BIM技術驅動智慧建造

文｜馬嘯雨 金楊碩

近年來，伴隨著國家及各地方政府部門的大力推動，BIM技術在建設項目中的應用已有較多成熟的案例，其作為工程新興技術正真切的改變著這個龐大而傳統的行業。盡管BIM技術尚有不足之處，但歷史的車輪不會倒退，在不置可否的趨勢下，如何深入挖掘BIM在數字化、可視化、集成化三個方面的優勢，融合在工程一線發揮實效實用價值，是一個重要的議題。

項目概況

以寧波舟山港主通道公路工程作為大型基礎設計建設項目的案例，分析工程新興技術迭代升級與工程管理范式革新背景下，大型基建項目智慧建造的發力點。寧波舟山港主通道公路工程是貫徹落實國家“一帶一路”計劃與區域一體化發展的核心工程。該工程起始于富翅島，經舟山島、長白島，止于岱山島西端，主線全長27.969km，工程包含2座隧道、5處互通立交、3座斜拉橋，跨越5條航道，連接5個島嶼，項目總投資168億元，建成后將成為世界最長的連島高速公路和最大的跨海橋梁群。

該項目的建成將終結岱山不通高速公路的歷史，聯通岱山島與舟山島，實現岱山人民多年的“登陸夢”，舟岱區域的交通往來時間將節省一半，進一步完善寧波舟山港綜合交通網絡。除此之外，寧波舟山港主通道更大的建設意義在于，作為國家戰略的交通配套項目，是寧波舟山港的重要陸路集疏運通道，將保障舟山江海聯運服務中心和自由貿易港區建設，助推舟山產業發展。

從遠期來看，寧波舟山港主通道還是舟山本島至上海北向大通道的重要組成部分，將為舟山北接上海，融入長三角地區乃至環太平洋交通圈、經濟圈和生活圈奠定基礎。

圖1 項目主通航孔橋概覽圖

圖2 海上施工現場

圖3 BIM協同工作流程圖

團隊保障 杜絕技術“懸空”

本工程為深海區域跨海橋梁建設工程，國內該類型工程可借鑒施工經驗較少。從技術角度來看，超長水下鉆孔樁施工、超長斜插鋼管樁插打、超大海上承臺鋼筋預制吊裝、復雜多曲面混凝土變形控制、連續鋼箱梁吊裝等諸多技術難點，使得施工單位面臨著較大技術困難。從生產角度看，108m長鋼管樁、119m長海上鉆孔灌注樁、160m高索塔、30m*25m*4.5m的混凝土承臺均打破了施工單位生產記錄，挑戰生產作業極限。從管理角度看，施工海域作業環境惡劣，頻繁遭受極端災害天氣影響，海上施工作業年有效時間僅為計劃工期的60%，海上施工交叉作業頻繁，作業線長、水下管線眾多、通航環境復雜，運輸及資源調配難度極高，這也極度考驗著施工組織管理水平。從風險角度看，海上施工作業面狹窄，風浪侵襲頻繁，人員作業安全風險相對較高。

面臨諸多困難與挑戰，項目部在施工前期果斷成立了一支專業的“地面BIM團隊”，以期解決以上難題。所謂“地面BIM團隊”指由天津天河云筑工科技有限公司與中建橋梁有限公司聯合成立，依托天河筑工豐富的基礎設施項目BIM技術實施經驗，以及中建橋梁積淀的先進橋梁施工能力，共同抽調骨干成員聯合攻關，與項目信息部門工作在工程一線，遇見問題、分析問題、提出方案、制定方案、實施操作的“地面”BIM應用團隊，將BIM技術應用融合在既有的方案必選流程中，杜絕BIM應用的“懸空”。

技術支持 破解項目難題

軟件應用方面，團隊靈活選取多款軟件，如Microstation、LumenRT、Navigator以及Prostructure等，主要用于BIM模型的創建與優化分析。平臺與硬件方面，選取Sass部署的BIM協同管理平臺、長航時無人機、手簿測量控制器、基站安全帽定位等，用于現場管理?？梢暬坏追矫?，針對關鍵工藝進行全面細致的交底，對關鍵的施工方案尤其是大型船舶的作業進行前置化、可視化的交底。模型應用方面，所有用于指導施工的模型均進行二維碼輕量化處理，不依靠任何專業App即可快速流暢的檢索模型三維信息，降低一線模型接入的門檻。

模型搭建

BIM模型的精細化程度、細節層次深度、信息承載準確度是BIM技術應用最為重要的環節，根據不同的使用功能采用合理的方式建立BIM模型是很有必要的。項目BIM團隊分別基于設計圖紙建立初始設計模型，基于優化需求建立分析模型，并建立了參數模型、實景模型等多種信息模型，在項目實施過程中不斷深化修正模型，形成精細化BIM模型，結合施工實際需求建立了多層級模型庫體系，便于快速調取BIM模型及信息。建模過程中及時開展圖紙錯漏檢查、構件碰撞檢查、預留洞口檢查等工作，整理并匯總生成《圖紙問題報告》《碰撞檢查報告》等，前置化解決施工問題，提高設計圖紙可靠性，避免返工。

圖4 精細化建模及參數化應用流程

圖5 鋼筋籠下放過程碰撞檢查界面

方案驗證

以承臺鋼筋為例，本工程海上承臺鋼筋為環氧鋼筋，原計劃采取工人現場綁扎，但海上施工作業面狹窄，風浪大，鋼筋綁扎施工安全風險高，為此施工單位需要驗證工廠預制承臺鋼筋籠運輸至現場整體吊裝的施工方案可行性，希望以此代替人工綁扎施工。本工程利用Microstation建立精細化承臺鋼筋籠模型，將模型導入Navigator后，模擬工廠預制鋼筋籠海上整體吊裝過程，優化運輸路線及吊裝方案。并通過不斷調節鋼筋籠的下放高度，利用Navigator中的碰撞檢查功能查找不同下放高度鋼筋碰撞情況，導出碰撞報告并給出相應的作業指導意見。通過以上方式，每個鋼筋籠平均發現鋼筋碰撞達21處，為吊裝過程中的鋼筋碰撞提供相應的操作方案，前置化推演，減少現場因不可預見問題而造成的工期延誤。

下料指導

本工程鋼筋設計圖紙精度不足，工人無法根據圖紙開展鋼筋下料工作。技術人員通過匯總圖紙、現場數據、標準、施工方案等資料，利用Prostructure建立精細化承臺鋼筋三維模型，通過參數設置使得鋼筋保護層厚度、鋼筋搭接以及布置間距均滿足設計及施工要求。然后利用Prostructure導出鋼筋明細表功能，自動導出每根鋼筋下料長度，施工工人根據明細表開展鋼筋下料工作。通過查看BIM模型，能夠清楚知道每一根鋼筋位置及間距，精確指導工人制作鋼筋籠。

協同工作

基于BIM技術的施工現場協同管理，一般是基于施工準備階段完成的施工作業模型，配合選用合適的施工管理軟件進行，這不僅是一種可視化的媒介，而且能對整個施工過程進行優化和控制。這樣有利于提前發現并解決工程項目中的潛在問題，減少施工過程中的不確定性和風險。同時，按照施工順序和流程模擬施工過程，可以對工期進行精確的計算、規劃和控制，也可以對人、機、料、法等施工資源統籌調度、優化配置，實現對工程施工過程交互式的可視化和信息化管理。

圖6 BIM協同平臺界面

圖7 three.js應用界面

圖8 線性施工無人機自動巡檢

圖9 BIM技術驅動智慧建造循環圖

項目業主方還搭建了魯班BIM協同管理平臺用于現場管理，集成工程各參與方與各階段資料，實現資料共享與協同工作?，F場工人利用手機app收集現場施工信息，然后上傳至云端，項目管理人員通過協同平臺獲取現場數據，基于這些數據制定施工計劃，并將BIM模型、施工圖紙、施工方案以及施工動畫等傳送至云端，現場工人利用手機查看相應資料，從而正確開展現場作業。施工形象進度、施工關鍵節點、施工質量問題等信息均可通過現場拍照（或錄像）及文字描述（或語音描述）的方式上傳至云端，供項目相關參與方調取及應用。

輕量化應用

利用three.js技術，實現BIM模型的網頁端瀏覽，建立網頁端3D作業指導書指導現場施工。技術人員首先將BIM模型轉化為three.js平臺所需格式，然后通過后臺上傳相應模型，最后根據不同需求為模型添加施工信息并設置信息在網頁端的展示形式?，F場工人利用手機App（如微信、QQ等）掃描二維碼或登錄模型庫即可直接查看BIM模型，并通過簡單操作獲取施工信息。同時，技術人員將本工程的施工技術交底、安全交底、施工方案等文件上傳至云端并關聯唯一二維碼，施工現場通過手機App（如微信、QQ等）掃描二維碼即可查看相應資料，實現施工現場的BIM輕量化應用。

無人機應用

本工程海上作業線長，海上施工油污監控極為困難，通過為無人機設定自動巡航路線，無人機定期對施工區域進行航拍，巡航過程中實時回傳航拍畫面，一旦發現施工油污泄漏點，立刻指揮人員前往污染區域進行處理。無人機航拍獲取的高清圖片經過MATLAB處理，可生成油污擴散軌跡模型，該模型可用于預測未來油污擴散范圍，輔助快速制定油污處理方案。

革新管理模式 優化工作模式

本工程截止目前通過BIM應用發現圖紙問題120處、碰撞點624處，已完工程避免無效成本百萬余元，采用施工可視化交底的輔助手段搶回因臺風天氣造成的工期延誤。通過施工方案模擬，減少了一半的方案論證時間；通過網頁端的3D作業指導書幫助現場施工人員更好的了解圖紙設計意圖，提高現場施工效率與質量，減少鋼筋籠返工，利用BIM技術避免了大量設計變更，在有效的工作時間內提高了施工工作效率。

寧波舟山港主通道項目BIM解決方案從提高設計可靠性，降低施工質量安全風險，優化施工流程縮短工期，交付數字化資產等方面，實現了大型基礎設施建設項目成本節約、質量提高、資產增值，進而提高投資回報率。

由于工程建設項目具有設計單一性、施工單件性、組織管理一次性，尚難以形成統一的BIM技術應用實施方案、管理制度與標準，更難以形成通用型軟件解決所有問題，但并不妨礙BIM技術數字化、可視化、集成化三大特性在工程一線發揮作用，產生實際價值。

我們始終堅信以BIM技術為代表的工程新興技術迭代升級，將使得工程專業分工內服務功能得到持續優化，進而革新并重塑工程管理傳統模式，流程內的工作模式亦會出現新的變化，這樣的正向循環即會叩開以項目目標為指導、以現場問題為根本、以BIM工具為抓手的，大型基礎設施建設項目智慧建造大門。