BIM在螞蟻河1號(hào)大橋高程測量中的應(yīng)用

任英橋 寧波 王安東 岳軍紅

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714099）

BIM在螞蟻河1號(hào)大橋高程測量中的應(yīng)用

任英橋 寧波 王安東 岳軍紅

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714099）

螞蟻河1號(hào)大橋連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)處在豎曲線上，高程控制難度較大，傳統(tǒng)的施工工藝很難精確控制任意點(diǎn)位的高程。而BIM技術(shù)與施工測量的集成大大降低了高程控制的難度，提高了施工精度，縮短了工期。本文以簡化施工程序、提高工作效率為原則，利用BIM模型提取全橋任意位置的標(biāo)高，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，并得出誤差分析與可行性報(bào)告。

BIM模型；參數(shù)化；施工測量；精度分析

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是創(chuàng)建并利用三維數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營管理的過程［1］?？梢允箻蛄汗こ淘谄湔麄€(gè)建設(shè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。在BIM系統(tǒng)的三維數(shù)字模型中，數(shù)字信息仿真模擬橋梁所具有的真實(shí)信息，在這里信息不僅是三維幾何形狀信息，還包含大量的非幾何形狀信息，如橋梁構(gòu)件的材料、重量、價(jià)格和進(jìn)度等。

在橋梁的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)和出圖工作量很大，而利用傳統(tǒng)的圖紙表達(dá)方式，鋼筋等材料統(tǒng)計(jì)工作不僅繁雜，而且容易出錯(cuò)。另外，橋梁設(shè)計(jì)與施工工藝環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密，如果能在設(shè)計(jì)階段提前把橋梁的施工過程模擬出來，就可以基本避免實(shí)際施工中出現(xiàn)的一系列問題。有效應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅能夠提高橋梁設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，減少變更及返工，節(jié)約工程資金，保障施工周期，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)橋梁工程的創(chuàng)新性和先進(jìn)性［2］。

筆者作為螞蟻河1號(hào)大橋駐場技術(shù)服務(wù)人員，依據(jù)螞蟻河1號(hào)特大橋工程特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有資源，利用Revit對(duì)全橋進(jìn)行BIM模型（圖1為螞蟻河1號(hào)特大橋BIM模型）的建立。BIM模型是基于參數(shù)化單元的構(gòu)建模型及圖紙的思想，有別于傳統(tǒng)的基于元素構(gòu)的二維思想，其要求從觀念上從點(diǎn)、線、面的構(gòu)想過程到基于構(gòu)件單元的轉(zhuǎn)變，對(duì)單元準(zhǔn)確定位是BIM思維的重要體現(xiàn)［3］。BIM的優(yōu)勢就在于：可以通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。這里的信息不僅包含描述幾何形狀的視覺信息，還能準(zhǔn)確提供幾何形狀的三維坐標(biāo)信息，依據(jù)模型的三維坐標(biāo)信息分析測量誤差，本文主要對(duì)橋梁的高程信息進(jìn)行分析。

1 概況

1.1 螞蟻河1號(hào)大橋簡介

BIM項(xiàng)目螞蟻河1號(hào)特大橋連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體工程，該橋?yàn)殡p線鐵路橋，設(shè)計(jì)速度250km/h，跨越螞蟻河、既有濱滿鐵路、綏滿公路（G301國道）、馬延干渠及固安干渠而設(shè)，螞蟻河1特大橋與既有濱綏鐵路營業(yè)線交越，相交處營業(yè)線上、下行里程分別為BSK154+270.61、BSYK154+ 266.45，哈牡客專里程分別為DK154+367.5、DK154+ 373.5；交角分別為45°47′00″及46°04′00″；采用（45+70+ 45）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁形式上跨通過。圖2為螞蟻河1號(hào)大橋施工期。

圖1 螞蟻河1號(hào)特大橋BIM模型

圖2 施工期間的螞蟻河1號(hào)特大橋

1.2 BIM技術(shù)實(shí)施的必要性與可行性分析

螞蟻河1號(hào)大橋具有以下特點(diǎn)：①橋梁處于地震基本烈度Ⅶ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.1g；②橋址區(qū)位于氣候嚴(yán)寒地區(qū)，表層3.5m黏性土層具有凍脹性，凍脹等級(jí)為Ⅱ級(jí)弱凍脹～Ⅴ級(jí)特強(qiáng)凍脹；③橋址區(qū)位表層3.5m碎石土層具有凍脹性，凍脹等級(jí)為Ⅲ級(jí)弱凍脹～Ⅳ級(jí)強(qiáng)凍脹；④橋址區(qū)位土壤最大凍結(jié)深度為1.91m。

BIM技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)通過全橋進(jìn)行分析論斷：橋梁轉(zhuǎn)體前后環(huán)境多變且存在凍土層，增加施工難度，給施工測量帶來很大的困難，為了增加施工進(jìn)度，減少施工測量誤差。借助于BIM技術(shù)需求高程測量方案，保證橋梁按期完成。

1.3 Revit軟件介紹

Autodesk Revit系列軟件是由全球領(lǐng)先的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件供應(yīng)商Autodesk公司，針對(duì)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)開發(fā)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。目前，以Revit技術(shù)平臺(tái)為基礎(chǔ)推出的專業(yè)版模塊包括Revit Architecture（Revit建筑模塊）、Revit Structure（Revit結(jié)構(gòu)模塊）和Revit MEP（Revit設(shè)備模塊、電氣、給排水）3個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)工具模塊，以滿足設(shè)計(jì)中各專業(yè)的應(yīng)用需求。在Revit模型中，所有的圖紙、二維視圖和三維視圖及明細(xì)表都是同一基本建筑模型數(shù)據(jù)庫的信息表現(xiàn)形式［4］。

2 BIM與施工測量集成

2.1 基于族參數(shù)化建模

橋梁采用Revit進(jìn)行參數(shù)化建模，用參數(shù)來控制圖元真實(shí)世界的物理行為與屬性特征，并定義構(gòu)件之間的邏輯與空間關(guān)系，設(shè)計(jì)師可以通過修改參數(shù)來更改模型中構(gòu)件的大小、形狀，從而實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)橋梁進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design）是指將影響設(shè)計(jì)結(jié)果的各種要素進(jìn)行歸類，將這些要素變成某個(gè)函數(shù)的變量，并設(shè)計(jì)函數(shù)體中變量間的關(guān)系，則可以通過改變函數(shù)變量的不同取值，來得到不同的函數(shù)結(jié)果，或者說通過改變算法，能夠獲得相同函數(shù)所涵蓋的不同設(shè)計(jì)方案［5］。本項(xiàng)目橋梁豎曲線采用半徑為25 000，切線長為96.249 96，外矢距為0.185 28，曲線長為192.498 97圓曲線上，傳統(tǒng)的方法根據(jù)需要的里程計(jì)算所要的高程，而BIM技術(shù)與施工測量集成以后，即把豎曲線要素依托族元素進(jìn)行參數(shù)化處理，使模型本身更加反映現(xiàn)實(shí)。

圖3（a）為0號(hào)塊未加入曲線要素的情況，（b）為加入曲線要素的情況，是模型本身發(fā)生變形。

圖3 0號(hào)塊加入曲線要素變化

2.2 BIM模型高程數(shù)據(jù)的提取

豎曲線要素參數(shù)化處理之后，利用Revit中的標(biāo)高測量工具，對(duì)圖4中處的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高標(biāo)注，從而得到準(zhǔn)確且符合現(xiàn)場實(shí)際的標(biāo)高數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)現(xiàn)場施工中模板的定位工作。由于該處模型是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建立，故能夠契合設(shè)計(jì)圖紙要求。再通過現(xiàn)場對(duì)該處標(biāo)高的復(fù)測，與三維模型對(duì)比，能夠進(jìn)一步使所建立的三維模型符合現(xiàn)場實(shí)際。

圖4 橋梁模型中高程提取

2.3 BIM模型數(shù)據(jù)與施工測量數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)螞蟻河1號(hào)大橋轉(zhuǎn)體前模型數(shù)據(jù)提取，并且與現(xiàn)場施工高程進(jìn)行比較，圖5、6顯示橋梁轉(zhuǎn)體前后橋梁中心、邊線等部位的高程數(shù)據(jù)差值。施工數(shù)據(jù)與規(guī)范達(dá)到合格的范圍可以進(jìn)行施工，轉(zhuǎn)體后誤差都集中在3mm以內(nèi)，表明該橋梁模型與現(xiàn)場施工集成以后具備較高的精度，BIM模型的高程定位精度符合規(guī)范要求。

圖5 橋梁轉(zhuǎn)體前提取高程與施工高程對(duì)比

圖6 橋梁轉(zhuǎn)體后提取高程與施工高程對(duì)比

3 BIM施工流程

通過上述分析比較，BIM模型數(shù)據(jù)完全可以達(dá)到高程放樣的需求，對(duì)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下流程：①從BIM模型中設(shè)置現(xiàn)場控制點(diǎn)高程和橋梁結(jié)構(gòu)點(diǎn)高程分量作為BIM模型復(fù)合對(duì)比依據(jù)，在BIM模型中創(chuàng)建放樣高程控制點(diǎn)；②在已通過審批的橋梁BIM模型中，設(shè)置管線支吊架點(diǎn)位布置，并將所有的放樣點(diǎn)導(dǎo)入Trimble Field Link軟件中；③進(jìn)入現(xiàn)場，使用BIM放樣機(jī)器人對(duì)現(xiàn)場放樣控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，即刻定位放樣機(jī)器人的現(xiàn)場坐標(biāo)；④通過平板電腦選取BIM模型中所需放樣點(diǎn)，指揮機(jī)器人發(fā)射紅外激光自動(dòng)照準(zhǔn)現(xiàn)實(shí)點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)“所見點(diǎn)即所得”，從而將BIM模型精確的反應(yīng)到施工現(xiàn)場［6］。

圖7 BIM模型施工測量流程

4 結(jié)論

BIM技術(shù)可以精準(zhǔn)地融入到施工放樣，BIM技術(shù)放樣模塊是根據(jù)提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維精細(xì)建模，提取的有利于施工放樣的高程數(shù)據(jù)，以便快速指導(dǎo)施工。BIM技術(shù)與施工測量的集成，不但能提高施工放樣作業(yè)效率［7］，而且能夠?qū)崟r(shí)檢核分析放樣的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，提高高程放樣施工的精度。

［1］朱大偉.BIM技術(shù)在施工過程中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2011（26）：5.

［2］高晶晶，鄒俊楨，張金鑰.BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用［J］.橋隧工程，2016（1）：57-61.

［3］洪磊.BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2012.

［4］張為和.基于BIM的夜郎河雙線特大橋施工應(yīng)用方案研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015（3）：83-86.

［5］R Solnosky.Current status of BIM benefits，challenges，and the future potential for the structural discipline［M］.Structures Congress 2013，2013：849-859．

［6］R Volk，J Stengel，F(xiàn) Schultmann.Building Information Modeling(BIM)for existing buildings－Literature review and fu?ture needs［J］.Automation in Construction，2014（38）：109-127.

［7］李季暉，孫永震，曾紹武.BIM技術(shù)在連續(xù)梁施工管理中的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2014（10）：62-66.

The Application of Bim in the Height Measurement of Ant River Bridge No.1

Ren YingqiaoNing BoWang AndongYue Hongjun
（Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714099）

The Ant River Bridge No.1 continuous box beam swivel structure is in the vertical curve,elevation control is difficult,the traditional construction technology is difficult to accurately control the elevation of any point position. The integration of BIM technology and construction measurement greatly reduce the difficulty of construction eleva?tion control,improve the accuracy,shorten the construction period.In this paper,in order to simplify the construction process,improve the efficiency,BIM model was used to extract the elevation of any position of the whole bridge,and the field test was carried out by using the level meter,and the error analysis and feasibility report were got.

BIM model；parameterization；construction survey；accuracy analysis

U445

A

1003-5168（2017）02-0117-03

2017-01-08

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目“三維數(shù)字校園建模精度的研究”（KY2015-65）。

任英橋（1987-），男，碩士，研究方向：三維空間數(shù)據(jù)模型與誤差分析。