BIM的公路工程施工監測系統應用探索

2018年3月5日交通運輸部發布《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》（交辦公路〔2017〕205號），對于BIM技術應用的方向及目標有了比較清晰的指導，在相關文件中在建設階段應用的要求是“打造項目管理平臺、降低建設管理成本”。作為基于BIM技術的一體化綜合管理平臺，能夠為工程建設帶來更精準、更高效的管理方式，但普遍存在的特殊節點工程的管理模式需要更精細，管理手段需要更豐富。

系統研究背景

G524高速公路江蘇通常汽渡至常熟三環段改擴建工程，作為全國第三批、江蘇省唯一一條綠色示范公路，具有重要的示范引領意義，在綠色示范公路方案策劃階段確定要將此項目打造成智慧公路，而BIM技術的應用明確是在工程創建綠色公路、智慧公路中重要的一個內容。基于此，在方案整體策劃階段，在滿足綠色公路建設的基本需求的基礎上，提出了建設“互聯網+智慧公路”的理念，旨在從智慧先行、網絡大數據監控的角度提出并策劃了基于BIM技術的相關實施方案，從而達到管理創新、建養并重的要求。

在實際應用策劃方面，參建各方對于該項目主線高架橋Z73#至Z74#墩鋼箱梁，上跨常合高速公路的等高度連續鋼箱梁結構頂推施工比較關注，經過多方討論確定現場需要利用BIM技術實現三維技術交底，對頂推過程進行全過程監測，并實現智能化施工，最終還要考慮運維管理需求。

總體思路及方案

經過現場比較明確的需求確定，本著BIM技術主要為現場服務的思路，挖掘BIM技術對于該關鍵節點工程施工的價值，尋求BIM應用的亮點，最終采取的方案是開發一套基于BIM技術的鋼箱梁頂推監測、控制集成系統。

具體需求總結開發為4個具體的、大型的功能模塊：一是施工流程，滿足三維技術交底要求；二是頂推監測，以滿足進行施工全過程監測；三是智能控制，主要滿足頂推功能的智能化施工控制；四是預留運維監測接口，供后續運維階段使用。

基礎工作描述

基礎工作及實現功能

基礎工作

系統功能開發之前的基礎工作是模型建立，模型根據系統功能需要，主要包括下部結構、鋼箱梁、導梁、頂推支架、拼裝支架模型，并將各專業模型進行總裝，并導入GIS平臺作為可視化管理的基礎。

施工流程主界面

頂推監測主界面

施工流程

施工流程主要的功能為模擬該節點的施工整體工藝流程，共分為全過程模擬、一階段模擬、二階段模擬、三階段模擬、四階段模擬，主要是將重要的施工工藝流程劃分為4個階段，可以實現任意單個流程的演示，也可以全過程流程演示。

通過施工流程的仿真模擬，直觀地展現了整個施工關鍵過程，驗證了施工方案的可行性，為方案的優化提供了新的驗證方式，也實現了可視化虛擬建造。從而輔助施工管理人員尋找、優化解決問題的方法，確保施工過程可控。

頂推監測

頂推監測主要的功能是對施工過程中關鍵控制因素，頂推力的大小、糾偏千斤頂、落梁千斤頂的實際數值監測，導梁、鋼箱梁頂推過程中軸向偏差數值的監測、頂推過程中高程的監測三大方面，分別用獨立的視圖來顯示各自的監測數值，并能通過模型直接體現實時狀態。同時，實現接入實時的現場監控視頻畫面，將虛擬與現實有機結合。

通過展示、分析主要監測的內容，并由數據自動采集、傳輸，消除信息孤島，最終實時掌握施工的狀態及設備的工作狀態，實現信息化智能管理。

智能控制

智能控制主要的功能是，將所有頂推過程中的千斤頂等設備接入系統，通過系統監測的數據及信息，在系統中直接可以操作設備，控制現場設備的油壓等參數，從而來控制整個頂推過程。

運維監測

運維監測主要針對關鍵節點或者全線，對運維過程進行基于BIM模型的數據監測，也能為運維實際業務提供信息化的服務。

運維監測內容，包括變形監測（主梁擾度、主梁橫向位移、梁端縱向位移、墩頂位移）、應變監測（主梁斷面應變）及疲勞監測。

應用亮點

完善精細化BIM建設管理體系

通過在公路工程施工監測系統的應用探索及實踐，主要完善及補充了建設管理對于信息化建設體系的要求，豐富了建設管理的手段。

“BIM+GIS+物聯網”技術融合

“BIM+GIS+物聯網”技術融合是以可視化、精細化、智能化的施工過程管控為主體思路。提出“BIM+GIS+物聯網”的技術融合方案，建立基于BIM的鋼箱梁頂推系統，實現頂推施工過程實時監測以及智能控制，完成GIS平臺、BIM技術及物聯網技術的融合。

實現三維智能化建造

通過BIM模型設計、建設管理系統的結合，成功的將模型可視化和施工管理信息化進行充分整合和展現，對未來的運維期可視化數據挖掘和決策管理有較好的指導意義，從而實現了基于BIM的智能化建造。

信息為資產管理服務

資產管理服務以全生命周期應用為最終目的，創建了貫穿始終的底層數據庫，可以逐步擴充完整的工程信息，做到全過程信息完備的、系統的保留，實現工程數據在全生命周期信息管理的應用，最終可對項目資產管理產生巨大的效益。

應用衍生

通過施工監測系統的建立，發現在建設階段若僅局限于建設管理平臺一個方向，則會導致在建設階段的應用產品單一，應用模式沒有創新，所以在其他項目上根據這一思路，針對具體工程開發了“隧道施工監測系統”“承臺大體積混凝土施工溫度監測系統”“關鍵工程鉆孔樁進度監控系統”等相關的衍生產品。同時，應用的方式分為兩種，一種是將監測系統集成在管理平臺中，另外一種是獨立于管理平臺建立的管理系統，從而實現應用方式的多樣化。

基于此，蘇交科BIM中心在建設階段主要的應用方向，確定為以建設管理平臺的開發為核心，輔以多元化的施工監測系統，補充及完善BIM技術在建設階段的應用方式，最終形成“全要素信息管理+針對性重點管理”的體系，全覆蓋建設管理的需求，充分發揮BIM技術對于建設階段的價值。