基于BIM技術的施工監測

文

2017年12月29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），對建設階段BIM技術應用的要求是“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的是更精準、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應更精細，管理手段應更豐富。筆者結合施工期間的監測系統開發過程，介紹建設階段區別于管理平臺的、更為精細化的管理解決方案。

研究背景

國道524線通常汽渡至常熟三環段改擴建工程作為第三批江蘇省唯一一條綠色示范公路，示范引領作用顯著。在綠色示范公路方案策劃階段確定將此項目打造成智慧公路，并明確將BIM技術的應用作為工程創建綠色公路、智慧公路的重要內容之一。基于此，以滿足綠色公路建設的基本需求為基礎，在方案整體策劃階段提出了建設“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。

而在實際應用策劃方面，參建各方密切關注該項目主線高架橋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，經過多方討論，確定現場利用BIM技術實現三維技術交底，對頂推過程全程監測，并實現智能化施工，同時還要考慮運維管理需求。

總體思路及方案

基礎工作描述

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個具體的大功能模塊：一是施工流程，以滿足三維技術交底要求；二是頂推監測，以滿足施工全過程監測；三是智能控制，主要滿足頂推功能的智能化施工控制；四是預留了運維監測接口，供后續運維階段使用。

基礎工作及實現功能

在系統功能開發之前的基礎工作是模型建立，根據系統功能，模型應主要包括下部結構、鋼箱梁、導梁、頂推支架、拼裝支架模型。經過比選，該項目主要采用Bentley平臺下的MicroStation、PowerCivil建立及總裝專業模型，最終導入GIS平臺作為可視化管理的基礎。

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。將主要施工工藝流程劃分為4個階段，既可以實現任意單個流程演示，也可以實現全過程流程演示。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。

施工流程主界面

頂推監測主界面

頂推監測是施工過程中的關鍵控制因素，監測頂推力大小、糾偏千斤頂、落梁千斤頂的實際數值；監測導梁、鋼箱梁頂推過程中的軸向偏差數值；監測頂推過程中高程。系統分別用獨立視圖顯示各方面監測數值，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，以及數據自動采集、傳輸，消除信息孤島，最終能夠實時掌握施工狀態及設備工作狀態，實現信息化智能管理。

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

運維監測不論針對該關鍵節點或全線，都能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（主梁撓度、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

完善精細化的BIM建設管理體系。通過探索及實踐公路工程施工監測系統的應用，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。

“BI M+GI S+物聯網”技術融合。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，建立了基于BIM的鋼箱梁頂推系統，實現頂推施工過程實時監測及智能控制，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，充分整合和展現模型可視化和施工管理信息化，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。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，逐步擴充完整的工程信息，做到全過程信息完備、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

通過建立頂推施工監測系統，技術人員意識到在建設階段若僅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，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，蘇交科集團股份有限公司BIM技術研究中心將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，實現對建設管理需求的全覆蓋，公路工程建設階段充分發揮BIM技術的價值。