基于BIM技術(shù)的施工監(jiān)測(cè)

文

2017年12月29日，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》（交辦公路〔2017〕205號(hào)），對(duì)建設(shè)階段BIM技術(shù)應(yīng)用的要求是“打造項(xiàng)目管理平臺(tái)、降低建設(shè)管理成本”。

作為基于BIM技術(shù)的一體化綜合管理平臺(tái)能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)帶來(lái)的是更精準(zhǔn)、更高效的管理方式，但普遍存在的特殊節(jié)點(diǎn)工程的管理模式應(yīng)更精細(xì)，管理手段應(yīng)更豐富。筆者結(jié)合施工期間的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，介紹建設(shè)階段區(qū)別于管理平臺(tái)的、更為精細(xì)化的管理解決方案。

研究背景

國(guó)道524線(xiàn)通常汽渡至常熟三環(huán)段改擴(kuò)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(lǐng)作用顯著。在綠色示范公路方案策劃階段確定將此項(xiàng)目打造成智慧公路，并明確將BIM技術(shù)的應(yīng)用作為工程創(chuàng)建綠色公路、智慧公路的重要內(nèi)容之一。基于此，以滿(mǎn)足綠色公路建設(shè)的基本需求為基礎(chǔ)，在方案整體策劃階段提出了建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧公路”的理念，旨在從智慧先行、網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)監(jiān)控的角度提出并策劃了基于BIM技術(shù)的相關(guān)實(shí)施方案，從而達(dá)到管理創(chuàng)新、建養(yǎng)并重的要求。

而在實(shí)際應(yīng)用策劃方面，參建各方密切關(guān)注該項(xiàng)目主線(xiàn)高架橋Z73#至Z74#墩鋼箱梁上跨常合高速公路的等高度連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)頂推施工，經(jīng)過(guò)多方討論，確定現(xiàn)場(chǎng)利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底，對(duì)頂推過(guò)程全程監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)智能化施工，同時(shí)還要考慮運(yùn)維管理需求。

總體思路及方案

基礎(chǔ)工作描述

本著B(niǎo)IM技術(shù)主要為現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的思路，挖掘BIM技術(shù)對(duì)于該關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程施工的價(jià)值，尋求BIM應(yīng)用的亮點(diǎn)，最終采取的方案是開(kāi)發(fā)一套基于BIM技術(shù)的鋼箱梁頂推監(jiān)測(cè)、控制集成系統(tǒng)。具體需求總結(jié)開(kāi)發(fā)為4個(gè)具體的大功能模塊：一是施工流程，以滿(mǎn)足三維技術(shù)交底要求；二是頂推監(jiān)測(cè)，以滿(mǎn)足施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)；三是智能控制，主要滿(mǎn)足頂推功能的智能化施工控制；四是預(yù)留了運(yùn)維監(jiān)測(cè)接口，供后續(xù)運(yùn)維階段使用。

基礎(chǔ)工作及實(shí)現(xiàn)功能

在系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)之前的基礎(chǔ)工作是模型建立，根據(jù)系統(tǒng)功能，模型應(yīng)主要包括下部結(jié)構(gòu)、鋼箱梁、導(dǎo)梁、頂推支架、拼裝支架模型。經(jīng)過(guò)比選，該項(xiàng)目主要采用Bentley平臺(tái)下的MicroStation、PowerCivil建立及總裝專(zhuān)業(yè)模型，最終導(dǎo)入GIS平臺(tái)作為可視化管理的基礎(chǔ)。

模擬該節(jié)點(diǎn)的施工整體工藝流程，共分為全過(guò)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(gè)階段，既可以實(shí)現(xiàn)任意單個(gè)流程演示，也可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程流程演示。通過(guò)施工流程的仿真模擬，直觀地展現(xiàn)了整個(gè)施工關(guān)鍵過(guò)程，驗(yàn)證了施工方案的可行性，為方案的優(yōu)化提供了新的驗(yàn)證方式，也實(shí)現(xiàn)了可視化虛擬建造。從而輔助施工管理人員尋找、優(yōu)化解決問(wèn)題的方法，確保施工過(guò)程可控。

施工流程主界面

頂推監(jiān)測(cè)主界面

頂推監(jiān)測(cè)是施工過(guò)程中的關(guān)鍵控制因素，監(jiān)測(cè)頂推力大小、糾偏千斤頂、落梁千斤頂?shù)膶?shí)際數(shù)值；監(jiān)測(cè)導(dǎo)梁、鋼箱梁頂推過(guò)程中的軸向偏差數(shù)值；監(jiān)測(cè)頂推過(guò)程中高程。系統(tǒng)分別用獨(dú)立視圖顯示各方面監(jiān)測(cè)數(shù)值，并能通過(guò)模型直接體現(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接入實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻畫(huà)面，將虛擬與現(xiàn)實(shí)有機(jī)結(jié)合。通過(guò)展示分析主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，以及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸，消除信息孤島，最終能夠?qū)崟r(shí)掌握施工狀態(tài)及設(shè)備工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息化智能管理。

智能控制主要功能是將所有頂推過(guò)程中的千斤頂?shù)仍O(shè)備接入系統(tǒng)，能夠通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)及信息，在系統(tǒng)中直接操作設(shè)備，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的油壓等參數(shù)，從而控制整個(gè)頂推過(guò)程。

運(yùn)維監(jiān)測(cè)不論針對(duì)該關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或全線(xiàn)，都能對(duì)運(yùn)維過(guò)程進(jìn)行基于BIM模型的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也能為運(yùn)維實(shí)際業(yè)務(wù)提供信息化的服務(wù)。運(yùn)維監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括變形監(jiān)測(cè)（主梁撓度、主梁橫向位移、梁端縱向位移、墩頂位移）、應(yīng)變監(jiān)測(cè)（主梁斷面應(yīng)變）及疲勞監(jiān)測(cè)。

應(yīng)用亮點(diǎn)

完善精細(xì)化的BIM建設(shè)管理體系。通過(guò)探索及實(shí)踐公路工程施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，主要完善及補(bǔ)充了建設(shè)管理對(duì)于信息化建設(shè)體系的要求，豐富了建設(shè)管理的手段。

“BI M+GI S+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)融合。以可視化、精細(xì)化、智能化的 施工過(guò)程管控為主體思路，提出“BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)融合方案，建立了基于BIM的鋼箱梁頂推系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)頂推施工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及智能控制，完成GIS平臺(tái)、BIM技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合。

實(shí)現(xiàn)三維智能化建造。通過(guò)BIM模型設(shè)計(jì)、建設(shè)管理系統(tǒng)的結(jié)合，充分整合和展現(xiàn)模型可視化和施工管理信息化，對(duì)未來(lái)的運(yùn)維期可視化數(shù)據(jù)挖掘和決策管理有較好的指導(dǎo)意義，從而實(shí)現(xiàn)了基于BIM的智能化建造。

信息為資產(chǎn)管理服務(wù)。以全生命周期應(yīng)用為最終目的，創(chuàng)建了貫穿始終的底層數(shù)據(jù)庫(kù)，逐步擴(kuò)充完整的工程信息，做到全過(guò)程信息完備、系統(tǒng)的保留。實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)在全生命周期信息管理的應(yīng)用，最終可對(duì)項(xiàng)目資產(chǎn)管理產(chǎn)生巨大的效益。

應(yīng)用衍生

通過(guò)建立頂推施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，技術(shù)人員意識(shí)到在建設(shè)階段若僅僅局限于建設(shè)管理平臺(tái)一個(gè)方向，則會(huì)導(dǎo)致在建設(shè)階段的應(yīng)用產(chǎn)品單一，應(yīng)用模式?jīng)]有創(chuàng)新。所以，在其他項(xiàng)目上，針對(duì)具體工程開(kāi)發(fā)了“隧道施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“承臺(tái)大體積混凝土施工溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“關(guān)鍵工程鉆孔樁進(jìn)度監(jiān)控系統(tǒng)”等相關(guān)衍生產(chǎn)品。同時(shí)，應(yīng)用的方式分為兩種：一種是將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成在管理平臺(tái)中；另一種是獨(dú)立于管理平臺(tái)建立的管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用方式的多樣化。

基于此，蘇交科集團(tuán)股份有限公司BIM技術(shù)研究中心將建設(shè)階段主要的應(yīng)用方向確定為：以建設(shè)管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)為核心，輔以多元化的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，補(bǔ)充及完善BIM技術(shù)在建設(shè)階段的應(yīng)用方式，最終形成“全要素信息管理+針對(duì)性重點(diǎn)管理”的體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)管理需求的全覆蓋，公路工程建設(shè)階段充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價(jià)值。