“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)在鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋施工中的研究和應(yīng)用

孫明路 連飛

（1.武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司，湖北武漢 430000；2.中鐵大橋局集團(tuán)公司，湖北武漢 430000）

0.引言

BIM（Building Information Model，建筑信息模型）技術(shù)最早由美國(guó)Autodesk公司在2002年率先提出[1-2]。BIM是將設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)直至建筑全壽命周期的終結(jié)的各種信息整合于一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)，參建各方人員可以基于BIM進(jìn)行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[3]。目前，大跨度橋梁施工過(guò)程中國(guó)內(nèi)外一般比較重視橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)和控制方面的研究，而對(duì)于橋梁施工設(shè)備的智能化方面，國(guó)內(nèi)外在這方面的研究較少，主要偏重于施工設(shè)備的自動(dòng)化和安全等方面[4-7]。本項(xiàng)目依托鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋施工，采用移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算等技術(shù)，對(duì)橋梁施工設(shè)備智能監(jiān)測(cè)和質(zhì)量安全控制相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，對(duì)于提升施工質(zhì)量安全和管理效率有較大意義。

1.項(xiàng)目概況

安慶至九江鐵路是京港高鐵的重要組成部分，鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋是全線控制性工程。大橋北側(cè)位于湖北省黃梅縣，南側(cè)位于江西省九江市，距離下游已建成通車的九江長(zhǎng)江二橋約5.3km。鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋正線長(zhǎng)度4257.58m，由正橋、北引橋和南引橋組成（見(jiàn)圖1）。正橋南汊航道橋長(zhǎng)1320m，雙塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨672m鋼箱混合梁，國(guó)內(nèi)目前跨度最大，跨中72m范圍內(nèi)斜拉索交叉布置，國(guó)內(nèi)350km/h客運(yùn)專線首次采用。項(xiàng)目工程投資大，施工環(huán)境復(fù)雜、結(jié)構(gòu)形式多樣化，施工難度大，設(shè)計(jì)、質(zhì)量、安全、進(jìn)度等管理難度大，參建方多，協(xié)同難度也大，信息如何及時(shí)互聯(lián)互通問(wèn)題突出，實(shí)現(xiàn)高效管理制約因素較多。

圖1 鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋示意圖

2. BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 BIM模型創(chuàng)建

BIM總模型包括地理信息模型、橋梁結(jié)構(gòu)模型和臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型。

（1）地理信息模型。應(yīng)用無(wú)人機(jī)攝影采集地物圖像，通過(guò)影像處理構(gòu)建三維GIS數(shù)據(jù)模型。通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)將GIS模型、橋梁結(jié)構(gòu)模型、臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型組合匹配，構(gòu)建出主體結(jié)構(gòu)、原始地貌、構(gòu)筑物的相對(duì)關(guān)系（見(jiàn)圖2），在平臺(tái)中，在該地理位置將橋梁搭建出來(lái)，用于優(yōu)化臨時(shí)設(shè)施布置和施工方案。

圖2 地理模型中測(cè)量面積、布置臨時(shí)設(shè)施

（2）橋梁結(jié)構(gòu)模型。橋梁結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用Bentley等軟件構(gòu)建。軸線網(wǎng)絡(luò)線路模型由Bentley ORD軟件構(gòu)建，橋跨模型由Bentley CSD參數(shù)化構(gòu)建，橋梁結(jié)構(gòu)模型通過(guò)平縱曲線組合而成，實(shí)現(xiàn)了模型的美觀與完整，模型軸網(wǎng)及標(biāo)高的準(zhǔn)確性也得到保證。主體模型結(jié)構(gòu)屬性按照鐵路分部分項(xiàng)工程結(jié)構(gòu)要求來(lái)劃分，并進(jìn)行EBS編碼賦予[8]，實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通。

（3）臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)用Tekla2016軟件建立施工棧橋、平臺(tái)等大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型，主要用于實(shí)現(xiàn)施工方案的輔助優(yōu)化。

2.2 搭建BIM管理平臺(tái)

應(yīng)用“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”管理技術(shù)，建立三維可視BIM管理平臺(tái)。3個(gè)操作端：BIM模型端、Web管理端、手機(jī)App端，3個(gè)端口數(shù)據(jù)互通實(shí)現(xiàn)施工情況能及時(shí)反應(yīng)到模型，參建各方可通過(guò)數(shù)據(jù)查看及分析，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，全程把控現(xiàn)場(chǎng)（見(jiàn)圖3）。

圖3 平臺(tái)組成及特點(diǎn)

（1）BIM模型端實(shí)現(xiàn)已完成的施工數(shù)據(jù)，將目前的進(jìn)度、難點(diǎn)直觀地展示，管理人員依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，及時(shí)決策。

（2）Web業(yè)務(wù)端應(yīng)用EBS編碼，串聯(lián)技術(shù)、質(zhì)量、安全、進(jìn)度、物資管理等業(yè)務(wù)信息，按分部分項(xiàng)對(duì)工程進(jìn)行劃分，細(xì)化結(jié)構(gòu)單元，實(shí)現(xiàn)工程管理標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的目的，數(shù)據(jù)信息來(lái)源移動(dòng)端與Web業(yè)務(wù)端。

（3）手機(jī)App端實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)填報(bào)施工數(shù)據(jù)，管理人員可及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)度，可及時(shí)查詢監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。如超大體積混凝土智能溫控制技術(shù)，通過(guò)手機(jī)快速獲取到傳感器采集到的數(shù)據(jù)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，有效提升養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

3. BIM應(yīng)用情況

3.1 價(jià)值應(yīng)用分析

3.1.1 設(shè)計(jì)管理

實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)圖紙與三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件的“差錯(cuò)漏碰”，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1.2 技術(shù)管理

線上查閱、審批方案、圖紙等技術(shù)資料，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)度，方便讀取各種數(shù)據(jù)，下達(dá)各種指示、指令。實(shí)時(shí)掌握監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，把控現(xiàn)場(chǎng)，手機(jī)App端亦可查看。

3.1.3 安全管理

問(wèn)題發(fā)起后，實(shí)現(xiàn)與模型部位相關(guān)聯(lián)，提示存在問(wèn)題具體位置，推送信息至相關(guān)責(zé)任人，提示至整改完成。實(shí)現(xiàn)問(wèn)題提出、整改的閉環(huán)管理，全過(guò)程可追溯，手機(jī)App可發(fā)起。

3.1.4 質(zhì)量管理

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立以工序驗(yàn)收為核心的質(zhì)量控制體系，建立上道工序檢驗(yàn)合格才能進(jìn)行下個(gè)工序的流程，實(shí)現(xiàn)工序驗(yàn)收與檢驗(yàn)批關(guān)聯(lián)，工序驗(yàn)收與模型關(guān)聯(lián)，施工和驗(yàn)收全程可追溯。

內(nèi)置檢驗(yàn)批模塊，表單化輸入、基本信息自動(dòng)錄入，提高了檢驗(yàn)批驗(yàn)收、填報(bào)的效率，手機(jī)App亦可現(xiàn)場(chǎng)審批簽認(rèn)。

3.1.5 計(jì)劃進(jìn)度管理

實(shí)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度自動(dòng)進(jìn)行對(duì)比與分析，直觀反映每個(gè)分部分項(xiàng)工程提前、正常、滯后等施工狀態(tài)。列出時(shí)間數(shù)據(jù)，分析出現(xiàn)問(wèn)題的工序，原因是什么？指導(dǎo)后續(xù)施工。

3.1.6 物料管理

對(duì)物料的供應(yīng)商、采購(gòu)、運(yùn)輸、進(jìn)庫(kù)量、出庫(kù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立供應(yīng)商的生產(chǎn)信息、進(jìn)庫(kù)時(shí)的存儲(chǔ)信息、出庫(kù)后的使用信息一體化物資管理體系，實(shí)現(xiàn)物料數(shù)據(jù)與模型結(jié)合，幫助管理者全面掌握物料情況，為物資管理提供數(shù)據(jù)支撐，為決策提供依據(jù)。

3.2 應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)

（1）地質(zhì)建模對(duì)比分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化成孔工藝。橋位處于地質(zhì)復(fù)雜地段，地下溶洞呈串珠狀發(fā)育，樁基施工過(guò)程中會(huì)遇到很多不確定因素，拉長(zhǎng)工期。因此，通過(guò)對(duì)比分析地質(zhì)勘探柱狀圖和三維CT物探巖溶性狀，建立三維地質(zhì)模型（見(jiàn)圖4），可直觀揭示樁基地質(zhì)分層級(jí)溶洞的分布，較準(zhǔn)確及時(shí)復(fù)雜溶洞與樁基之間的相對(duì)關(guān)系（N15墩代表），提前優(yōu)化設(shè)計(jì)，精確采取巖溶處理措施，優(yōu)化成孔工藝，降低成孔風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省施工時(shí)間。

圖4 三維地質(zhì)建模

（2）全過(guò)程數(shù)據(jù)收集匯總，便于分析，提供決策依據(jù)。平臺(tái)將施工中的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、物料等關(guān)鍵要素產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全程收集匯總，模型端數(shù)據(jù)將展現(xiàn)，便于管理人員下一步數(shù)據(jù)分析，可為后續(xù)施工決策提供數(shù)據(jù)支撐。竣工后，也可為運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)支持。

4.取得的成效

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

應(yīng)用三維建模檢查（見(jiàn)圖5），發(fā)現(xiàn)鋼箱梁、鋼錨箱、板單元之間等設(shè)計(jì)圖紙300余處“差、錯(cuò)、漏、碰”，及時(shí)修正，減少施工中錯(cuò)誤。

圖5 鋼箱梁與錨固區(qū)模型檢查

4.2 可視化交底，指導(dǎo)施工

三維可視化交底（見(jiàn)圖6），便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)、施工人員全面深入了解各工序、構(gòu)件之間的銜接關(guān)系，減少返工。

圖6 棧橋、施工平臺(tái)模型、鋼筋模型可視化交底

4.3 搭建“數(shù)字工地”

全程數(shù)據(jù)收集分析，各業(yè)務(wù)模塊互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)信息展現(xiàn)可視化、業(yè)務(wù)管理數(shù)字化、過(guò)程控制智能化、指揮決策智能化，搭建了真正意義上的“數(shù)字工地”。

5. 取得的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）檢驗(yàn)批及時(shí)簽認(rèn)。按照鐵路相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收記錄表與施工記錄表，通過(guò)規(guī)范流程、表單化錄入、審批簽認(rèn)自動(dòng)推送并信息提醒等方式，提高了效率。對(duì)錄入數(shù)據(jù)采用結(jié)構(gòu)化、數(shù)字化方式存儲(chǔ)，進(jìn)行質(zhì)量趨勢(shì)分析，動(dòng)態(tài)掌控現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

（2）質(zhì)量安全管理加強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題可通過(guò)手機(jī)App選擇部位填寫具體問(wèn)題、上傳照片等附件，指定責(zé)任人和整改時(shí)間。確保責(zé)任落實(shí)到人，問(wèn)題有回復(fù)，處理有結(jié)果，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄出現(xiàn)同類問(wèn)題的頻次，以便針對(duì)性地側(cè)重管理。

6. 結(jié)語(yǔ)

信息化、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用是社會(huì)發(fā)展的大方向。“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)在安九鐵路鳊魚(yú)洲長(zhǎng)江大橋的研究和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建設(shè)各方同一平臺(tái)協(xié)同工作，提高了工作效率；三維建模檢查有效解決傳統(tǒng)圖紙的差、錯(cuò)、漏、碰問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)；為物資采購(gòu)和計(jì)劃編制提供依據(jù)，提高管理水平，減少浪費(fèi)；同時(shí)建立各方協(xié)同管理體系，實(shí)現(xiàn)建設(shè)各方信息共享，方便各方對(duì)建設(shè)項(xiàng)目全程把控。在取得成效的同時(shí)，我們也深刻地感受到：BIM技術(shù)就是工程信息化，還需要行業(yè)主管部門能夠有效地推行電子資料的行業(yè)認(rèn)可程度，只有行業(yè)主管認(rèn)可電子數(shù)據(jù)后，BIM技術(shù)的推行才能更加的有力度，對(duì)工程建設(shè)過(guò)程的效率能帶來(lái)更大的提升。BIM技術(shù)的應(yīng)用需要人力、物力、財(cái)力支撐，鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目在推動(dòng)BIM技術(shù)應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮這部分費(fèi)用?！癇IM+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的應(yīng)用極大地推動(dòng)了工程信息化的進(jìn)程，為鐵路工程建設(shè)從機(jī)械化向信息化智能化方向邁出了堅(jiān)實(shí)的一大步。