基于BIM的橋梁施工監控云平臺應用研究

韋武朗

摘要：文章以BIM、云平臺、物聯網等先進技術為基礎，建立橋梁施工監控云平臺，解決了制定橋梁BIM實施標準和工程分解結構編碼、基于TEKLA的橋梁快速建模、橋梁模型碰撞檢測和輕量化處理、橋梁施工進度控制可視化等關鍵技術應用等問題，實現了橋梁施工進度控制可視化以及以物聯網為基礎的橋梁健康監測。

關鍵詞：橋梁建設;BIM;云平臺;物聯網

0 引言

近幾十年來，南京大勝關長江大橋、上海長江大橋等一系列大跨度公路鐵路橋梁相繼建成。但在建設過程中，存在著如下問題：（1）對于大跨度結構的兩用斜拉橋，在施工過程中有大量的施工要點，涉及高技術;（2）大量的數據使得信息的存儲、傳輸和交換變得困難;（3）工程操作復雜，協調溝通困難;（4）施工周期長，過程不可控，對過程和資源的管理是零碎的;（5）橋梁結構形式多樣，加工精度高，制造風險大，工藝復雜。

因此，建立基于BIM、物聯網、云平臺、移動終端等現代信息技術和精益管理理念的橋梁建設監控云平臺勢在必行。利用該云平臺可以實時準確地獲取施工信息，集中存儲大量數據，模擬復雜的施工過程，并對數據進行分析，以達到預警、監控風險源、控制關鍵面板點的重新劃線、減少危險和質量問題的目的。從而大大提高了各合作建筑方的合作效率，對工程的施工進度、工程質量、安全和風險進行了控制[1-2]。

1 云平臺實現原理

BIM多用于施工前的仿真和指導，對BIM技術在施工過程中的研究較少。云平臺的核心是BIM技術，體系結構是云平臺，基礎是傳感技術，傳輸方式是移動互聯網，監控對象是橋梁建設。基于BIM的云管理平臺可以實時自動跟蹤橋梁施工信息，通過專業分析數據，管理綜合信息，評估和預警安全風險，從而使橋梁施工管理向“施工前預判、施工中監理”的動態應用轉變[3-4]。見下頁圖1。

2 關鍵技術

2.1 橋梁BIM應用標準

根據中國鐵路BIM聯盟頒布的《鐵路工程信息模型EBS和IFD標準》和《鐵路工程分解結構EBS指導意見》，制定了橋梁建設的BIM建模標準、交付標準和應用標準。

橋梁建模的精度和粒度受施工方案的控制，如對需要進行多次澆筑的墩身構件應進行分段建模。在將其導入云平臺之前，模型屬性應該是完整的，如EBS、數量、材料類型、代碼、地點、里程、圖號等。然后對其進行施工模擬、進度模擬和進度跟蹤管理，保證統計數據的準確性。最后，通過軌道及附屬結構的建模，提高橋梁的可視化程度。利用TEKLA軟件建立了橋梁主體模型、橋梁單元模型、鋼筋模型和監測模型。

2.2 碰撞檢查與圖形優化

橋梁施工中的位置沖突應通過目視檢查和碰撞檢查進行確定。位置沖突包括三種類型：

（1）施工中不能調整的位置沖突，如鋼橋構件之間的位置，鋼構件、鋼筋與埋件之間的位置等;

（2）施工過程中可調整的位置沖突，如鋼筋碰撞;

（3）不存在位置沖突，但施工空間不夠。

通過碰撞檢測可以提前發現碰撞問題，通過設計變更和圖紙優化可以解決碰撞問題，從而消除設計缺陷帶來的風險。同時，可以避免返工，減少時間和精力的消耗，從而降低成本。

2.3 輕量級處理

作為橋梁BIM模型的關鍵，輕量化處理必須將模型文件減少到源文件的1/10，在保證橋梁模型所包含的屬性和幾何數據不丟失的前提下，保證模型文件的高效傳輸和應用。流程圖如圖2所示。

利用三維輕量級處理插件，可以簡化BIM模型，這樣做主要有三個目的：（1）在數據完整的前提下，對源文件進行了簡化和壓縮;（2）數據提取與存儲：所有的屬性數據、屬性類型信息、子模型之間的關系、橋梁元素和部件都可以集中提取并存儲在數據庫中;（3）展示與操作：視點切換、縮放、仿形、邊框消隱、透明、貼標、測量。橋梁輕量化建模如下頁圖3所示。

3 基于BIM的管理

為滿足方便管理的需求，應建立基于BIM的管理模式和應用思路。模型管理如下頁圖4所示。

模型導航應通過添加不同橋梁單元的模型和整個橋梁來完成。橋梁模型單元應與相應的二維圖形相匹配，方便查看不同橋梁單元對應的二維圖形。對橋梁模型構件的幾何信息、材料性能、電子束散射等性能進行檢測。可以自定義保存當前視圖以便下次檢查。

3.1 基于網絡圖的可視化進度管理

根據進度網絡圖的計算原理，以EBS為核心的三維可視化進度管理將條形圖、網絡圖、三維BIM模型和屬性結合起來，如圖5所示。

通過比較不同顏色的曲線，可以對特定時間段內的實際進度和目標進度進行對比分析，BIM模型可以用來研究工人、機器和材料進度不同的原因。通過網絡圖進行關鍵路徑優化和進度偏差檢查，加強對項目進度的控制。同時，結合電子施工日志，該平臺可以對項目工程能力進行檢查，進一步獲取整個橋梁工程的施工進度。

3.2 基于物聯網技術的健康監測

移動設備應用程序和服務器應用程序通過集成接口與全站儀、水準儀等監控設備連接，實現結算的實時采集。同時，可以通過電子施工日志對實時壓力進行跟蹤，實時、準確、及時的數據通過互聯網自動傳輸到云平臺，如圖6所示。健康監測的三維可視化、實時動態顯示和超限預警，有助于幫助工程技術人員發現和分析施工安全隱患，降低工程風險。

3.3 移動設備應用

移動設備的應用有助于探討橋梁BIM模型建設和動畫仿真輔助技術公開，保證質量。將BIM模型導入移動設備的應用程序中，有助于進行現場布置，并與實體進行比較，直觀地找出質量問題。通過拍照記錄質量缺陷，將所有問題匯總生成整改通知單，用于下發。因此，工程技術人員在施工過程中能及時處理問題，加強質量控制。施工模板、質量控制要點、施工模擬動畫、現場布置等均采用BIM顯示，為現場質量控制提供服務。

3.4 設計與應用

云平臺的設計和開發采用了一系列先進的主流技術，如松耦合的SOA框架、互聯網開發平臺、XML數據交互、FLEX等，可以應用于各種案例和服務對象。主要功能包括BIM視圖管理、圖像進度管理、施工監控、安全風險控制、質量管理、圖紙管理、三維技術講解和綜合展示等，如圖7所示。

在實際應用中，該平臺基于BIM，能夠實時獲取準確的工程信息。此外，它還可以存儲數據和共享數據，以提高所有參與者的效率，促進工程進度，降低安全風險。其影響可歸納為：

EBS代碼可以與BIM模型集成，從而在BIM模型和EBS代碼之間建立相應的關系，以及建立大跨度橋梁BIM模型的操作準則。通過碰撞檢查，提前發現影響橋梁質量的橋梁預應力鋼碰撞點共160處，并提前對其進行設計變更，減少了施工返工步驟，節省了施工工期，保證了施工質量?；趫D形輕量級技術，平臺可以將模型壓縮到1∶50的比例，從而降低了模型應用的門檻。BIM平臺集成橋梁健康監測信息，如橋梁纜索應力、鋼圍堰監測、大體積混凝土溫度、樁基沉降等。3個月以來，已采取了178項安全風險防范措施。基于BIM的三維集成管理平臺，闡述了關鍵的施工方法，實時控制安全風險，掌握項目的實時進度，并對項目進行嚴格的管理?；贐IM的管理共享平臺提高了所有參與者的日常協同管理效率，減少了溝通和日常點檢的時間。

4 結語

結合BIM、移動互聯網、云平臺、移動終端等新技術，規范性地建成橋梁施工云平臺，能夠實時獲取準確的工程信息，合理控制施工過程?；跇蛄菏┕べ|量、安全、風險和進度的三維顯示，實現對橋梁工程動態狀態的實時控制。應用程序可以按順序分配任務，并及時發現問題。該平臺還可以使所有參與者共享信息，共同受益。BIM應用程序從靜態改進為動態，可提高橋梁建設工程信息化管理水平和精細化決策能力，逐步實現項目管理的標準化、信息化、精益化。

參考文獻：

[1]杜 亮.BIM技術在洋縣漢江特大橋施工管理中的應用[J].甘肅科技，2016，32（22）：99-101.

[2]陳繼良，張東升.BIM相關技術在上海中心大廈的應用[J].建筑技藝，2011（Z1）：104-107.

[3]王 威，蔣鳳昌，姜榮斌，等.BIM技術在工程建設中的應用與發展[J].泰州職業技術學院學報，2017，17（3）：45-49.

[4]劉北勝.基于云渲染的三維BIM模型可視化技術研究[J].北京交通大學學報，2017，41（6）：107-113.