BIM技術(shù)在高速公路智慧梁場中的創(chuàng)新應(yīng)用

摘? 要：預(yù)制梁場作為橋梁施工建設(shè)中的關(guān)鍵臨時工程，其建設(shè)有助于實(shí)現(xiàn)梁場管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、信息化與智能化。依托北京新機(jī)場高速公路橋梁預(yù)制梁場，探索基于BIM技術(shù)的信息化建造技術(shù)，通過建立數(shù)字化模型進(jìn)行生產(chǎn)管理，并對預(yù)制構(gòu)件施工過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)信息化建造。利用BIM技術(shù)創(chuàng)建集可視化施工管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理及動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)于一體的智慧梁場，不僅可提高梁場的管理水平和工作效率，還能為相關(guān)工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);高速公路;智慧梁場;創(chuàng)新應(yīng)用

中圖分類號：TP319? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

BIM技術(shù)作為國家大力推行的應(yīng)用技術(shù)，可提高施工專業(yè)化水平，目前在房建裝配式建筑中應(yīng)用廣泛，但公路工程因其線路長，規(guī)模大等原因，如何應(yīng)用BIM技術(shù)一直以來是個問題。研究發(fā)現(xiàn)公路橋梁集中預(yù)制場，采用工廠化生產(chǎn)、流水施工，具有裝配式建筑的特點(diǎn)，是公路領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)的良好切入點(diǎn)[1]。

應(yīng)用BIM技術(shù)建立梁場場區(qū)模型，優(yōu)化各功能區(qū)布置，采用視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理;利用BIM技術(shù)根據(jù)圖紙梁場變化數(shù)據(jù)精細(xì)化建模，高精度復(fù)核工程量及時發(fā)現(xiàn)圖紙錯誤，積極協(xié)調(diào)變更，降低成本;利用基于BIM的綜合管理平臺，進(jìn)行施工進(jìn)度、三檢制流程管理、人員管理，加強(qiáng)梁場標(biāo)準(zhǔn)化管理，貫徹專業(yè)化、數(shù)字化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)理念。

引入BIM技術(shù)的高速公路預(yù)制梁場生產(chǎn)管理模式具有數(shù)字化特點(diǎn)，通過創(chuàng)建信息管理信息和共享信息可以實(shí)現(xiàn)梁場從規(guī)劃涉及、生產(chǎn)源頭、過程控制和總結(jié)提高等方面的智能化管理。

1 項(xiàng)目概述

北京新機(jī)場高速公路設(shè)計(jì)起點(diǎn)為南五環(huán)，終點(diǎn)為北京新機(jī)場，全長約27.2km，位于大興區(qū)，途徑西紅門鎮(zhèn)、團(tuán)河農(nóng)鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)。主線全長27.2km，雙向八車道，設(shè)計(jì)速度100～120km/h，該標(biāo)段工程主要以高架橋梁工程為主，路線長9.128km，主要負(fù)責(zé)箱梁預(yù)制和架設(shè)任務(wù)，其中32.7m預(yù)制箱梁3457片，30m預(yù)制箱梁135片，24.7m預(yù)制箱梁219片，預(yù)制箱梁總計(jì)3811片，如圖1所示。

2 運(yùn)用 BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1運(yùn)用 BIM技術(shù)輔助進(jìn)行場地布控設(shè)計(jì)

利用廣聯(lián)達(dá) BIM 場地布置軟件導(dǎo)入二維施工總平面圖，依據(jù)圖紙及現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行繪制三維場地模型，通過 revit 繪制預(yù)制構(gòu)件廠三維模型，查看或?qū)С雠R建工程各構(gòu)件的工程量，通過導(dǎo)入臨建模型，將臨建模型定位到施工總平面圖擬建位置，通過漫游操作進(jìn)行施工現(xiàn)場三維漫游。從而更加形象、直觀地了解場地布置情況，進(jìn)行場地布局合理優(yōu)化，如圖2所示[2]。

2.2運(yùn)用 BIM技術(shù)建立專業(yè)三維模型

采用 BIM 技術(shù)直接進(jìn)行三維建模，將混凝土、鋼筋、預(yù)埋件等各種配件在模型中如實(shí)反映，并通過軟件直接生成統(tǒng)計(jì)表、平面圖、大樣圖;利用軟件的碰撞檢查功能進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)鋼筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免吊裝時鋼筋碰撞;進(jìn)行構(gòu)件預(yù)吊裝模擬，檢查因鏡像、旋轉(zhuǎn)發(fā)生的錯誤，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)，如圖3所示[3]。

2.3運(yùn)用 BIM 技術(shù)完成方案優(yōu)化和可視化交底

通過模型的建立，實(shí)現(xiàn)臨建工程的三維可視化交底;

通過模型的建立，結(jié)合3DMax軟件等工具，制作預(yù)制場的動畫交底視頻，用于對外展示和一線工人技術(shù)交底，如圖4所示。

3 BIM技術(shù)的 5D綜合管理平臺應(yīng)用

3.1進(jìn)度管理

項(xiàng)目使用 Project 軟件編制項(xiàng)目總控計(jì)劃并導(dǎo)入 BIM 綜合管理平臺，然后將進(jìn)度計(jì)劃與模型實(shí)時掛接，系統(tǒng)通過項(xiàng)目初始設(shè)置的分區(qū)段信息，實(shí)現(xiàn)從周進(jìn)度計(jì)劃到項(xiàng)目人員周工作安排的自動生成，項(xiàng)目工作人員通過移動終端接收每周工作安排，并在移動終端中記錄工作內(nèi)容的完成情況。移動終端采集到相關(guān)數(shù)據(jù)后，自動傳遞至云端，系統(tǒng)后臺自動進(jìn)行比對，記錄項(xiàng)目人員工作完成情況，系統(tǒng)自動根據(jù)工作內(nèi)容完成情況確認(rèn)進(jìn)度計(jì)劃管理情況，并進(jìn)行實(shí)時推送預(yù)警，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)預(yù)警情況，實(shí)時調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃管理的 PDCA循環(huán)[4]。

現(xiàn)場人員通過手機(jī)端每日上傳當(dāng)日施工內(nèi)容及各班組人數(shù)，若當(dāng)日工期滯后可填寫滯后原因。其他人員通過手機(jī)端了解現(xiàn)場情況，為上報(bào)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，為進(jìn)度管理和下一步進(jìn)度安排提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.2質(zhì)量和安全管理

將交底、方案、圖紙等資料上傳至云端，可進(jìn)行實(shí)時查看，通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的可追溯性及質(zhì)量問題的閉合[5]。

將BIM云平臺同現(xiàn)場質(zhì)量安全檢查相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在線上發(fā)布質(zhì)量安全檢查問題，并定人、定時整改，上傳整改信息，使質(zhì)量安全檢查信息全程記錄，落實(shí)問題整改到位，縮短質(zhì)量安全管理過程中的時間，提高工作效率。

4智慧梁場提升信息化管控水平

4.1鋼筋數(shù)字化加工

根據(jù)BIM模型導(dǎo)出所需要加工的預(yù)制構(gòu)件及預(yù)制所需要的信息，并自動生成預(yù)制構(gòu)件加工訂單。采用標(biāo)準(zhǔn)格式描述鋼筋配筋信息，并轉(zhuǎn)變?yōu)槎S碼信息，批量導(dǎo)出需要加工的鋼筋料單。通過PDA掃碼裝置掃描生產(chǎn)料單的二維碼，并自動導(dǎo)入到鋼筋加工機(jī)械，鋼筋加工機(jī)械根據(jù)讀入的二維碼信息自動完成鋼筋的選料、調(diào)直、彎曲、剪斷等加工過程，借助信息化手段打通BIM模型與生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件鋼筋的精細(xì)化生產(chǎn)、管理，如圖5所示。

4.2工序報(bào)驗(yàn)

PC端預(yù)先編輯箱梁預(yù)制過程中需要報(bào)驗(yàn)的工序，并規(guī)定各工序報(bào)驗(yàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容 及人員權(quán)限，做到定崗定責(zé)，例如砼強(qiáng)度和鋼保層檢測只有試驗(yàn)人員有權(quán)限。

4.3構(gòu)件跟蹤

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以 BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過 RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)、安裝、和維護(hù)全過程的追溯。RFID 采集的信息通過接收裝置和互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)叫畔⒅行倪M(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)預(yù)制工廠的集成建造;生產(chǎn)階段實(shí)時掌握構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)度、物資需求及供應(yīng)情況，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃組織;運(yùn)輸、安裝階段，實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的預(yù)制件定位和查找功能，實(shí)時掌握構(gòu)件存放位置;自動統(tǒng)計(jì)構(gòu)件存儲狀態(tài)，對比預(yù)制構(gòu)件進(jìn)、出數(shù)量比率，得到預(yù)制進(jìn)度與前場安裝進(jìn)度的比值關(guān)系，設(shè)置報(bào)警值，對預(yù)制構(gòu)件場的預(yù)制進(jìn)度實(shí)時調(diào)整，如圖6所示。

4.4 BIM技術(shù)的電子沙盤管控

通過應(yīng)用BIM技術(shù)的電子沙盤技術(shù)來展現(xiàn)整體建設(shè)信息。使用文字、圖片在電子沙盤上標(biāo)注影響工程進(jìn)度的重要斷點(diǎn)，反饋重點(diǎn)任務(wù)進(jìn)展情況。同時可將工序與報(bào)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)合、關(guān)聯(lián)現(xiàn)場施工與計(jì)量進(jìn)度，進(jìn)行合理資源配置，提質(zhì)增效，如圖7所示。

4.5在線監(jiān)控智能張拉壓漿

在數(shù)控張拉、壓漿設(shè)備的前端安裝數(shù)據(jù)采集硬件，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，實(shí)現(xiàn)張拉過程及壓漿過程的全過程監(jiān)控，一旦發(fā)生偏差，系統(tǒng)以短信報(bào)警方式及時通知管理者，確保張拉及壓漿過程規(guī)范可控，如圖8所示。

4.6冬施養(yǎng)生溫濕度監(jiān)測

通過無線WIFI溫濕度記錄儀，實(shí)時監(jiān)測預(yù)制箱梁等冬季施工結(jié)構(gòu)物的養(yǎng)生情況，記錄儀將養(yǎng)生環(huán)境的溫度及濕度等信息實(shí)時反饋到電腦終端平臺，發(fā)現(xiàn)異常情況時，可通過短信、電話進(jìn)行報(bào)警，記錄信息可藍(lán)牙打印，保證冬季施工養(yǎng)生質(zhì)量，同時節(jié)省巡查人員配置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能提質(zhì)、科學(xué)管理，如圖9所示。

4.7梁場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過在工地大門、材料堆場、作業(yè)設(shè)備等前端監(jiān)控點(diǎn)安裝球形或槍形攝像頭，將施工現(xiàn)場信息實(shí)時傳輸?shù)狡脚_上;視頻監(jiān)控平臺支持多畫面切施時錄像、視頻抓拍等功能，實(shí)時查看工地視頻了解現(xiàn)場情況，提前消除安全隱患，防止意外發(fā)生;提供錄像取證方式，為項(xiàng)目部管理現(xiàn)場施工人員提供證據(jù)與依據(jù);發(fā)生事故時，可調(diào)取歷史視頻對事故進(jìn)行調(diào)查取證，如圖10所示。

4.8多媒體培訓(xùn)箱系統(tǒng)

多媒體培訓(xùn)箱是集自動建檔、集中培訓(xùn)、無紙考試、自動評分等功能與一體的培訓(xùn)工具，通過與BIM平臺互聯(lián)，將培訓(xùn)箱中的工人進(jìn)場信息、教育培訓(xùn)信息同步至BIM平臺，與平臺匯總的工人積分扣分信息一起記錄到工人檔案，通過手機(jī)和電腦可實(shí)時查詢，如圖11所示。

4.9梁場人員門禁系統(tǒng)

將進(jìn)出梁場的所有人員分為兩大類，固定人員與臨時人員，并分別配以固定身份識別卡與臨時身份識別卡。固定身份識別卡采用芯片安裝方式，將其安裝于工人的安全帽中，芯片內(nèi)提前錄入相匹配的身份信息，如姓名、職位、部門、職責(zé)范圍等，人卡統(tǒng)一，人員進(jìn)出可隨身攜帶。臨時身份識別卡需于門口服務(wù)中心登記領(lǐng)取，獲得身份識別 卡后由人行通道進(jìn)入梁場，如圖12所示。

5創(chuàng)新點(diǎn)

5.1橋梁構(gòu)件模型庫

采用Revit軟件建立不同尺寸箱梁構(gòu)件的BIM模型，包含構(gòu)件配筋型號、直徑、形狀、長度等信息，并包括各構(gòu)件波紋管、預(yù)埋件、吊點(diǎn)等模塊位置的參數(shù)信息，形成預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品庫，之后工程中若遇到類似構(gòu)件，則可直接調(diào)用構(gòu)件產(chǎn)品庫中相應(yīng)模型，修改參數(shù)后即滿足使用需求，滿足了快速建模的需求。

5.2施工組織方案模擬

詳細(xì)展示道路施工對周圍交通的影響及交通組織狀態(tài)的應(yīng)對方案，包括占用車道情況、臨時圍擋結(jié)構(gòu)、路口交通導(dǎo)向、警示交通指示，可同道路交警主管部門高效地溝通，協(xié)商方案的可行性，解決交通組織方案中不科學(xué)之處。方便決策人員對不同方面進(jìn)行比選和決斷。利用此項(xiàng)技術(shù)，可降低成本，提高工作效率。

5.3構(gòu)件跟蹤

實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的預(yù)制件定位和查找功能，實(shí)時掌握構(gòu)件存放位置;自動統(tǒng)計(jì)構(gòu)件存儲狀態(tài)，對預(yù)制構(gòu)件場的預(yù)制進(jìn)度實(shí)時調(diào)整[6]。

5.4可視化交底技術(shù)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于三維技術(shù)交底中，用三維模型取代CAD圖紙，擺脫CAD時代的識圖難問題。對施工工藝復(fù)雜、工序轉(zhuǎn)換多、設(shè)計(jì)圖紙復(fù)雜的部位，通過三維模型的展示來加深交底人員的理解，讓新人更直觀、更快地掌握施工技術(shù)并融入現(xiàn)場。

6經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

6.1經(jīng)濟(jì)效益

（1）通過BIM建模完成模板的改造和優(yōu)化，在保證正常施工功效的情況下，對生產(chǎn)線臺座間距由6.5m優(yōu)化至5.75m，降低龍門跨徑成本的同時，同樣的占地畝數(shù)可以建設(shè)5條5×7臺座生產(chǎn)線，大大增加日生產(chǎn)能力，綜合比選節(jié)約臨建費(fèi)用。

（2）BIM技術(shù)建模分析存梁區(qū)采用變軌龍門實(shí)現(xiàn)兩條存梁區(qū)交互存梁，節(jié)約了龍門投入費(fèi)用。

（3）BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)碰撞檢查設(shè)計(jì)，檢查出設(shè)計(jì)濕接封端工程量不足等問題，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)遺漏的C50砼，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增收。

（4）應(yīng)用BIM技術(shù)臨建施工標(biāo)準(zhǔn)化管理，樣板標(biāo)準(zhǔn)引路，通過BIM技術(shù)設(shè)計(jì)臨建工程中的管線布置與核查，可視化建模交底指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免返工。

（5）BIM技術(shù)平臺協(xié)同管理質(zhì)量、安全、進(jìn)度等方面，提高施工質(zhì)量，保證安全，避免經(jīng)濟(jì)處罰。

6.2社會效益

（1）在總結(jié)項(xiàng)目梁場標(biāo)準(zhǔn)化施工管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，編制了《箱梁預(yù)制場建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化BIM圖集》，進(jìn)行總結(jié)提煉。應(yīng)用于類似工程建設(shè)中，助力公司快速推進(jìn)前期策劃場站設(shè)計(jì)方案。

（2）通過BIM技術(shù)在梁場方面的應(yīng)用，探索出一套適合集中預(yù)制場管理的BIM信息化體系，為后續(xù)集中預(yù)制場提供了信息化技術(shù)支撐，具有較強(qiáng)的借鑒意義。

（3）BIM技術(shù)協(xié)同平臺的應(yīng)用，提高了梁場的有效產(chǎn)能比例，單日5條生產(chǎn)線可以完成18片箱梁預(yù)制功效。有效的協(xié)同管理，大大提高了架梁的施工工序，單月架梁突破1260片記錄。

（4）項(xiàng)目在北京市場接受的檢查及觀摩交流次數(shù)較多，打造的智慧梁場信息化建設(shè)方面得到行業(yè)認(rèn)可，對外展示了公司技術(shù)水平，有助于公司品牌建設(shè)。

7 結(jié)論

對基于BIM技術(shù)的智慧梁場管理研究及應(yīng)用;基于BIM平臺質(zhì)量三檢、可溯源動態(tài)信息化管理;基于BIM平臺關(guān)聯(lián)項(xiàng)目農(nóng)民工管理、現(xiàn)場監(jiān)控管理，提升管理水平;運(yùn)用BIM數(shù)字模型技術(shù)對箱梁、鋼筋進(jìn)行碰撞檢測、優(yōu)化，指導(dǎo)施工;運(yùn)用BIM數(shù)字模型進(jìn)行工程量復(fù)核及統(tǒng)計(jì);基于BIM平臺的預(yù)制場施工協(xié)同管理信息化應(yīng)用研究等，總結(jié)了預(yù)制梁場施工BIM技術(shù)應(yīng)用及管理的方法及經(jīng)驗(yàn)。為類似工程的BIM技術(shù)應(yīng)用提供良好的經(jīng)驗(yàn)。為工程項(xiàng)目帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，提高了工程項(xiàng)目信息化管理工作效率。

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收稿日期：2020-09-12

作者簡介：張新鋒（1987—），男，滿族，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，工程師，研究方向：道路橋梁工程。