BIM技術在石濟黃河橋施工安全管理中的應用

■ 張曉洋 林佳瑞 方繼 杜伸云 胡振中 張建平 梁崇雙

BIM技術在石濟黃河橋施工安全管理中的應用

■ 張曉洋 林佳瑞 方繼 杜伸云 胡振中 張建平 梁崇雙

研究針對石濟黃河公鐵兩用橋工程體量大、制造精度高、施工工期緊、安全風險高的特點，探索BIM技術在橋梁施工安全管理方面的創新性應用，重點闡述基于BIM的工況管理、安全監控管理及分析等內容。研究結果表明，基于BIM進行橋梁的施工安全監測與管理，可實現數據的動態集成及可視化，有效保障橋梁施工質量和安全，具有較為深遠的應用意義和推廣價值。

BIM；工況管理；安全監控；橋梁施工；信息集成；石濟黃河橋；施工安全管理

0 引言

眾所周知，B I M的出現，引發整個A／E／C（Architecture／Engineering／Construction）領域的一次徹底的變革[1]。近年來，我國橋梁建設突飛猛進，橋梁施工安全逐漸成為業內人士關注的焦點[2]。將BIM技術應用于鐵路橋梁中，能有效提高施工安全管理成效。

石濟黃河公鐵兩用橋位于山東省濟南市，跨越黃河主槽，其下層鐵路為石濟、邯濟、膠濟聯絡線鐵路左、右線，上層公路為雙向六車道公路。采用（128+3×180+128）m剛性懸索加勁連續鋼桁梁跨越黃河主槽，全長798．3 m，總質量36 249 t，是我國首次建造的大跨度剛性懸索加勁連續鋼桁梁公鐵兩用橋。由于面臨工程體量大、制造精度高、施工工期緊、安全風險高等問題，引入BIM技術對施工安全進行實時高效的管控。下面結合本工程就BIM技術在橋梁施工安全管理方面的創新應用進行介紹。

1 基于BIM的工況管理

多年來，國內外對頂推施工進行了大量研究[3]和推廣，頂推施工法在我國業已得到廣泛發展。本項目中主橋采用頂推施工，頂推工況復雜，多達62個工況，每個工況所涉及的工況文件、數據、信息冗雜，管理難度大。

項目以BIM技術為基礎，利用BIM模型統一管理各工況信息，并建立與三維模型的關聯。管理人員可以直觀查詢工況的基本信息，上傳、查詢和刪除工況附件，實現數據文件的統一管理和可追溯性。同時，可通過時間點直接在三維平臺中查詢當前工況下的施工模型，進行可視化的交流和溝通，為用戶帶來極大便利，也為后續基于工況的數據動態集成和監控量測打下堅實的基礎。

2 基于BIM的安全監控

安全監控一直以來都是橋梁施工過程的一大難題，本研究從測點布置、數據集成、分析評估三大方面進一步闡述BIM技術在安全監控管理中的應用，為施工安全提供保障。

2.1 應力測點布置

應力監測是橋梁施工監控中重要的一環，監測方案中對測點的合理選取和布置至關重要。將測點與模型進行關聯，可以進行三維可視化的測點布置和查詢（見圖1），對于導梁、主橋及臨設結構上的測點可進行分類統計查詢及管理，同時也為后續監控信息的動態集成奠定基礎。

2.2 監控信息動態集成

實際施工過程中，隨著各個工況的進行，會產生大量的監控數據，如何對這些數據進行合理管理和分析尤為重要。動態集成各個工況下監測點的監控數據，進行統一管理。

將監控數據與監測點動態集成后，針對主橋和臨設結構，可自動進行分類統計和分析，包括實測值、預警值的直觀對比，可視化呈現監控結果等。基于清華大學4D-BIM系統[4]，不僅可以查詢單個工況下所有監測點的受力情況，還可以分析單個監測點不同工況下的受力情況對比及該監測點所包含的基本信息和實測理論應力對比信息（見圖2），實現橫向和縱向的應力對比分析，從而輔助施工管理人員現場決策。

在監控信息動態集成的基礎上，根據項目需求，實現了分類自動報表導出功能。系統可導出任一工況下主橋結構或臨設結構的應力監控、工況三維效果等數據，形成監控報告，輔助現場施工管理及資料存儲（見圖3），從而有效避免數據及信息的丟失，方便統一管理。

2.3 綜合分析及評估

在監控點數據集成的基礎上，對數據進行分析統計，從而真正實現監控信息集成的價值，同時也支持前后協同工作。從分級預警、風險搜索及安全評估三方面進一步進行探索和應用，發揮其價值。

2.3.1 分級預警

在數據集成的基礎上，針對每個工況下所有監測點受力情況，根據實測值、理論值及預警值三者的關系，制定分級標準，分為紅色預警、橙色預警、黃色預警和安全狀態，自動進行分級預警，快速定位危險點在模型中的位置，方便現場人員及時查詢、分析（見圖4）。

2.3.2 風險搜索

將Midas理論計算結果及現場監控點檢測結果全部集成于平臺中，進行理論和實測分析：既可分析全部工況下最危險桿件及其對應工況情況，并快速定位；也可分析指定工況下最危險桿件及其基本受力信息，并快速定位（見圖5）。這樣基于理論和實測分析的風險搜索，一方面實現了理論和實測情況的對比，另一方面又能夠快速定位問題桿件，輔助現場校驗審核。

2.3.3 安全評估

將數據動態集成后，可根據評估標準及報告模板，綜合分析各工況監控情況，并自動導出各工況所對應的安全分析報告，包括主橋安全分析報告和臨設結構安全分析報告（見圖6），輔助現場施工決策。

3 結束語

將BIM技術運用于橋梁施工中，探索其在安全管理方面的創新性研究與應用。提出基于BIM的工況管理及安全管控，并進一步針對橋梁施工安全，從測點布置、數據集成及安全評估三大方面展開深入研究及應用，為施工現場質量安全管理帶來新的手段和管理工具，有效提高質量安全管控效率。實際研究及應用表明：以BIM技術為基礎，采用三維可視化實現有效溝通、數據動態集成支持數據動態分析與查詢、網絡技術支持前后方協同分析等手段，可切實提高橋梁施工成效，改善施工質量安全。在類似項目中推廣并深化其相關應用，將進一步發揮其價值。

[1] YOUNG N W，JONES S A，BERNSTEIN H M，et al．The business value of BIM-getting building information modeling to the bottom line[R]． Bedford：McGraw-Hill Construction，2009．

[2] 劉海營． 橋梁臨時結構施工工況分析[J]． 中國高新技術企業，2012(19)：100-101．

[3] 陳天艷． 黃河路高架橋頂推施工分析及現場監測研究[J]．鐵道建筑技術，2015(9)：18-21．

[4] 林佳瑞，張建平，鐘耀鋒． 基于4D-BIM的施工進度-資源均衡模型自動構建與應用[J]． 土木建筑工程信息技術，2014(6)：44-49．

張曉洋：清華大學，碩士研究生，北京，100084

林佳瑞：清華大學，博士研究生，北京，100084

方 繼：中國中鐵四局集團鋼結構有限公司，教授級高級工程師，安徽 合肥，230000

杜伸云： 中國中鐵四局集團鋼結構有限公司，工程師，安徽 合肥，230000

胡振中：清華大學，副教授，北京，100084

張建平：清華大學，教授，北京，100084

梁崇雙： 中國中鐵四局集團鋼結構有限公司，工程師，安徽 合肥，230000

責任編輯 苑曉蒙

U44；TP319

B

1672-061X（2015）06-0074-03

國家自然科學基金資助項目（51478249；51278274）。