BIM的公路工程施工監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用探索

2018年3月5日交通運輸部發(fā)布《關(guān)于推進公路水運工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（交辦公路〔2017〕205號），對于BIM技術(shù)應(yīng)用的方向及目標(biāo)有了比較清晰的指導(dǎo)，在相關(guān)文件中在建設(shè)階段應(yīng)用的要求是“打造項目管理平臺、降低建設(shè)管理成本”。作為基于BIM技術(shù)的一體化綜合管理平臺，能夠為工程建設(shè)帶來更精準(zhǔn)、更高效的管理方式，但普遍存在的特殊節(jié)點工程的管理模式需要更精細，管理手段需要更豐富。

系統(tǒng)研究背景

G524高速公路江蘇通常汽渡至常熟三環(huán)段改擴建工程，作為全國第三批、江蘇省唯一一條綠色示范公路，具有重要的示范引領(lǐng)意義，在綠色示范公路方案策劃階段確定要將此項目打造成智慧公路，而BIM技術(shù)的應(yīng)用明確是在工程創(chuàng)建綠色公路、智慧公路中重要的一個內(nèi)容?；诖?，在方案整體策劃階段，在滿足綠色公路建設(shè)的基本需求的基礎(chǔ)上，提出了建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧公路”的理念，旨在從智慧先行、網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)監(jiān)控的角度提出并策劃了基于BIM技術(shù)的相關(guān)實施方案，從而達到管理創(chuàng)新、建養(yǎng)并重的要求。

在實際應(yīng)用策劃方面，參建各方對于該項目主線高架橋Z73#至Z74#墩鋼箱梁，上跨常合高速公路的等高度連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)頂推施工比較關(guān)注，經(jīng)過多方討論確定現(xiàn)場需要利用BIM技術(shù)實現(xiàn)三維技術(shù)交底，對頂推過程進行全過程監(jiān)測，并實現(xiàn)智能化施工，最終還要考慮運維管理需求。

總體思路及方案

經(jīng)過現(xiàn)場比較明確的需求確定，本著BIM技術(shù)主要為現(xiàn)場服務(wù)的思路，挖掘BIM技術(shù)對于該關(guān)鍵節(jié)點工程施工的價值，尋求BIM應(yīng)用的亮點，最終采取的方案是開發(fā)一套基于BIM技術(shù)的鋼箱梁頂推監(jiān)測、控制集成系統(tǒng)。

具體需求總結(jié)開發(fā)為4個具體的、大型的功能模塊：一是施工流程，滿足三維技術(shù)交底要求；二是頂推監(jiān)測，以滿足進行施工全過程監(jiān)測；三是智能控制，主要滿足頂推功能的智能化施工控制；四是預(yù)留運維監(jiān)測接口，供后續(xù)運維階段使用。

基礎(chǔ)工作描述

基礎(chǔ)工作及實現(xiàn)功能

基礎(chǔ)工作

系統(tǒng)功能開發(fā)之前的基礎(chǔ)工作是模型建立，模型根據(jù)系統(tǒng)功能需要，主要包括下部結(jié)構(gòu)、鋼箱梁、導(dǎo)梁、頂推支架、拼裝支架模型，并將各專業(yè)模型進行總裝，并導(dǎo)入GIS平臺作為可視化管理的基礎(chǔ)。

施工流程主界面

頂推監(jiān)測主界面

施工流程

施工流程主要的功能為模擬該節(jié)點的施工整體工藝流程，共分為全過程模擬、一階段模擬、二階段模擬、三階段模擬、四階段模擬，主要是將重要的施工工藝流程劃分為4個階段，可以實現(xiàn)任意單個流程的演示，也可以全過程流程演示。

通過施工流程的仿真模擬，直觀地展現(xiàn)了整個施工關(guān)鍵過程，驗證了施工方案的可行性，為方案的優(yōu)化提供了新的驗證方式，也實現(xiàn)了可視化虛擬建造。從而輔助施工管理人員尋找、優(yōu)化解決問題的方法，確保施工過程可控。

頂推監(jiān)測

頂推監(jiān)測主要的功能是對施工過程中關(guān)鍵控制因素，頂推力的大小、糾偏千斤頂、落梁千斤頂?shù)膶嶋H數(shù)值監(jiān)測，導(dǎo)梁、鋼箱梁頂推過程中軸向偏差數(shù)值的監(jiān)測、頂推過程中高程的監(jiān)測三大方面，分別用獨立的視圖來顯示各自的監(jiān)測數(shù)值，并能通過模型直接體現(xiàn)實時狀態(tài)。同時，實現(xiàn)接入實時的現(xiàn)場監(jiān)控視頻畫面，將虛擬與現(xiàn)實有機結(jié)合。

通過展示、分析主要監(jiān)測的內(nèi)容，并由數(shù)據(jù)自動采集、傳輸，消除信息孤島，最終實時掌握施工的狀態(tài)及設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)信息化智能管理。

智能控制

智能控制主要的功能是，將所有頂推過程中的千斤頂?shù)仍O(shè)備接入系統(tǒng)，通過系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)及信息，在系統(tǒng)中直接可以操作設(shè)備，控制現(xiàn)場設(shè)備的油壓等參數(shù)，從而來控制整個頂推過程。

運維監(jiān)測

運維監(jiān)測主要針對關(guān)鍵節(jié)點或者全線，對運維過程進行基于BIM模型的數(shù)據(jù)監(jiān)測，也能為運維實際業(yè)務(wù)提供信息化的服務(wù)。

運維監(jiān)測內(nèi)容，包括變形監(jiān)測（主梁擾度、主梁橫向位移、梁端縱向位移、墩頂位移）、應(yīng)變監(jiān)測（主梁斷面應(yīng)變）及疲勞監(jiān)測。

應(yīng)用亮點

完善精細化BIM建設(shè)管理體系

通過在公路工程施工監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用探索及實踐，主要完善及補充了建設(shè)管理對于信息化建設(shè)體系的要求，豐富了建設(shè)管理的手段。

“BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)融合

“BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)融合是以可視化、精細化、智能化的施工過程管控為主體思路。提出“BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)融合方案，建立基于BIM的鋼箱梁頂推系統(tǒng)，實現(xiàn)頂推施工過程實時監(jiān)測以及智能控制，完成GIS平臺、BIM技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合。

實現(xiàn)三維智能化建造

通過BIM模型設(shè)計、建設(shè)管理系統(tǒng)的結(jié)合，成功的將模型可視化和施工管理信息化進行充分整合和展現(xiàn)，對未來的運維期可視化數(shù)據(jù)挖掘和決策管理有較好的指導(dǎo)意義，從而實現(xiàn)了基于BIM的智能化建造。

信息為資產(chǎn)管理服務(wù)

資產(chǎn)管理服務(wù)以全生命周期應(yīng)用為最終目的，創(chuàng)建了貫穿始終的底層數(shù)據(jù)庫，可以逐步擴充完整的工程信息，做到全過程信息完備的、系統(tǒng)的保留，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)在全生命周期信息管理的應(yīng)用，最終可對項目資產(chǎn)管理產(chǎn)生巨大的效益。

應(yīng)用衍生

通過施工監(jiān)測系統(tǒng)的建立，發(fā)現(xiàn)在建設(shè)階段若僅局限于建設(shè)管理平臺一個方向，則會導(dǎo)致在建設(shè)階段的應(yīng)用產(chǎn)品單一，應(yīng)用模式?jīng)]有創(chuàng)新，所以在其他項目上根據(jù)這一思路，針對具體工程開發(fā)了“隧道施工監(jiān)測系統(tǒng)”“承臺大體積混凝土施工溫度監(jiān)測系統(tǒng)”“關(guān)鍵工程鉆孔樁進度監(jiān)控系統(tǒng)”等相關(guān)的衍生產(chǎn)品。同時，應(yīng)用的方式分為兩種，一種是將監(jiān)測系統(tǒng)集成在管理平臺中，另外一種是獨立于管理平臺建立的管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)應(yīng)用方式的多樣化。

基于此，蘇交科BIM中心在建設(shè)階段主要的應(yīng)用方向，確定為以建設(shè)管理平臺的開發(fā)為核心，輔以多元化的施工監(jiān)測系統(tǒng)，補充及完善BIM技術(shù)在建設(shè)階段的應(yīng)用方式，最終形成“全要素信息管理+針對性重點管理”的體系，全覆蓋建設(shè)管理的需求，充分發(fā)揮BIM技術(shù)對于建設(shè)階段的價值。