模型在線共享的最大化利用。

基于模型的人員定位管理。為了提高現(xiàn)場人員管理效率、掌握人員動態(tài)，現(xiàn)場架設人員定位基站，人員根據(jù)集定位卡、飯卡、門禁卡于一體的卡片進入，芯片采集的人員位置數(shù)據(jù)傳遞到管理平臺中，管理平臺將人員位置數(shù)據(jù)與模型相整合，在三維虛擬施工現(xiàn)場中可以準確直觀的顯示人員基本信息、人員空間位置及周邊環(huán)境信息。

在管理平臺中繪制虛擬電子圍欄并定義安全區(qū)域，快速預警離開安全區(qū)域的人員。管理人員通過查看工人的歷史軌跡和進出閘機信息，綜合實現(xiàn)了考勤管理及在場時間統(tǒng)計功能，從而對現(xiàn)場分塊區(qū)域管理。依托實景模型，整個現(xiàn)場管理尤其是人員定位可以更加清晰、直觀的展現(xiàn)。

管理平臺。為了更高效的管理大型復雜結構橋梁，項目團隊開發(fā)了“基于GIS+BIM 的企業(yè)級橋梁建設數(shù)字化綜合管理平臺”。平臺采用基于角色的工作流訪問控制模型，即根據(jù)工作流需求，設置統(tǒng)一的角色集，并分配各角色相應的訪問權限。平臺共開發(fā)了12 個一級功能模塊，與模型緊密關聯(lián)的主要有綜合監(jiān)控、全景展現(xiàn)、人員管理、進度管理、質量管理、安全管理和智能監(jiān)測6 大模塊。

管理平臺有小程序與網(wǎng)頁端兩種訪問方式。小程序主要滿足采集工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)、快速查看拍照和重要的信息等需求。Web 端可滿足所有功能模塊的任務需求，現(xiàn)場人員通過集成在模型中的現(xiàn)場視頻攝像頭，可清晰直接的觀看現(xiàn)場實時畫面；現(xiàn)場人員通過施工日志關聯(lián)每日工作量，可在對應的模型展現(xiàn)項目進度；特殊工種信息的錄入與證書圖片的上傳、特殊工種證書到期提醒、安全教育與安全交底人員、次數(shù)與時長進行統(tǒng)計、文明施工與問題跟蹤的錄入與查看、設備的證書與狀態(tài)管理等功能便捷、省力的完成安全管理。

圖8 管理平臺主頁面

通過此管理平臺與小程序，項目現(xiàn)場人員可對工程與周邊環(huán)境有直觀的可視化了解，施工各部門對工作的流程也更清晰明了，有力的節(jié)約了溝通時間與新人工作的培訓時間，有助于各部門人員更好的了解此部門的工作以及與其他部門的合作，對施工的時間與進度的控制有很大的提升。

應用總結

圖9 小程序主要頁面功能

以企業(yè)級橋梁施工管理平臺在閔浦三橋的實際應用為依托，從模型建立、施工模擬、圖形引擎、人員定位、管理平臺等幾個方面探索橋梁施工行業(yè)的數(shù)字化綜合應用。平臺在BIM+GIS 模型的基礎上，結合數(shù)據(jù)庫建設，根據(jù)不同崗位的施工管理者需求，歸納施工各要素之間的相互關系以及對工程項目整體進行分部分項拆分的基礎上，對施工現(xiàn)場質量、安全、進度、人員的可視化與動態(tài)管理。

一是對核心建模軟件Microstation 進行深入的探索與研究，應用自主開發(fā)的建模工具包快速、精準的生成橋梁實例，體現(xiàn)了Microstation 軟件平臺c#語言編程的強大功能，積極探索Microstation 在橋梁工程領域的模型應用優(yōu)勢，具有廣大的應用前景和通用性。

二是首次在大型橋梁施工過程中實現(xiàn)全員云端共享模型，此平臺在閔浦三橋項目承載了來自不同數(shù)據(jù)源的81 萬個構件，2.5 億個面片,項目參與各方能夠通過輕量化平臺共享高精度的模型，用普通硬件設備實現(xiàn)了復雜模型的共享，強化了信息的分享、溝通與交互。

三是數(shù)據(jù)的日常錄入均由項目團隊中各管理責任方自行錄入，無第三方在項目使用過程中的輔助，使得此平臺真正成為項目管理的工具。自開工以來，在平臺可以看到，項目安全檢查記錄累計有84 條數(shù)據(jù)，安全交底64 次，累計時長達到120 個小時；合同登記42 份，設備登記管理69 條等，大大減少了各類紙質報表的使用，使得文件管理更加科學。

四是在施工領域技術上取得進度，高精度模型與實景模型通過引擎實現(xiàn)云端瀏覽，同時功能模塊集成人員定位信息、閘機出入數(shù)據(jù)等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，為整個行業(yè)帶來技術突破，同時在施工管理上可一定程度的縮減人力、財力和物力。

五是響應全國推進BIM 建筑信息模型技術的號召，貫徹“互聯(lián)網(wǎng)+”的指導理念，將BIM 與GIS 技術納入到施工管理來，對于整個施工行業(yè)能起到整體效益的提升，對于行業(yè)的信息化和數(shù)字化推進具有巨大意義。