基于BIM的橋梁施工監(jiān)控云平臺(tái)應(yīng)用研究

韋武朗

摘要：文章以BIM、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立橋梁施工監(jiān)控云平臺(tái)，解決了制定橋梁BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和工程分解結(jié)構(gòu)編碼、基于TEKLA的橋梁快速建模、橋梁模型碰撞檢測(cè)和輕量化處理、橋梁施工進(jìn)度控制可視化等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了橋梁施工進(jìn)度控制可視化以及以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的橋梁健康監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：橋梁建設(shè);BIM;云平臺(tái);物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

近幾十年來(lái)，南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、上海長(zhǎng)江大橋等一系列大跨度公路鐵路橋梁相繼建成。但在建設(shè)過(guò)程中，存在著如下問(wèn)題：（1）對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)的兩用斜拉橋，在施工過(guò)程中有大量的施工要點(diǎn)，涉及高技術(shù);（2）大量的數(shù)據(jù)使得信息的存儲(chǔ)、傳輸和交換變得困難;（3）工程操作復(fù)雜，協(xié)調(diào)溝通困難;（4）施工周期長(zhǎng)，過(guò)程不可控，對(duì)過(guò)程和資源的管理是零碎的;（5）橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣，加工精度高，制造風(fēng)險(xiǎn)大，工藝復(fù)雜。

因此，建立基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、移動(dòng)終端等現(xiàn)代信息技術(shù)和精益管理理念的橋梁建設(shè)監(jiān)控云平臺(tái)勢(shì)在必行。利用該云平臺(tái)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取施工信息，集中存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，模擬復(fù)雜的施工過(guò)程，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以達(dá)到預(yù)警、監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)源、控制關(guān)鍵面板點(diǎn)的重新劃線、減少危險(xiǎn)和質(zhì)量問(wèn)題的目的。從而大大提高了各合作建筑方的合作效率，對(duì)工程的施工進(jìn)度、工程質(zhì)量、安全和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了控制[1-2]。

1 云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)原理

BIM多用于施工前的仿真和指導(dǎo)，對(duì)BIM技術(shù)在施工過(guò)程中的研究較少。云平臺(tái)的核心是BIM技術(shù)，體系結(jié)構(gòu)是云平臺(tái)，基礎(chǔ)是傳感技術(shù)，傳輸方式是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控對(duì)象是橋梁建設(shè)。基于BIM的云管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤橋梁施工信息，通過(guò)專業(yè)分析數(shù)據(jù)，管理綜合信息，評(píng)估和預(yù)警安全風(fēng)險(xiǎn)，從而使橋梁施工管理向“施工前預(yù)判、施工中監(jiān)理”的動(dòng)態(tài)應(yīng)用轉(zhuǎn)變[3-4]。見(jiàn)下頁(yè)圖1。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 橋梁BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟頒布的《鐵路工程信息模型EBS和IFD標(biāo)準(zhǔn)》和《鐵路工程分解結(jié)構(gòu)EBS指導(dǎo)意見(jiàn)》，制定了橋梁建設(shè)的BIM建模標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

橋梁建模的精度和粒度受施工方案的控制，如對(duì)需要進(jìn)行多次澆筑的墩身構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行分段建模。在將其導(dǎo)入云平臺(tái)之前，模型屬性應(yīng)該是完整的，如EBS、數(shù)量、材料類型、代碼、地點(diǎn)、里程、圖號(hào)等。然后對(duì)其進(jìn)行施工模擬、進(jìn)度模擬和進(jìn)度跟蹤管理，保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，通過(guò)軌道及附屬結(jié)構(gòu)的建模，提高橋梁的可視化程度。利用TEKLA軟件建立了橋梁主體模型、橋梁?jiǎn)卧Ｐ汀摻钅Ｐ秃捅O(jiān)測(cè)模型。

2.2 碰撞檢查與圖形優(yōu)化

橋梁施工中的位置沖突應(yīng)通過(guò)目視檢查和碰撞檢查進(jìn)行確定。位置沖突包括三種類型：

（1）施工中不能調(diào)整的位置沖突，如鋼橋構(gòu)件之間的位置，鋼構(gòu)件、鋼筋與埋件之間的位置等;

（2）施工過(guò)程中可調(diào)整的位置沖突，如鋼筋碰撞;

（3）不存在位置沖突，但施工空間不夠。

通過(guò)碰撞檢測(cè)可以提前發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)變更和圖紙優(yōu)化可以解決碰撞問(wèn)題，從而消除設(shè)計(jì)缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，可以避免返工，減少時(shí)間和精力的消耗，從而降低成本。

2.3 輕量級(jí)處理

作為橋梁BIM模型的關(guān)鍵，輕量化處理必須將模型文件減少到源文件的1/10，在保證橋梁模型所包含的屬性和幾何數(shù)據(jù)不丟失的前提下，保證模型文件的高效傳輸和應(yīng)用。流程圖如圖2所示。

利用三維輕量級(jí)處理插件，可以簡(jiǎn)化BIM模型，這樣做主要有三個(gè)目的：（1）在數(shù)據(jù)完整的前提下，對(duì)源文件進(jìn)行了簡(jiǎn)化和壓縮;（2）數(shù)據(jù)提取與存儲(chǔ)：所有的屬性數(shù)據(jù)、屬性類型信息、子模型之間的關(guān)系、橋梁元素和部件都可以集中提取并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中;（3）展示與操作：視點(diǎn)切換、縮放、仿形、邊框消隱、透明、貼標(biāo)、測(cè)量。橋梁輕量化建模如下頁(yè)圖3所示。

3 基于BIM的管理

為滿足方便管理的需求，應(yīng)建立基于BIM的管理模式和應(yīng)用思路。模型管理如下頁(yè)圖4所示。

模型導(dǎo)航應(yīng)通過(guò)添加不同橋梁?jiǎn)卧哪Ｐ秃驼麄€(gè)橋梁來(lái)完成。橋梁模型單元應(yīng)與相應(yīng)的二維圖形相匹配，方便查看不同橋梁?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)的二維圖形。對(duì)橋梁模型構(gòu)件的幾何信息、材料性能、電子束散射等性能進(jìn)行檢測(cè)?？梢宰远x保存當(dāng)前視圖以便下次檢查。

3.1 基于網(wǎng)絡(luò)圖的可視化進(jìn)度管理

根據(jù)進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)圖的計(jì)算原理，以EBS為核心的三維可視化進(jìn)度管理將條形圖、網(wǎng)絡(luò)圖、三維BIM模型和屬性結(jié)合起來(lái)，如圖5所示。

通過(guò)比較不同顏色的曲線，可以對(duì)特定時(shí)間段內(nèi)的實(shí)際進(jìn)度和目標(biāo)進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，BIM模型可以用來(lái)研究工人、機(jī)器和材料進(jìn)度不同的原因。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行關(guān)鍵路徑優(yōu)化和進(jìn)度偏差檢查，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的控制。同時(shí)，結(jié)合電子施工日志，該平臺(tái)可以對(duì)項(xiàng)目工程能力進(jìn)行檢查，進(jìn)一步獲取整個(gè)橋梁工程的施工進(jìn)度。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)

移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序和服務(wù)器應(yīng)用程序通過(guò)集成接口與全站儀、水準(zhǔn)儀等監(jiān)控設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)結(jié)算的實(shí)時(shí)采集。同時(shí)，可以通過(guò)電子施工日志對(duì)實(shí)時(shí)壓力進(jìn)行跟蹤，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，如圖6所示。健康監(jiān)測(cè)的三維可視化、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和超限預(yù)警，有助于幫助工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)和分析施工安全隱患，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用

移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用有助于探討橋梁BIM模型建設(shè)和動(dòng)畫(huà)仿真輔助技術(shù)公開(kāi)，保證質(zhì)量。將BIM模型導(dǎo)入移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用程序中，有助于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置，并與實(shí)體進(jìn)行比較，直觀地找出質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)拍照記錄質(zhì)量缺陷，將所有問(wèn)題匯總生成整改通知單，用于下發(fā)。因此，工程技術(shù)人員在施工過(guò)程中能及時(shí)處理問(wèn)題，加強(qiáng)質(zhì)量控制。施工模板、質(zhì)量控制要點(diǎn)、施工模擬動(dòng)畫(huà)、現(xiàn)場(chǎng)布置等均采用BIM顯示，為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制提供服務(wù)。

3.4 設(shè)計(jì)與應(yīng)用

云平臺(tái)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)采用了一系列先進(jìn)的主流技術(shù)，如松耦合的SOA框架、互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、XML數(shù)據(jù)交互、FLEX等，可以應(yīng)用于各種案例和服務(wù)對(duì)象。主要功能包括BIM視圖管理、圖像進(jìn)度管理、施工監(jiān)控、安全風(fēng)險(xiǎn)控制、質(zhì)量管理、圖紙管理、三維技術(shù)講解和綜合展示等，如圖7所示。

在實(shí)際應(yīng)用中，該平臺(tái)基于BIM，能夠?qū)崟r(shí)獲取準(zhǔn)確的工程信息。此外，它還可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和共享數(shù)據(jù)，以提高所有參與者的效率，促進(jìn)工程進(jìn)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。其影響可歸納為：

EBS代碼可以與BIM模型集成，從而在BIM模型和EBS代碼之間建立相應(yīng)的關(guān)系，以及建立大跨度橋梁BIM模型的操作準(zhǔn)則。通過(guò)碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)影響橋梁質(zhì)量的橋梁預(yù)應(yīng)力鋼碰撞點(diǎn)共160處，并提前對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，減少了施工返工步驟，節(jié)省了施工工期，保證了施工質(zhì)量。基于圖形輕量級(jí)技術(shù)，平臺(tái)可以將模型壓縮到1∶50的比例，從而降低了模型應(yīng)用的門檻。BIM平臺(tái)集成橋梁健康監(jiān)測(cè)信息，如橋梁纜索應(yīng)力、鋼圍堰監(jiān)測(cè)、大體積混凝土溫度、樁基沉降等。3個(gè)月以來(lái)，已采取了178項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施?；贐IM的三維集成管理平臺(tái)，闡述了關(guān)鍵的施工方法，實(shí)時(shí)控制安全風(fēng)險(xiǎn)，掌握項(xiàng)目的實(shí)時(shí)進(jìn)度，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行嚴(yán)格的管理?；贐IM的管理共享平臺(tái)提高了所有參與者的日常協(xié)同管理效率，減少了溝通和日常點(diǎn)檢的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合BIM、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、移動(dòng)終端等新技術(shù)，規(guī)范性地建成橋梁施工云平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)獲取準(zhǔn)確的工程信息，合理控制施工過(guò)程。基于橋梁施工質(zhì)量、安全、風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度的三維顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程動(dòng)態(tài)狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。應(yīng)用程序可以按順序分配任務(wù)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。該平臺(tái)還可以使所有參與者共享信息，共同受益。BIM應(yīng)用程序從靜態(tài)改進(jìn)為動(dòng)態(tài)，可提高橋梁建設(shè)工程信息化管理水平和精細(xì)化決策能力，逐步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精益化。

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