陳 燕 黃耀慶 陳淵鴻

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

某大型城市快速化改建工程全長約13.85 km，是城市快速路網(wǎng)系統(tǒng)中重要的東西向通道，依次串聯(lián)內(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)、郊環(huán)（G1503）（圖1），擬采用“主線城市高架＋地面輔道”的形式對原道路進行快速化改建。工程采用預制裝配技術(shù)，裝配率高達90%。

圖1 工程總示意

工程Ⅱ標起點樁號為K3＋675，終點樁號為K9＋900，全長6 225 m，包含高架、匝道、立交、橋、地面道路等多種形式，主線高架雙向6車道，設(shè)計車速80 km/h，地面道路按城市主干路設(shè)計標準，為雙向六車道，設(shè)計車速為50 km/h，兩側(cè)設(shè)非機動車道及人行道，紅線寬度60 m。

1 BIM技術(shù)應用需求分析

本工程是城市重大改擴建工程，全線貫穿城區(qū)主要交通道路，為最大限度降低改造過程對交通現(xiàn)狀的影響，采用預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，擬采用BIM技術(shù)解決工程建設(shè)重大難題[1-4]。經(jīng)過調(diào)研分析，BIM技術(shù)應用需求分析如下。

1）交通組織難度高。項目作為貫穿主城區(qū)的交通主干道，交通流量大，組織難度高，采用“借一還一”的原則，全線保證雙向6車道，主線匝道、并板段多階段翻交，標準段、地面橋段一次翻交到位，依托BIM模型優(yōu)化翻交方案，保證施工過程中的交通有序運行。

2）地下管線保護要求高。工程沿線分布有航油管、工業(yè)油管等重大城市生命線，結(jié)構(gòu)與既有管線最小距離僅4.5 m，管線保護難度高，因此需要詳細摸排管線位置，確定現(xiàn)有管線與結(jié)構(gòu)管線，合理設(shè)計下部結(jié)構(gòu)圍護方案及上部結(jié)構(gòu)施工方案，保障施工安全。

3）預制裝配式構(gòu)件體量大、工藝要求高。本工程采用全預制裝配式技術(shù)，預制范圍廣、體量大、危險性高、工期緊，尤其跨路口段有地面橋梁改道節(jié)點、匝道節(jié)點及外環(huán)立交高跨點等多個節(jié)點，有必要通過BIM模型模擬優(yōu)化專項吊裝方案，制定構(gòu)件分段、制作、安裝方案，合理排布施工流水，保障吊裝的經(jīng)濟性和安全性。

4）安全文明施工要求嚴格。本項目周邊具有高端住宅小區(qū)、科技園等區(qū)段，部分節(jié)點工程涉及拆除、危險源集中、淤積、有毒有害物堆積等復雜特殊工況，對安全文明施工有極高的要求，有必要通過信息化手段對施工過程進行精細化管控。

2 BIM技術(shù)前期策劃與管理

2.1 BIM技術(shù)應用組織與管理

1）組織架構(gòu)：本項目BIM技術(shù)采用建設(shè)單位主導，各參與方協(xié)同應用的方式，同時采用項目領(lǐng)導層、項目管理層以及項目實施層的組織方式，通過分層次的協(xié)調(diào)管理和項目經(jīng)理負責制的管理體系來實現(xiàn)組織保障（圖2）。在項目初期將BIM技術(shù)應用任務(wù)分解至項目部各個崗位人員，根據(jù)BIM信息管理平臺的不同版塊需求，將工作分配給項目部相關(guān)崗位人員，明確責任人，分工落實。

圖2 BIM技術(shù)實施組織架構(gòu)

2）模型存儲與管理：在項目初期，根據(jù)應用需求制定道路、橋梁等專業(yè)BIM模型建模標準，明確項目模型交付文件層級及模型交付格式，以便于模型信息交互及管理。

2.2 BIM應用目標與內(nèi)容概述

1）BIM技術(shù)應用目標：作為城市道路建設(shè)重點工程，本工程在實施過程中綜合BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，將施工現(xiàn)場的各種信息源自動收集到數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和施工現(xiàn)場“人-機-物-法循環(huán)”等關(guān)鍵要素的綜合感知和實時互聯(lián)。利用BIM技術(shù)裝配式橋梁構(gòu)件信息化協(xié)同管理系統(tǒng)平臺，對預制構(gòu)件信息進行下單、生產(chǎn)、倉儲、物流、進場、安裝工程全過程的管理及可視化監(jiān)控。依托BIM技術(shù)在本項目施工階段的應用，實現(xiàn)了項目信息的高效集成，從而輔助項目實現(xiàn)了項目管理的信息化、數(shù)字化和智能化。

2）BIM技術(shù)應用主要內(nèi)容：為了保障工程各項建設(shè)目標的順利實現(xiàn)，全過程采用BIM技術(shù)輔助工程建設(shè)。

① 項目建設(shè)前，采用BIM技術(shù)，整合道路、橋梁、管道等模型并進行綜合碰撞分析，生成多重碰撞報告，協(xié)調(diào)管線關(guān)系及主體結(jié)構(gòu)碰撞，從源頭幫助項目解決了各類問題，有效降低了工程成本，提高了施工效率。

② 在項目實施過程中，充分利用BIM技術(shù)輔助各專業(yè)深化、場地分析及規(guī)劃、施工方案優(yōu)化等，并且結(jié)合BIM+技術(shù)，如3D打印技術(shù)、VR、AR、全息投影等實現(xiàn)項目數(shù)字化管理。

③ 在分析交通疏解的過程中，利用BIM技術(shù)進行了研究方案比選、車流量分析、三維數(shù)據(jù)可視化交底等應用，利用四維仿真技術(shù)，解決傳統(tǒng)編制方案難度大、效率低、難以理解的問題，提高了方案的合理性。

④ 在項目全過程中，采用信息化平臺技術(shù)對橋梁預制構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、物流、安裝等全過程進行協(xié)調(diào)管控，確保構(gòu)件安裝有序進行；通過信息化協(xié)同平臺，對現(xiàn)場人、機、物、料進行協(xié)同管理，提高現(xiàn)場施工效率。

3 BIM虛擬仿真建造技術(shù)

3.1 施工模型創(chuàng)建

由于設(shè)計院應用的建模軟件為Bentley、CATIA等，施工單位BIM系統(tǒng)軟件為Autodesk系列軟件，所以施工單位根據(jù)實際應用需求創(chuàng)建了相應的BIM模型。BIM模型在創(chuàng)建過程中，按照本項目編制的“橋梁專業(yè)BIM建模標準”“道路專業(yè)BIM建模標準”進行創(chuàng)建，標準中規(guī)定了項目交付（存檔）文件夾層次及項目模型交付（存儲）格式。

3.2 模型深化與協(xié)調(diào)

1）圖紙審查：由于后期平臺直接使用設(shè)計院的BIM模型掛接相關(guān)資料，因此在模型上傳至平臺前對設(shè)計院提供的BIM模型進行了初步審查，主要檢查模型的完整度以及構(gòu)件拆分是否合理；待后期模型上傳至平臺后，再對構(gòu)件的編碼以及每一類構(gòu)件的數(shù)量進行核對，可有效防止施工過程中產(chǎn)生返工及窩工等問題。

2）BIM輔助專業(yè)深化與協(xié)調(diào)：在項目施工前，利用BIM技術(shù)，整合道路、橋梁、管線等模型并進行綜合碰撞分析，生成碰撞報告，對各類設(shè)計、施工問題進行查找及分析，從而輔助各專業(yè)進行深化設(shè)計。在預制構(gòu)件深化過程中，檢查蓋梁鋼筋、立柱鋼筋、預應力波紋管、預埋件之間是否有碰撞。通過專業(yè)模型整合，發(fā)現(xiàn)單一節(jié)點的碰撞數(shù)最多達148處。最終通過調(diào)整部分立柱鋼筋布置形式、現(xiàn)場調(diào)整箍筋位置、取消臨時張拉索、將部分立柱波紋管模塊沖突的鐵管調(diào)整為壓漿管或上部改為小直徑管通到蓋梁頂部等方式，及時、有效地解決了各類碰撞問題，提高了深化質(zhì)量。

3.3 專項方案及施工組織模擬優(yōu)化

1）施工組織設(shè)計優(yōu)化：將BIM技術(shù)融入施工組織和施工方案的優(yōu)化中，提高施工效率。基于BIM的施工組織設(shè)計優(yōu)化施工組織設(shè)計的流程，提高施工組織設(shè)計的表現(xiàn)力。

2）交通組織模擬：外環(huán)立交改造為本項目的重要節(jié)點，施工難度大、工期緊、交通組織及部署要求高，尤其早晚高峰時段車輛、人流突增，交通組織壓力較大。針對該技術(shù)難點，結(jié)合本項目交通組織方案對該處進行節(jié)點建模和交通流量分析，判別該處交通組織方案的合理性?；谕猸h(huán)立交復雜環(huán)境下的施工條件，依托BIM技術(shù)對交通組織方案進行仿真模擬，并對不同方案進行比選，對工期、交通組織調(diào)整次數(shù)及對駕駛員影響程度、周邊路網(wǎng)壓力等因素進行了分析，最終決定外環(huán)立交采用“全封閉6個月”的交通組織方案。

3）預制構(gòu)件吊裝工藝模擬：本項目橋梁采用全預制裝配技術(shù)，包括立柱、蓋梁、小箱梁、鋼箱梁、鋼混組合梁等，僅1個標段就有近3 000個預制構(gòu)件。大型預制構(gòu)件的吊裝施工的安全及標準化要求高。通過各類預制構(gòu)件吊裝的標準化流程模擬，將模擬成果用于可視化施工交底，提高了項目標準化施工效率，保障了吊裝施工作業(yè)安全。

4）老橋拆除模擬：本工程施工期間涉及多座老橋的拆除，其中一座地面橋梁因其占據(jù)主要路口，對拆除方案的合理性要求較高。橋梁總長368 m，其中板梁結(jié)構(gòu)長299 m，橋梁寬9.5 m，共14跨，全部為預應力混凝土空心板梁。施工過程中要求保證道路暢通運行，老橋拆除施工方案編制過程中，利用BIM技術(shù)搭建該區(qū)域整體BIM模型，并對不同施工方案進行綜合模擬分析比對。從多種方案中選擇的初步方案為：采用鎬頭機、吊機組合拆除防撞墻的施工工藝，施工區(qū)域劃分為2段，同時施工。在多次運用BIM技術(shù)對方案進行優(yōu)化之后，確定了最終的施工方案，即選擇鎬頭機鑿除、吊機吊裝、切割機切割相結(jié)合的施工工藝，并將施工區(qū)域劃分為3段。對于該地段存在的諸多交通問題，利用BIM技術(shù)對該處交通進行組織運行和施工流程模擬，對于老橋拆除以及高架橋施工節(jié)點工藝進行可視化展示，用于施工交底及給交警部門匯報交通組織方案，提高了溝通效率。

5）預制構(gòu)件吊裝進度模擬：外環(huán)立交的改造涉及9條匝道的拆除（共計118跨）以及12條匝道的新建，且新建橋梁采用全預制裝配技術(shù)，預制范圍廣、體量大、危險性高、難度大、工期緊迫，尤其是跨路口、有地面橋梁改道節(jié)點及有匝道節(jié)點，且外環(huán)立交高跨點多。為了保證立交改造在工期緊張的情況下能按期完工交付，進行老匝道拆除及預制構(gòu)件吊裝進度模擬，實現(xiàn)多版方案的模擬驗證，對施工次序的排布優(yōu)化有重要幫助。

4 基于BIM現(xiàn)場智慧協(xié)同管控平臺與技術(shù)

4.1 BIM協(xié)同管理平臺

本工程應用BIM信息管理平臺對現(xiàn)場進行BIM信息管理，平臺從進度管理、質(zhì)量管理、安全文明施工管理、預制構(gòu)件生產(chǎn)安裝管理、投資控制管理等多個維度來進行項目綜合管理。施工單位在項目施工階段上傳相關(guān)工程資料。為保證后續(xù)資料上傳的及時性，在前期BIM小組召集了項目部資料員、安全員、技術(shù)負責人以及各工區(qū)、各分包的相關(guān)人員，進行了BIM平臺操作培訓，為相關(guān)人員開通賬號及權(quán)限，并根據(jù)項目編制的“BIM平臺資料上傳負責人”表確定各類資料上傳的負責人，以保證后續(xù)資料上傳的及時性，便于后續(xù)BIM信息化技術(shù)工作的開展。

1）進度協(xié)同管理：進度模塊主要把握重要節(jié)點，形成整體計劃，在各個重要節(jié)點之間細化施工籌劃。重要節(jié)點在正常條件下不允許調(diào)整，在節(jié)點之間細化的施工籌劃，可根據(jù)施工情況適當調(diào)整，但整體上應保持可控，保證重要節(jié)點按時完成。在進度管理過程中，將進度計劃上傳至平臺的進度管理版塊，并與模型關(guān)聯(lián)，督促各工區(qū)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，填寫每個構(gòu)件的實際開始時間和完成時間。此外，進度模塊可根據(jù)項目進展，通過模型展示施工完成情況，并可與計劃完成情況進行對比，確保關(guān)鍵節(jié)點的完成。

2）質(zhì)量協(xié)同管理：質(zhì)量協(xié)同管理模塊整體分為2個部分，一是施工資料的情況，二是物料的使用情況。施工資料主要為檢驗批資料，在施工前需要明確，并與相應的構(gòu)件掛鉤，每個構(gòu)件需對應資料內(nèi)容。在這些檢驗批資料中，有些資料待施工完畢后，馬上即可完成并上傳，但有些資料由于需要檢測信息，不能立即上傳，在檢測資料完成后可補充資料。根據(jù)項目實踐，施工完成后4 d內(nèi)完成檢驗批資料的上傳，對于需要后補的資料，一般控制在35 d內(nèi)完成上傳。關(guān)于物料使用，采用扣除制，對于進場的大型材料，先進行入庫管理，入庫需要上傳進場材料數(shù)量、相關(guān)的產(chǎn)品合格證、檢測報告等，形成材料庫。待構(gòu)件施工時，選擇相應的大型材料，直接在材料庫中進行扣除。

3）安全協(xié)同管理：安全協(xié)同管理模塊主要涉及人員、機械的管理。在人員管理方面，由施工單位上傳新進場人員名單，包括相應的人員個人信息、三級教育情況、證書情況和進場時間，監(jiān)理對其進行審核。人員出場后，施工單位將出場人員更新為出場狀態(tài)。在機械管理方面，施工單位要將相關(guān)的檢驗合格證、入場信息等情況上傳至平臺，大型設(shè)備需關(guān)聯(lián)操作員，監(jiān)理同步進行平臺審核和紙質(zhì)材料審核。每天及時填寫當日危險源并關(guān)聯(lián)提醒相關(guān)人員。

4）文明施工協(xié)同管理：BIM平臺的反饋版塊分為快速反饋、監(jiān)理通知單和外部工單這3類。在實際施工管理過程中，對于文明施工問題進行快速反饋和處理，及早發(fā)現(xiàn)問題并及時督促相關(guān)人員進行整改回復，以便于現(xiàn)場的問題管理，確保項目順利實施。

5）會議管理：會議模塊中的會議報告及會議紀要功能，既節(jié)約了管理人員編寫會議報告的時間，又滿足了匯報需求，且會議紀要功能明確了各項工作的相關(guān)責任人，便于各項工作的有序開展，提高了工作效率。

6）傾斜攝影全景可視化：每周固定時間使用無人機航拍，遠程、實時掌握工程動態(tài)信息并了解施工進度，實時巡查安全文明施工情況并實時上傳平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，參與方可同步查看；可在例會中輔助展示，反映現(xiàn)場施工情況。

4.2 基于BIM的現(xiàn)場智慧管控技術(shù)

在BIM信息施工管理平臺的基礎(chǔ)上增加智慧管理版塊，并對其進行開發(fā)。立足于“互聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)”的服務(wù)模式，采用云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，以可控化、數(shù)據(jù)化以及可視化的智慧系統(tǒng)對市政工程建設(shè)管理進行全方位、立體化的遠程監(jiān)控，并根據(jù)實際情況做出實時響應。最終確定BIM信息化智慧管理平臺分為人員管理、設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、環(huán)境管理這4個版塊，明確各方管理人員的職責和目標。

1）人員管理：匯總總包、工區(qū)人員信息及照片并上傳至智慧工地平臺與門禁系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，基于安全帽管理、門禁管理和人臉識別技術(shù)，實現(xiàn)施工人員實時管理，達到隨時掌握場地內(nèi)人員施工情況，確保施工作業(yè)文明、安全。

2）設(shè)備管理：匯總設(shè)備信息并上傳至智慧工地平臺，生成二維碼，并與門禁系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。對進出施工現(xiàn)場的設(shè)備進行二維碼管理，設(shè)備進場安裝并經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，方可啟動設(shè)備使用，保證設(shè)備的安全性。

3）視頻監(jiān)控：施工場地攝像頭全覆蓋，實時調(diào)取視頻查看施工現(xiàn)場情況。當發(fā)現(xiàn)場內(nèi)有未戴安全帽的人員，且超過一定時間時，會觸發(fā)安全帽檢測報警。

4）環(huán)境管理：采集現(xiàn)場揚塵監(jiān)測設(shè)備、揚塵控制設(shè)備相關(guān)信息，實時控制敏感區(qū)域聲、塵情況，自動啟動霧炮機和噴霧。與空氣質(zhì)量指標IAQI指數(shù)對應，當空氣質(zhì)量指數(shù)大于100（良以下），對應懸浮顆粒物指數(shù)大于0.3 mg/m3時，自動聯(lián)動啟動揚塵控制措施，也可以由管理人員根據(jù)現(xiàn)場智能監(jiān)測系統(tǒng)傳輸回平臺的數(shù)據(jù)，手動控制現(xiàn)場的智能監(jiān)測設(shè)備，提前預防環(huán)境問題的產(chǎn)生。

4.3 基于BIM的預制構(gòu)件精細化管理

匯總構(gòu)件生產(chǎn)時間，填寫《預制構(gòu)件訂單導入》表，包括：預制構(gòu)件編號、墩號、預制構(gòu)件名稱、規(guī)格、計劃完成日期、計劃裝車日期及計劃吊裝日期等，并及時上傳至預制構(gòu)件平臺，做到預制構(gòu)件從原料供應、構(gòu)件制作、運輸、現(xiàn)場吊裝，到連接灌漿等全過程“模塊化”的高效管理。

本項目利用BIM技術(shù)，結(jié)合協(xié)同平臺，對預制構(gòu)件進行全過程數(shù)字化管控?；谄脚_對構(gòu)件的下單、生產(chǎn)、倉儲、運輸、安裝等階段進行管理，確保預制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，提高預制廠約15%的生產(chǎn)效率。

1）結(jié)合二維碼技術(shù)，對預制構(gòu)件進行實時追蹤。將平臺上構(gòu)件的模型、編碼、信息全程關(guān)聯(lián)，可通過二維碼對構(gòu)件全生命周期的信息進行快速查詢，整體提升了約40%的效率。

2）結(jié)合圖表大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過平臺自動匯總的構(gòu)件信息及統(tǒng)計圖表，管理人員可對預制構(gòu)件的加工及安裝計劃及時作出調(diào)整，降低了約10%的管理成本。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)在本工程建設(shè)階段的應用，不僅解決了工程難點，而且通過模塊化施工和規(guī)范化管理，降低了工程建設(shè)的整體投入和運行成本，有效地提高了項目管理效率，為企業(yè)信息開發(fā)儲備了專業(yè)技術(shù)人員，完善了信息系統(tǒng)，其主要應用價值如下。

1）可視化的方案表達，使論證具有更全面、更直觀的可視化效果，節(jié)約了會議討論時間。針對交通組織、預制拼裝工藝、施工進行了模擬，其中交通組織模擬的應用效果較為明顯，BIM三維立體交通組織清晰、直觀，節(jié)約會議討論時間，為方案決策和審批提供有效途徑。

2）專業(yè)協(xié)調(diào)與優(yōu)化：全線共發(fā)現(xiàn)1 000多條管線出現(xiàn)碰撞，橋梁鋼筋工程碰撞事故約100起，同時對各類設(shè)計、施工問題進行查找和分析，協(xié)助各行業(yè)深化設(shè)計和繪制，從源頭處幫助項目解決了各類問題，有效降低工程成本約15%，提高施工效率約30%。

3）信息化管理平臺廣泛應用于現(xiàn)場施工管理：通過信息化協(xié)同管理平臺對進度、質(zhì)量、成本、安全文明及現(xiàn)場環(huán)境等各要素進行全面協(xié)同管理，大幅提升現(xiàn)場管理效率；通過現(xiàn)場智慧管理平臺對人員、設(shè)備、安全、環(huán)境進行智能化管理，有效提升現(xiàn)場智能化管理水平；通過平臺對預制構(gòu)件進行精細化管控，對生產(chǎn)、倉儲、運輸、安裝各環(huán)節(jié)進行跟蹤，提升管理效率，降低管理成本。