BIM技術在馬灘紅水河特大橋施工階段質量管控中的應用

謝 軍，李博勤，孫 輝，劉 慧

（1.廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530007；2.廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011；3.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 530003）

0 引言

近年來，交通運輸部陸續頒布《交通運輸部辦公廳關于印發推進智慧交通發展行動計劃（2017－2020年）的通知》《交通運輸部辦公廳關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》等指導性政策文件，強調充分利用BIM技術加強公路水運工程全生命期管理。施工階段質量管控作為工程建設全生命周期管理的重要環節尤其重要，關乎提高施工質量、提升工程品質、提高管理效率和效益。

在交通基礎設施建設領域，應經濟發展的需要，特大型橋梁工程項目越來越多，建設管理人員往往對項目的成本及工期比較重視，但對施工質量管控的重視程度明顯不足。工程質量管控方面存在的問題突出，主要表現為：施工人員專業技能不足，對設計圖紙、施工技術方案理解不到位；質量問題反饋機制延遲，審批環節缺乏有效銜接；不按設計或規范進行施工；各個專業工種相互影響等。對此，本文以馬灘紅水河特大橋工程為例，由廣西路橋工程集團有限公司聯合廣西交通職業技術學院BIM工程技術研究中心等多家單位組成BIM產學研聯盟，組建實施團隊，分析工程施工質量管控重難點，確定BIM技術實施主線，展開六個應用點的探索與實踐。

1 工程項目概況

馬灘紅水河特大橋是柳州至南寧高速公路改擴建工程中來賓繞城線中的一座特大橋，跨越紅水河，位于來賓市興賓區鐵路二橋及湘桂鐵路紅水河雙線特大橋下游約4.3km，全橋總長約553m。主橋橋跨布置：計算跨徑L＝320m的鋼管混凝土拱橋；主橋長336m。引橋橋跨布置：柳州側引橋采用5×30m先簡支后連續的預制小箱梁橋，南寧側引橋采用2×30m先簡支后連續的預制小箱梁橋，引橋長210m。主橋橋面全寬54.4m，按兩幅橋設置，單幅橋橋面總寬25.5m，單幅橋主橋橫斷面布置為：2.5m（吊桿及檢修道）＋0.5m（防撞護欄）＋19.5m（行車道及硬路肩）＋0.5m（防撞護欄）＋2.5m（吊桿及檢修道）。引橋橋面全寬49.4m，按兩幅橋設置，單幅橋橋面總寬20.5m，單幅橋橫斷面布置為：0.5m（防撞護欄）＋19.5m（行車道及硬路肩）＋0.5m（防撞護欄）。主橋主要施工工藝采用廣西路橋工程集團有限公司國家級專利工法——纜索吊裝工藝。橋型總體布置如圖1所示。

圖1 橋型總體布置圖

2 實施架構

2.1 BIM項目實施團隊搭建

為保證本項目BIM實施路線順利進行，分別在公司、項目部層面建立以公司BIM中心主任為首的兩級BIM團隊，公司BIM中心負責BIM技術應用方向把控、標準編制、各專業建模及應用工作；項目部BIM小組由執行經理牽頭與公司BIM中心對接，分專業落實到個人，確保BIM每一項應用有現場負責人對接，為BIM應用的落地提供了可靠保障。BIM項目實施團隊組織架構見表1。

表1 BIM項目實施團隊組織架構表

2.2 軟硬件環境

本項目依托廣西路橋工程集團BIM中心和廣西交通職業技術學院BIM工程技術研究中心，采用了1臺中心服務器，25臺高性能圖形工作站協同工作模式開展BIM技術實施，綜合運用了Revit、Catia、Digital Project、Navisworks、Lumion、Unity3D 等 十 余 款BIM軟件；運用了南方天行HO1300八旋翼5鏡頭無人機、南方測繪法如（faro）X330地面三維激光掃描儀等四款高精度測量設備，為項目的實施提供軟硬件基礎支持。

3 應用實踐

3.1 模型創建

本項目建模軟件采用REVIT、CATIA同步進行，分別建立了大橋全橋梁模型。REVIT模型易于輕量化處理，以便打通基于PIP的項目管理平臺數據端口，使現場人員手機移動端流暢應用；CATIA模型精細度高，模型準確，輔助參數化建模出圖、工程量計量環節。REVIT軟件的特點在于橫平豎直的規則物體建模速度快、通用族庫豐富；CATIA軟件特點是建模精確、異性曲面建模功能強大、參數化建模出圖及算量能力強。兩款軟件均與IFC格式同源。綜上所述，通用構件采用REVIT快速建模；構造奇特復雜或后期變更比較大，部分采用CATIA參數化建模。

3.2 施工圖深化

通過建立本項目各專業模型，在REVIT軟件中進行整合，即可進行碰撞檢查。在集成模型中可以快速有效地查找碰撞點，出具詳細的碰撞檢查報告。如檢測出柳州岸塔架前縱纜風和拱肋第一道橫撐之間存在碰撞（如圖2所示）；南寧岸塔架前縱纜風和拱肋第一道橫撐之間存在碰撞（如圖3所示）；拱座混凝土冷凍管和型鋼勁性骨架存在碰撞（如圖4所示）等。拱座混凝土冷凍管和型鋼勁性骨架分屬不同圖紙，且CAD繪圖多采用標準段局部示意，憑空間思維合圖能力發現碰撞問題幾乎無法實現，當前僅能通過現場施工到具體工序才能發現問題。采用BIM分專業建立三維模型，合模可迅速發現問題，將問題反饋給設計方提出修改建議，并根據設計變更再建模、再檢測，直至全部解決設計問題。整個過程是一個循環過程：設計—建模—檢測—修改（設計）。這將大大減少設計人員的重復勞動和錯誤率，并使施工單位牢牢抓住設計變更主動權，避免因此而導致的成本增加與工期延誤所造成的經濟損失。

圖2 柳州岸塔架前縱纜風和拱肋第一道橫撐之間的碰撞檢查模擬圖

圖3 南寧岸塔架前縱纜風和拱肋第一道橫撐之間的碰撞檢查模擬圖

圖4 拱座混凝土冷凍管和型鋼勁性骨架碰撞模擬圖

3.3 施工工藝模擬優化

大橋起拱處非標準段格子梁吊裝方案無碰撞模擬意義較大。首先，雙幅拱橋內側兩拱肋距離很近，格子梁吊裝存在很多隱形碰撞問題。采用BIM建模軟件（REVIT或CATIA）預先精準建立大橋拱肋模型，然后采用BIM動畫模擬軟件（Navisworks或Demial）預演練各種可能的格子梁吊裝方案（如圖5所示），再將模擬的動畫交由項目部技術負責人甄別出最具可行性的無碰撞吊裝方案，最后依據此方案來指定加工人員焊接吊裝所需的格子梁形狀和大小，并提前告知施工班組各格子梁吊裝的最佳路徑。

圖5 格子梁吊裝施工工藝模擬圖

3.4 AR技術可視化交底

本項目通過Revit軟件對南寧岸1＃～12＃拱肋節段和檢修梯、格子梁標準段主橫梁、拱座及其型鋼勁性骨架、法蘭盤、交界墩、引橋小箱梁以及左幅1＃橋墩等21個復雜結構節點按LOD400的建模精度進行建模，將模型導入到unity3D引擎，在施工圖紙中添加識別圖標，生成3個基于安卓系統的手持移動端APP安裝包。

將手持移動端APP安裝包推廣至項目管理人員及勞務施工人員手機上進行安裝和操作演示，通過手持移動端掃描對應圖紙，可自動識別并呈現出多個角度的三維立體模型。基于AR技術可視化交底，可實現復雜構件精準交底，使施工重點、難點部位可視化，提前預見相關問題，確保工程質量。部分構件AR展示如圖6～7所示。

圖6 法蘭盤展示圖

圖7 1＃拱肋節段展示圖

3.5 二維碼物料追蹤

馬灘紅水河特大橋為分離式雙向鋼管混凝土拱橋，全橋拱肋分為96個節段。每個節段由單片拱肋、上弦管、下弦管、腹桿等構件組成。橋面系采用鋼格構體系，由鋼縱梁、鋼主橫梁、鋼次橫梁和鋼－混凝土組合橋面板組成。全橋鋼構配件體量龐大，且多數鋼構配件均需多道加工程序，加上每道加工場地用地受限，容易導致鋼構配件零件出現規格型號混淆、成品堆放數量難以統計等物料質量管控問題。

項目組采用上海同筑信息科技有限公司自主研發的PIP物料追蹤系統，對拱肋階段、預制構件模塊、鋼格構件模塊、附屬設施等設備設施通過二維碼信息進行云平臺數據管控，將圖紙信息、構件信息、復雜節點三維圖、剖面圖等樣式融入二維碼中。二維碼與每個構配件一一對應，通過手持移動端掃描可查看物料溯源信息，以指導現場施工，同時與公司物資管控系統實現數據對接，使物料管理更加精細化，提高施工現場質量管控等工作的效率。二維碼及物料信息如圖8所示。

圖8 二維碼及物料信息示例圖

3.6 項目協同管理平臺

BIM在施工階段的質量控制與管理的最大優點就是提高了施工單位項目部內部員工間對實時質量信息的溝通效率，而且大大改善了施工單位與其他項目參與方的溝通機制。基于BIM的項目協同管理平臺，項目組采用由上海同筑信息科技有限公司研發的Project Information Portal工程管理平臺（簡稱：PIP），以工程信息的高度集成共享為目標，為建設、施工、監理、設計、第三方咨詢等參建單位提供基于BIM技術的資源共享、高效協作的專業解決方案。平臺實現了多專業BIM模型與二維施工圖、工作文檔、工程資料的構件級關聯，并與質量、安全、進度、成本、環境等項目管理要素有機結合，同時高度貼合我國工程建設項目組織架構和管理機制。該平臺可通過web端和移動端（iPad、手機）跨平臺信息共享同步應用。

本項目施工階段質量安全管控從兩個方面對橋梁施工過程中的質量安全問題進行有效控制：（1）通過BIM模型多角度瀏覽，讓現場管理人員利用模型進行現場工作的布置和實體的對比，直觀快速地發現現場質量問題。（2）通過BIM施工管理平臺對現場質量安全問題進行拍照和文字記錄并關聯至模型，實現跟蹤留痕。以標簽圖片的形式在模型中展現現場和處理情況，使工程項目全過程管理各方通過BIM管理平臺對質量安全問題進行直觀管理，實現無縫連接、共享數據和信息，達成精細化管理、降低能耗的目標。每一個質量安全閉合事件要經過發起人、經辦人、督辦人、驗收人四個權利人，在事件閉合后，事件處理全過程在平臺上可以隨時查看。馬灘紅水河特大橋BIM項目協同管理平臺應用崗位人員表見表2。

表2 馬灘紅水河特大橋BIM項目協同管理平臺應用崗位人員表

4 結語

BIM技術在馬灘紅水河特大橋施工階段質量管控的應用探索與實踐，其效果可總結為三個方面：（1）項目利用BIM技術實現了涵蓋模型創建、施工圖深化、施工工藝模擬優化、AR技術可視化交底、二維碼物料追蹤、項目協同管理平臺等多項應用的橋梁施工階段質量管控綜合BIM應用，指導拱肋、鋼格構梁施工順利進行，為大橋跨參與方、跨專業的BIM應用積累寶貴的經驗與數據。（2）本項目聯合產學研聯盟單位參加各級BIM大賽獲獎項三次，分別為第五屆“龍圖杯”全國BIM大賽綜合組三等獎；2017年廣西建筑信息模型（BIM）技術應用（廣西建工杯）第二屆職工技能大賽施工管理組二等獎；廣西首屆“八桂杯”BIM技術應用大賽院校組二等獎。（3）初步總結出一套基于大橋橋梁施工階段質量管控綜合BIM應用以及校企產學研聯盟深度合作的解決方案，為BIM推廣應用提供經驗指導。

總之，隨著BIM應用技術的不斷深化與推廣，BIM技術在橋梁施工階段質量管控中的應用會越來越廣泛，并將成為建設管理轉型升級的重要手段之一。