超500m級鋼管拱橋施工管理BIM關鍵技術

林廣泰 陳孝強 歐晨豐

摘要：文章針對500m級鋼管拱橋結構設計復雜、交底困難、施工技術難度大、對現場管理要求高等問題，基于BIM基礎應用，綜合運用無人機航測、大數據、物聯網等新興技術，建立了BIM+GIS、無人機土方算量、基于BIM+GIS+WBS的公路工程管理平臺等應用系統，對管控工程質量、提高項目管理效率、促進項目建設管理信息化有著重要作用。

關鍵詞：BIM;鋼管拱橋;項目管理;管理平臺

中圖分類號：U448.22 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst。2020.11.014

文章編號：1673—4874（2020）11—0050-05

0引言

在國家大力推廣BlM技術的背景下，交通運輸部發布交通運輸信息化“十三五”發展規劃，緊抓行業發展動態，大力推進BIM技術應用示范工程建設，提高項目信息化管理水平。本項目BIM技術應用，緊緊圍繞為項目建設信息化、精細化管理服務的理念，在有效時間內達到良好的管理應用效益，并在行業BIM技術應用起到示范帶頭作用。

1項目概況

平南三橋為廣西荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨潯江的一座特大型橋梁，位于平南縣西江大橋上游6km處，由廣西交通投資集團有限公司投資，廣西路橋工程集團有限公司承建。大橋全長1035m，主跨采用575m中承式鋼管混凝土拱橋，建成后將成為世界上最大跨徑的拱橋。

截至2020年5月，平南三橋已完成全橋下構施工、拱肋吊裝及拱肋管內C70混凝土灌注工作，于7月開始橋面格子梁吊裝，并于年底實現通車目標。

2工程重難點及解決措施

針對項目用鋼量大的特點，研發預制件加工動態管理信息系統，結合物聯網高效準確的信息采集傳遞技術和BIM、GIS形象可視化的信息展示技術，實現預制件從鋼結構加工廠源頭原材料至現場安裝全過程的規范化、可視化管理，為預制件加工的進度和質量提供有效的保障，并提高項目的整體可控性。

針對纜索系統復雜的問題，利用BIM的可視化、協調性的特點，實現三維可視化交底，使用BIM模型及AR、VR、3D打印等應用對施工作業人員進行關鍵點、復雜結構的工藝交底，解決識圖慢、識圖難的問題，提高項目施工進度，確保施工安全。

對于拱肋線型控制難的問題，采用三維激光掃描儀采集拱肋加工節段的點云數據，與BIM模型進行誤差對比校核，保證拱肋的出廠質量。利用放樣機器人在拱肋安裝階段進行線形監測，保證現場安裝線型滿足設計要求。

針對施工資料繁多的問題，研發公路工程管理平臺，通過基于“BIM+GIS+WBS”的公路工程信息化系統，以全生命周期BIM模型為公路工程數據載體，將WBS作為公路工程信息化系統管理標準和體系，應用GIS為核心的空間分析、三維可視化技術，可對公路工程建設與運營進行信息化、精細化、可視化管理。

3BIM實施模式

為保證BIM工作順利實施，項目部成立平南三橋BIM工作組，在技術管理部下設辦公室，由BIM人員與項目技術人員組成，避免BIM人員不懂技術，技術人員不懂BIM的問題，確保BIM落地實施，輔助項目生產。使用的主要軟、硬件配置如圖1所示。

4項目BIM技術基礎應用

4.1BIM建模

在施工前期，平南三橋采用Catia精細化建模，通過碰撞檢查輔助優化設計。在施工階段，項目利用Revit精細化建模（如圖2～3所示），將主橋、引橋以及塔架、纜索系統等復雜結構轉換為三維模型，根據作用模型精度達到了LOD200、LOD300、LOD400，實現了三維可視化交底，并為后期的技術交底、施工指導、工程量統計以及BIM管理信息系統等各方面的項目管理提供了基礎。

4.2場地布置

項目利用場地布置（如下頁圖4所示），對拌和站、員工通道等所有大大小小的臨時結構進行建模，通過漫游查看布置是否合理，再進行深化設計，保證了布置合理、費用可控，避免了傳統項目臨建超支的情況。

4.3工程量統計

對位于兩岸高高矗立的塔架，項目利用Revit導出明細表，快速得出所需桿件數量及螺栓數量，為塔架的加工提供了明確的數據，大大提高了工作效率，同時項目利用模型進行工程量統計，精確地計算出各類結構用量，為項目計量提供了依據（如圖5所示）。

4.4BIM+GIS

將無人機采集的地形數據與BIM模型結合，形成仿真三維模型（如圖6所示），真實還原現場建設情況，有助于管理人員全面了解施工現場的場地布置或者施工情況，提高大規模區域性工程的管理能力_4]。同時作為廣西路橋公路工程管理平臺的主界面，將分部分項所有信息匯集于模型中，實現數據一體化管理。

4.54D進度模擬

平南三橋項目通過將施工計劃關聯施工模型，進行4D進度模擬（如圖7所示）。根據模擬動畫直觀地了解了整個工程工期的安排，發現了部分進度出現空檔等情況，通過直接在4D模擬中對比完善成合理可行的進度計劃，避免了窩工的現象，保證了整個項目實施過程中人力、材料、機械安排的合理性，節省了工期。

4.6無人機算量

項目利用無人機算量技術對南岸拱座基礎開挖土方量進行了計算。人工算量為50636m³，無人機算量為49034.04m³。計算結果與人工計算的誤差約為3%，與人工算量相比，無人機算量更快更精準，省去了復雜計算的過程，為計量提供了依據。

4.7BIM+點云誤差校核

平南三橋主拱肋分為44個節段，總計約9600t。其中體積最大的一段，長45m、寬4.8m、高13m、重量214t，大體積的拱節段為纜索吊裝施工時拱節段精準對位提升了難度。項目組利用三維激光掃描儀對已臥拼完成的拱肋節段進行點云數據掃描，通過軟件將各測站掃描到的點云數據拼接成點云模型（如圖8所示），通過預先定位的基準點，將拱肋點云模型與拱肋BIM模型疊合，通過著色深淺來反映加工構件與設計的偏差，保證拱肋出廠質量，與傳統校核相比，大大提高了工作效率，降低了工程成本。

5項目BlM技術深化應用

5.1公路工程管理平臺

本項目作為試點在施工階段上線運行了自主研發的公路工程管理平臺（如圖9所示），這是國內首個基于"BIM（建筑信息模型）+WBS（工序結構分解）+GIS（地理空間信息系統）”的公路工程管理系統。該系統以全生命周期BIM模型為公路工程數據載體，將WBS作為公路工程信息化系統管理標準和體系，應用GIS為核心的空間分析、三維可視化技術，可對公路工程建設與運營進行信息化、精細化、可視化管理。以工程結構部位BIM與工序WBS進行映射，將試驗、質檢資料、進度、計量等各項業務系統進行串聯互通，打破了傳統施工模式下各業務系統各自為政、數據斷鏈的壁壘，大大節約成本和人工，是全行業升級轉型、推行無紙化辦公的重要舉措。

（1）產值管理

將施工計劃及產值與BIM模型關聯，現場管理人員通過手機移動端實時填報施工狀態，系統即自動形成整個項目的進度進展情況，統計產值完成情況。項目可通過系統進行進度管理，并利用該板塊輔助制定月度或年度施工計劃，以此指導施工進度，保證項目在計劃內完成。

（2）安全管理

通過手機端對現場質量、安全等方面進行管理，實現整個質量、安全兩大板塊線上流程的管理，省去了繁瑣的步驟，及時避免了隱患的發生，對提高效率、減少損失等方面起到了一定的作用。

（3）圖紙管理

將各類施工資料上傳至系統，關聯BIM模型，項目管理人員通過點擊構件即可知道與構件相關的所有施工信息，實現了多人可同時查看同一文件，并能對構件事件、施工資料進行一體式管理。

（4）溫控檢測

系統自動讀取監測元件采集的數據，生成變化曲線，免去了管理人員數據處理工作，減輕了工作量，對及時了解位移、溫度等的變化提供了便利，如數據超出預期設定值，平臺將及時報警，避免安全質量事故發生，減少損失。

（5）質檢管理

質檢系統內置分部分項劃分模板（工序級），工序下掛接固定用表，統一分部分項劃分及表格，保證項目用表規范，系統數據自動引用，實現一數一源，評定自動生成，節省重復錄入時間。

（6）試驗管理

試驗系統包含項目常見各類試驗，通過引用質檢系統結構樹，試驗數據與質檢報告單形成數據聯動，系統內置計算公式，輸入試驗數據自動計算及生成記錄表和試驗報告。

（7）計量管理

0^#臺賬結構樹劃分直接引用質檢系統的分部分項劃分，省去重新劃分工作，同時計量系統與質檢系統數據互通互聯，可根據計量計劃匯總統計計劃金額以及計劃需完成的資料數量，過程中對計量計劃進行跟蹤、糾偏。

（8）進度管理

系統自動生成日報、月報、季報、年報等各類報表，實現了對工程進度全過程動態跟蹤、分析、預警和調整的目的，避免了項目進度管理因各種因素影響而可能處于失控狀態，最終實現讓項目有序完成。

5.2預制件加工動態管理系統

平南三橋主跨采用鋼結構，其中拱肋為鋼管混凝土桁架結構，橋面梁為工字形截面鋼格子梁，全橋鋼結構用量共14926t。為提高項目對鋼結構的有效管理，公司研發了預制件加工動態管理系統，實現了對拱肋節段以及格子梁進場、加工、出廠、運輸、吊裝等全過程的管控，實現了一數一源的BIM全生命周期應用。

原材管理：包含原材的廠家、名稱、規格、材質以及質保書等內容，確保原材料來源清楚，一數一源。

套圖管理：記錄每頁施工圖的零件下料清單，保證加工零件對應唯一圖紙，并生成唯一編號及條碼。

結構樹劃分：將拱肋節段按結構樹劃分至筒節，關聯BIM模型以及所有施工資料，即可利用BIM模型管理施工資料。

5.3監控指揮中心

平南三橋信息化建設核心為監控指揮中心打造，以此為硬件中心設施，輻射安全監管、生產調度、智慧辦公、智慧展廳等模塊，如圖10所示。

平南三橋監控指揮中心，自使用至今，受到了國家交通部、區交通廳、區住建廳等各級領導、兄弟單位、學校師生以及社會各界人士的高度評價，也為其他項目提供了應用思路，具有一定的社會影響力。

6結語

平南三橋項目積極使用BIM新興技術，不僅利用BIM基礎應用進行技術交底，指導施工，還使用BIM系統對質量、安全、文檔以及監測進行管理，實現智慧辦公，提高了工作效率。管理平臺實現了進度、質檢、計量、試驗四大板塊之間數據的相互應用、自動計算，給項目帶來了極大的便利。研發的預制件加工動態管理系統，實現了構件從原材料進廠到加工成型、運輸、安裝的整個過程的管控，為后期運維管理提供了數據支撐，使構件質量具有追溯性，提供管理便利。