BIM技術(shù)在石濟(jì)黃河橋施工安全管理中的應(yīng)用

■ 張曉洋 林佳瑞 方繼 杜伸云 胡振中 張建平 梁崇雙

BIM技術(shù)在石濟(jì)黃河橋施工安全管理中的應(yīng)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，探索BIM技術(shù)在橋梁施工安全管理方面的創(chuàng)新性應(yīng)用，重點(diǎn)闡述基于BIM的工況管理、安全監(jiān)控管理及分析等內(nèi)容。研究結(jié)果表明，基于BIM進(jìn)行橋梁的施工安全監(jiān)測與管理，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)集成及可視化，有效保障橋梁施工質(zhì)量和安全，具有較為深遠(yuǎn)的應(yīng)用意義和推廣價(jià)值。

BIM；工況管理；安全監(jiān)控；橋梁施工；信息集成；石濟(jì)黃河橋；施工安全管理

0 引言

眾所周知，B I M的出現(xiàn)，引發(fā)整個(gè)A／E／C（Architecture／Engineering／Construction）領(lǐng)域的一次徹底的變革[1]。近年來，我國橋梁建設(shè)突飛猛進(jìn)，橋梁施工安全逐漸成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路橋梁中，能有效提高施工安全管理成效。

石濟(jì)黃河公鐵兩用橋位于山東省濟(jì)南市，跨越黃河主槽，其下層鐵路為石濟(jì)、邯濟(jì)、膠濟(jì)聯(lián)絡(luò)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(xù)鋼桁梁跨越黃河主槽，全長798．3 m，總質(zhì)量36 249 t，是我國首次建造的大跨度剛性懸索加勁連續(xù)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(fēng)險(xiǎn)高等問題，引入BIM技術(shù)對施工安全進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的管控。下面結(jié)合本工程就BIM技術(shù)在橋梁施工安全管理方面的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 基于BIM的工況管理

多年來，國內(nèi)外對頂推施工進(jìn)行了大量研究[3]和推廣，頂推施工法在我國業(yè)已得到廣泛發(fā)展。本項(xiàng)目中主橋采用頂推施工，頂推工況復(fù)雜，多達(dá)62個(gè)工況，每個(gè)工況所涉及的工況文件、數(shù)據(jù)、信息冗雜，管理難度大。

項(xiàng)目以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，利用BIM模型統(tǒng)一管理各工況信息，并建立與三維模型的關(guān)聯(lián)。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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的統(tǒng)一管理和可追溯性。同時(shí)，可通過時(shí)間點(diǎn)直接在三維平臺中查詢當(dāng)前工況下的施工模型，進(jìn)行可視化的交流和溝通，為用戶帶來極大便利，也為后續(xù)基于工況的數(shù)據(jù)動態(tài)集成和監(jiān)控量測打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 基于BIM的安全監(jiān)控

安全監(jiān)控一直以來都是橋梁施工過程的一大難題，本研究從測點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)集成、分析評估三大方面進(jìn)一步闡述BIM技術(shù)在安全監(jiān)控管理中的應(yīng)用，為施工安全提供保障。

2.1 應(yīng)力測點(diǎn)布置

應(yīng)力監(jiān)測是橋梁施工監(jiān)控中重要的一環(huán)，監(jiān)測方案中對測點(diǎn)的合理選取和布置至關(guān)重要。將測點(diǎn)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以進(jìn)行三維可視化的測點(diǎn)布置和查詢（見圖1），對于導(dǎo)梁、主橋及臨設(shè)結(jié)構(gòu)上的測點(diǎn)可進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)查詢及管理，同時(shí)也為后續(xù)監(jiān)控信息的動態(tài)集成奠定基礎(chǔ)。

2.2 監(jiān)控信息動態(tài)集成

實(shí)際施工過程中，隨著各個(gè)工況的進(jìn)行，會產(chǎn)生大量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理管理和分析尤為重要。動態(tài)集成各個(gè)工況下監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與監(jiān)測點(diǎn)動態(tài)集成后，針對主橋和臨設(shè)結(jié)構(gòu)，可自動進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)和分析，包括實(shí)測值、預(yù)警值的直觀對比，可視化呈現(xiàn)監(jiān)控結(jié)果等。基于清華大學(xué)4D-BIM系統(tǒng)[4]，不僅可以查詢單個(gè)工況下所有監(jiān)測點(diǎn)的受力情況，還可以分析單個(gè)監(jiān)測點(diǎn)不同工況下的受力情況對比及該監(jiān)測點(diǎn)所包含的基本信息和實(shí)測理論應(yīng)力對比信息（見圖2），實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的應(yīng)力對比分析，從而輔助施工管理人員現(xiàn)場決策。

在監(jiān)控信息動態(tài)集成的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目需求，實(shí)現(xiàn)了分類自動報(bào)表導(dǎo)出功能。系統(tǒng)可導(dǎo)出任一工況下主橋結(jié)構(gòu)或臨設(shè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)控、工況三維效果等數(shù)據(jù)，形成監(jiān)控報(bào)告，輔助現(xiàn)場施工管理及資料存儲（見圖3），從而有效避免數(shù)據(jù)及信息的丟失，方便統(tǒng)一管理。

2.3 綜合分析及評估

在監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，從而真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息集成的價(jià)值，同時(shí)也支持前后協(xié)同工作。從分級預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)搜索及安全評估三方面進(jìn)一步進(jìn)行探索和應(yīng)用，發(fā)揮其價(jià)值。

2.3.1 分級預(yù)警

在數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，針對每個(gè)工況下所有監(jiān)測點(diǎn)受力情況，根據(jù)實(shí)測值、理論值及預(yù)警值三者的關(guān)系，制定分級標(biāo)準(zhǔn)，分為紅色預(yù)警、橙色預(yù)警、黃色預(yù)警和安全狀態(tài)，自動進(jìn)行分級預(yù)警，快速定位危險(xiǎn)點(diǎn)在模型中的位置，方便現(xiàn)場人員及時(shí)查詢、分析（見圖4）。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)搜索

將Midas理論計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)檢測結(jié)果全部集成于平臺中，進(jìn)行理論和實(shí)測分析：既可分析全部工況下最危險(xiǎn)桿件及其對應(yīng)工況情況，并快速定位；也可分析指定工況下最危險(xiǎn)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(shí)測分析的風(fēng)險(xiǎn)搜索，一方面實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)測情況的對比，另一方面又能夠快速定位問題桿件，輔助現(xiàn)場校驗(yàn)審核。

2.3.3 安全評估

將數(shù)據(jù)動態(tài)集成后，可根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)告模板，綜合分析各工況監(jiān)控情況，并自動導(dǎo)出各工況所對應(yīng)的安全分析報(bào)告，包括主橋安全分析報(bào)告和臨設(shè)結(jié)構(gòu)安全分析報(bào)告（見圖6），輔助現(xiàn)場施工決策。

3 結(jié)束語

將BIM技術(shù)運(yùn)用于橋梁施工中，探索其在安全管理方面的創(chuàng)新性研究與應(yīng)用。提出基于BIM的工況管理及安全管控，并進(jìn)一步針對橋梁施工安全，從測點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)集成及安全評估三大方面展開深入研究及應(yīng)用，為施工現(xiàn)場質(zhì)量安全管理帶來新的手段和管理工具，有效提高質(zhì)量安全管控效率。實(shí)際研究及應(yīng)用表明：以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用三維可視化實(shí)現(xiàn)有效溝通、數(shù)據(jù)動態(tài)集成支持?jǐn)?shù)據(jù)動態(tài)分析與查詢、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持前后方協(xié)同分析等手段，可切實(shí)提高橋梁施工成效，改善施工質(zhì)量安全。在類似項(xiàng)目中推廣并深化其相關(guān)應(yīng)用，將進(jìn)一步發(fā)揮其價(jià)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(shí)結(jié)構(gòu)施工工況分析[J]． 中國高新技術(shù)企業(yè)，2012(19)：100-101．

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

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

張曉洋：清華大學(xué)，碩士研究生，北京，100084

林佳瑞：清華大學(xué)，博士研究生，北京，100084

方 繼：中國中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)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(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，工程師，安徽 合肥，230000

胡振中：清華大學(xué)，副教授，北京，100084

張建平：清華大學(xué)，教授，北京，100084

梁崇雙： 中國中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，工程師，安徽 合肥，230000

責(zé)任編輯 苑曉蒙

U44；TP319

B

1672-061X（2015）06-0074-03

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51478249；51278274）。