BIM技術在全互通立交橋建設中的應用

賈世杰，徐結明

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BIM技術在全互通立交橋建設中的應用

賈世杰，徐結明

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，四川 成都 610083）

南寧市沙井南站立交橋為三層半全互通立交，建設環境復雜，工期壓力大，建設中開展對BIM技術的應用研究，制定了立交橋BIM建模標準，探索了BIM技術在設計圖優化、管線遷改、交通疏解、現場文明施工及施工組織方面的應用，取得了突出的成績。創建的BIM協同管理平臺，實現了信息共建、共享，促進了工程建設的信息化發展。

BIM技術；立交橋；施工組織；協同管理

進入21世紀，我國已經成為世界上道路橋梁發展最快速的國家，路橋投資規模增速明顯，大型立交的新建工程的建設需求大，但工程建設信息化比較落后，隨著BIM技術的推廣應用，將逐步提高工程建設水平。目前BIM在市政橋梁建設中的應用仍處于建模、展示的初級階段，因此在本工程中探索了BIM在立交橋建模、管線遷改、工程量計算、施工組織方面的應用，取得了顯著的經濟和社會效益。

1 工程概況

南寧市沙井—南站立交設計為單苜蓿葉與半定向型組合式的三層半全互通立交，工程位于南寧市沙井大道與南站大道交匯處，是新老城區相結合處，如圖1所示。

圖1 沙井—南站立交效果圖

立交工程包括沙井主線、南站主線、A—H共8條匝道、4條地面輔道、4條掉頭車道、2條人行道。南站大道主線長約1 807.953 m，雙向8車道，設計速度80 km/h，位于頂層，沙井主線長1 524.3 m。8條匝道總長約3 596.073 m，匝道最小半徑為60 m，輔道總長約4 716.55 m。地面輔道位于匝道外圍及立交橋下，主要用于滿足公交車和非機動車以及行人的通行要求。

2 工程難點

本工程為南寧市重點建設工程，工期壓力大，投入資源多，施工協調難，交通疏解困難，項目施工沿線地質情況復雜，地下老舊管線交叉密布，地質勘探單位多次補探，設計變更多。針對沙井南站立交工程地下綜合管線復雜及其整個立交工程數量繁多、施工工期緊導致施工成本造價高等綜合性特點，通過創新管理，采用了BIM技術、無人機、物探技術等，創新應用了BIM技術與無人機、物探技術的融合，以加強施工管理、降低成本造價來加強現場文明施工管理，從而提高企業管理水平，為公司增收創效奠定堅實的基礎。

3 BIM技術應用

3.1 基于Revit軟件的BIM建模技術研究

3.1.1 BIM標準制定

為保證建模成功及對項目進行有效管理，針對市政工程橋梁方面的BIM規范性文件的缺失，在建模工作開展前定制了符合本項目的兩個規范和指導性文件：《南寧沙井南站立交BIM建模規范》《南寧沙井南站立交BIM實施應用指導》，詳細約定了模型顆粒度、構件參數、施工參數及項目各參建方的職責等內容，保障了項目整體實施規范可控。建模規范從軟件版本到族樣板類型、構件標記、坐標系統、標高系統級參數等做了詳細規定，有效地規范了建模流程，規避了建模過程中建模人員協調難的問題。規定每一種類型的構件都采用統一標記，按順序遞增，使得構件既有統一性又具有唯一性，方便了項目后期的運營維護。

3.1.2 設計圖紙校對

隨著橋梁業不斷發展，復雜的橋梁造型被不斷推出，施工人員查看2D圖紙費時費力，難以發現設計圖紙中的錯誤，造成項目施工風險大、施工階段返工，工期延后、項目成本增加、工程質量得不到保證等。根據設計圖紙完成場地地形建模、樁基及承臺基礎建模、橋墩、支座、箱梁、防撞墻及路面等主體、附屬結構數字信息模型，通過應用BIM的可視化對設計圖紙進行三維可視化的校對，及時發現了設計漏洞，提前進行變更設計。橋梁BIM可視化模型如圖2所示。

圖2 橋梁BIM可視化模型

3.1.3 主要工程量及施工信息的快速提取

利用已建立的BIM模型，可以快速提取主要工程信息，比如構件頂部標高、底部標高、混凝土等級、混凝土設計方量等。模型工程量的計算主要包括整體模型計算和局部模型計算兩大塊內容，能夠按照BIM模型構件的名稱、類型進行混凝土工程量統計、數量統計等工作，使數據的獲取追溯性、準確性更強。同時材料清單的自動生成，將管理人員從煩瑣的算量工作中解脫出來，從而節省更多的資源投入到項目管理中，提高了管理效率。

3.2 BIM技術在管網遷改中的應用

3.2.1 現狀管線可視化模擬

項目在施工前向業主與各管線產權單位拿到地下管線圖，將超深物探技術和探坑方法相結合，對立交紅線范圍內的地下管線進行探查，并將各種地下管線與原設計圖進行對比，包括給水管道、排水管道、電力電纜、電信光纜、燃氣管道、路燈電纜、國防電纜等，并給出各類管線的位置、管徑或斷面尺寸、材質、埋深、走向等。

根據探查成果，編制綜合管線圖并建立BIM模型，以三維的形式將管線路徑、標高表現出來，并按照已制定的BIM模型標準進行整理，利用BIM軟件將二維成果三維可視化表達，達到間接實現BIM在地下管網探測中的應用效果。地下管線三維圖如圖3所示。

圖3 地下管線三維圖

3.2.2 管網碰撞檢查

根據已建立的完整的BIM管網模型，利用Navisworks軟件中的數據信息處理工具，將各專業Revit模型導入合并，通過設置不同的容差值，計算機自動檢測和判斷，對結構、市政管網模型進行碰撞檢查。雨水暗渠與橋梁下部結構碰撞如圖4所示。將檢查出的問題整理匯總，反饋至BIM模型并進行優化，使問題可以在橋梁結構施工前解決，減少和避免施工過程中因錯誤問題返工，降低工程損失，有效控制工程造價。

圖4 雨水暗渠與橋梁下部結構碰撞

3.2.3 市政管網的遷改方案優化

在現場交通組織和場地圍擋的分階段施工時，市政管網的遷改和鋪設也需要同步進行。為減少管線遷改次數，減少場地開挖對交通和環境的影響，在施工前通過管網-橋梁-場地-交通因素的綜合模擬，提前發現已有管網與新建橋梁樁基、承臺的空間沖突，解決新建管網與老管網的碰撞問題，在電腦中進行虛擬布置和方案優化，所有管網問題在施工前解決，借助BIM技術模型，在三維視圖中找準遷改位置，確保了一次遷改率。

3.3 BIM技術在交通組織中的應用

3.3.1 基于三維場地的交通組織規劃

本項目通過無人機采集真實數據，建立三維BIM場地環境，綜合考慮周邊道路、車輛通行和拆遷計劃。為了保證施工作業的順利進行，在BIM軟件中設置了五階段施工圍擋和交通組織方案。真實的數據和場地環境，讓技術管理人員擺脫了人為空間想象的局限性，把更多的精力投入到對多因素的把控和方案本身的可行性分析中。BIM場地模擬和交通組織如圖5所示。

圖5 BIM場地模擬和交通組織

3.3.2 基于BIM數據的交通組織虛擬演示系統

為更直接地對可視化施工場地規劃，開發了交通組織虛擬演示系統，系統中數據來源是施工BIM模型和場地環境，通過在系統中添加控制菜單，切換不同施工圍擋階段的交通組織情況，并建立了竣工后的場景信息。

演示系統包含第一人稱漫游、飛行和車輛駕駛模擬，可自由切換不同的視角。三維交互性的瀏覽方式和逼真的視覺效果，更加直觀真實地表現了現場圍擋情況，有效提高了相關技術和管理人員的參與積極性；同時在施工階段即可瀏覽到竣工后的工程建設場景，也提高了溝通效率和對外宣傳展示效果。虛擬交通組織如圖6所示。

圖6 虛擬交通組織

3.4 BIM技術在施工組織中的應用

3.4.1 施工場地及現場管理研究

在施工開始前預先構建施工場地模型，在電腦中首先對施工現場的建筑、設備布置及現場空間規劃進行組織設計，將施工現場提前模擬預演，不僅可以避免現場調配或施工時由于人為因素或施工情況復雜引起沖突，還能避免工程事故的發生。

在BIM模型中，施工現場所有的臨時設施、道路、路線及場地布置等，均可以清晰地通過電腦以三維的形式顯現出來，施工管理人員及其他項目參與人員可以通過瀏覽模型了解整個施工場地的實際狀況。也可以直接點擊模型局部，具體地對某一場地進行細致了解。這種可視化的方式不僅方便管理人員對整個場地進行規范化管理，也可以促進對施工現場文明、規范及安全管理。施工場景模擬如圖7所示。

圖7 施工場景模擬

由于施工進程是一個過程，所以施工場地需要依據施工進度的變化而進行調整。對整個施工過程和場地狀況進行可視化模擬，依據施工進度，適時對整個場地的信息進行調整和修改，實現施工現場的動態組織管理。

基于BIM的現場管理輔助人機物料的進場安排和規劃布置，同時輔助現場管理人員對施工人員合理安排和場地的文明規范化管理都有很大的作用。做到科學規劃，安全文明施工，對于業主考察、文明工地展示、施工場地方案驗證都有很大的應用價值。

3.4.2 結合BIM技術的土方調用研究

傳統的城市工程施工，土方外運及借用成本占工程成本比例非常大，而復雜的大型立交橋梁傳統施工組織難以實現合理的土方存放、調用方案，多數因為拆遷進度、現場環境變化無法達到最優。

通過將BIM模型和圖紙相結合，項目中能對土方反復校核，快速計算立交范圍內土方利用數量，通過在模型中設置橋梁施工順序的原則，在施工過程中不斷完善模型施工順序，模擬立交范圍內土方調配使用率，選取最優的施工順序，充分利用土方，節約工程費用、縮短工程工期。

3.5 BIM協同管理

通過建立BIM協同管理平臺，使BIM數據庫的信息實現共享，并通過可視化交底的方式，使不同部門之間的項目參與人員進行信息交換和項目討論。通過數據庫實現資料更新，實現協同工作。一種構件變更，只需要輸入一次，其數據可以實現同步變更，減少了工作量。同時，還能通過設置管理權限，使每個項目人員都能以符合自己身份的角色登錄平臺，進行項目的管理。BIM的參數化功能也有助于實現信息共享，增加協同溝通能力。

3.5.1 本項目施工階段BIM協同的功能

將本項目BIM模型涵蓋的大量工程信息上傳到平臺上，不僅可以進行模型瀏覽，將整個項目以三維的形式預演，使項目相關人員對項目無論是整體，還是局部都能有一個清晰的認識。同時，還可以對項目實現快速定位，查看指定工程的隱蔽部位，實景反映工程情況，方便細致地了解整個項目，從而指導施工。

BIM協同平臺在施工階段可以布置施工任務，并監管任務進程和工作效率，從而實時地更新工作計劃，以使計劃與現場實際統一，通過實現對項目人員的任務管理，來控制項目進程。將施工進度計劃利用BIM軟件模擬出來，并運用到實際施工過程中去，通過與實際進度對比，分析施工問題，實時調整和修正現場施工進度，動態滿足實際施工需要，實現進度監控，保證工期。

在工程施工階段，將現場照片及施工旁站人員上傳到PC端并實現與對應BIM構件的掛接，進行查證記錄，實現對項目的質量管理。

3.5.2 協同平臺在橋梁施工中的核心功能

本項目中因結構較為復雜，項目中有各種異形構件，在設計時因部門之間的不協調和設計的不直觀性，常常產生各種碰撞?；贐IM模型和技術對工程進行碰撞檢測，并在平臺上進行協調溝通，可以最大程度實現項目的協同管理，推進設計的優化。

通過建立協同平臺，利用其優越的可視化效果，展示交通方案，同時與模擬的施工進度相結合，與實際施工進程對比，實現施工進度控制，修訂施工進度計劃，優化交通疏解方案，實現交通與施工進度協同。

4 結束語

通過在沙井-南站立交工程中對BIM技術的應用及探索，解決了施工難題，提高了工程質量，節約了施工成本，應用效果顯著。開發了適用于立交橋梁結構參數化族庫，探索出一套完整的橋梁工程BIM建模與設計優化方法，規避和優化了傳統二維設計的錯漏問題；通過BIM信息化整合，將地下市政管網物探成果在計算機中三維集成顯示，有效模擬和指導了現場施工中的多類型管線遷改；通過BIM技術的施工組織研究，解決和規避了傳統文本施工方案表述不全和空間沖突問題，有效輔助了現場工序組織和作業協同；建立的以BIM模型為核心的網絡協同平臺，實現了橋梁BIM模型瀏覽、施工任務管理、進度管理、質量安全管理等信息化管理功能，解決了橋梁施工階段的BIM信息交互問題，提高了溝通和管理效率。

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2095－6835（2018）24－0037－03

U412.3

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.037

賈世杰（1976—），男，2008年畢業于石家莊鐵道學院國際工程管理專業，高級工程師。

〔編輯：嚴麗琴〕