淺談BIM技術在G341線環縣（二十里溝口）至車路崾峴（甘寧界）公路橋梁施工管理中的應用研究

鄭萬鵬 茍朝勇 王興濤 陳輔偉 謝健 石雪曌

（1.甘肅二車高等級公路項目管理有限公司，甘肅慶陽 745700；2.甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅蘭州 730000）

1.項目概況

G341線環縣（二十里溝口）至車路崾峴（甘寧界）公路為《國家公路網規劃（2013年—2030年）》東西橫線中膠南至海晏公路的組成部分，是擬建的打扮梁至慶城、甜水堡至羅兒溝圈、銀川至固原高速公路的連接線，是慶陽市煤炭石油運輸及省際出境通道，是甘肅省普通國道341線升級改造的重點項目，也是《甘肅省高速公路網規劃》中的重要公路之一。其中控制性工程新莊壕大橋為T型鋼構橋，在甘肅省內除了黃河跨河橋以外很少見，主跨130m、墩高65m、樁基單根長度78m、承臺高4m、梁高9m，這總計156m的橋梁設計施工難度巨大，為更好的完成該橋設計、施工，積極響應交通運輸部《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）和甘肅省交通運輸廳文件《甘肅省公路水運“品質工程”創新實施方案》（甘交公路[2017]119號）等文件要求，故就該橋應用BIM技術進行施工過程的管理。

2.BIM技術在該大橋中的應用優勢

在工程項目中，以節約成本、縮短項目的工期以及保證工程項目的質量為目標，對整個項目進行計劃、控制以及協調，保證項目能夠正常施工，這個過程就是施工項目進度的管理。從小的范圍內來說，一個工程項目的進度就是指在一定的時間內某個工程的完成的具體情況。從大的范圍上來說，進度包含的內容很多，在確定一個工程的進度時，必須將建筑工程所花費的時間、材料、勞動力以及成本等因素考慮進去，這樣才可以讓一個建筑工程的進度被很完整、全面的呈現出來。近年來，國家大力推動工程建設BIM三維數字化，“數字中國”上升為國家戰略，產業三維數字化轉型浪潮也為建筑業的變革注入了新的活力，在本項目中應用三維BIM數字技術，走向“數字建造”，建設“交通強國”，將是本項目向國際先進水平看齊，在未來競爭挑戰中利于不敗之地，切實提高本項目智慧建設水平的重要戰略選擇。BIM技術為工程數字化、信息化、可視化管理提供基礎，實現對交通基礎設施工程全生命期的數據監控及管理，三維GIS技術可以提供虛擬化地理環境信息和各類空間分析應用，BIM與GIS的跨界融合，使微觀領域的BIM信息與宏觀領域的GIS數據實現交換和互操作，提升了BIM技術的應用深度，從單體縱向應用延伸到交通路網的信息互聯，實現了全局信息統籌和科學決策[1]。

3.BIM技術在該大橋中的具體應用

3.1 傾斜攝影模型

通過無人機技術，對橋梁范圍內進行傾斜測繪航空攝影，獲取優于0.02M地面分辨率的影像數據，進行三維實景模型的數據生產（如圖1所示）。傾斜攝影技術通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的三維實景模型。高精度的項目實景模型直觀地反映現場情況，彌補了傳統地形數據的局限性，為開展方案制定、橋梁設計與布置、排水及場站布置的選擇等設計提供了可靠依據。

3.2 超高精度BIM模型

建立精度為LOD300的超高精度“新莊壕大橋”BIM模型，更高精度的模型可以在三維環境中完全還原設計意圖，將每個構件都三維模型化，更高程度地對設計成果進行三維可視化驗證。本橋上部結構采用5×40m預應力混凝土先簡支后連續箱梁+（70+130+70）m現澆預應力混凝土剛構+4×40m預應力混凝土先簡支后連續箱梁，橋梁全長為638m（如圖2所示）。針對本橋構件眾多、局部細節構造復雜、加工制造要求高的特點，利用BIM軟件對本橋設計圖紙進行建模，實現復雜節點三維交底。同時，基于精準的BIM模型，亦可實現對設計圖紙的驗證，有效減少了施工階段可能產生的設計變更，節約工程資源[2-3]。

圖2 橋梁BIM模型

3.3 設計咨詢

傳統的二維圖紙往往不能全面反映個體、各專業、各系統之間的碰撞可能，同時由于二維設計的離散型為不可預見性，設計上難以避免存在一些問題。完成模型設計后，出具BIM咨詢報告，對設計圖紙進行再次復核，發現設計中出現的錯漏差缺、橋梁凈高不足、橋墩設置位置不合理、路基橋梁交匯處重疊等問題，減少設計變更，提高設計圖紙交付效率，優化設計質量[4]。

3.4 重點施工工序三維技術交底

通過BIM模型，對于重要工點、重難點施工工藝制作施工模擬視頻，實現三維可視化的技術交底。基于二維圖紙的傳統技術交底方式具有一定的局限性，無法直接、生動地向施工人員展示施工工藝與施工工序，影響施工進度[5]。根據專項工程特點、現場安裝、加工制造等需求建立BIM模型，結合施工工序與設計要點進行重難點工程施工模擬，進行可視化的施工技術交底（如圖3所示），輔助構件生產和現場安裝，提高施工效率與施工質量，避免窩工廢工，優化施工方案。基于超高精度三維模型，對重點工程的施工工序制作三維模擬動畫指導施工，在三維可視化環境下將施工難點工序充分表達，提高施工質量[6-7]。

圖3 三維技術交底

3.5 搭建BIM+GIS可視化綜合管理平臺

隨著BIM技術在工程建設領域的快速發展，參考“互聯網+”的思維模式和發展背景，依托GIS技術、物聯網、大數據、分布式存儲方案及智能分析等現代信息技術，將BIM技術與其他多技術跨界融合，搭建BIM+GIS可視化綜合管理平臺，將傳統項目管理平臺的內容移植、對接到BIM+GIS可視化環境下，集成在統一平臺管理。消除碎片化應用和信息孤島，以三維GIS環境和BIM模型為數據載體在三維可視化平臺上進行項目綜合管理及業務大數據的分析、統計、集成展示。實現了建設管理過程中全景可視、全生命期項目應數據管控、業務數據實時更新及智能分析等需求（如圖4所示）。

圖4 項目可視化管理平臺

BIM+GIS可視化管理平臺定位于工程項目建設階段各專業管理軟件的業務數據集成顯示平臺。融合應用建筑信息模型（BIM）和三維地理信息系統（3D-GIS）技術，對項目管理涉及的主要三維空間對象進行標識和展示，提供空間對象集成的相關屬性信息查詢與數據分析、利用等功能，支持由參數驅動的建設過程和管理數據的動態可視化演示，可實現三維虛擬環境下的數據分析、空間分析等（如圖5所示）。通過分部分項編碼將三維模型與建設過程中各信息化管理系統的管理數據相關聯，可視化表達各類業務數據，將高效的數據展示和動態的項目管理達到有效融合與平滑過渡。創建沉浸式的建設項目輔助管理及決策支持的虛擬現實系統，供項目管理人員統計、溝通、決策等日常管理使用。可以為項目管理中的業務數據提供一種全新的數字化、可視化、三維化的展示方案。同時也是推動工程管理從傳統的微觀管理方式向現代化、智能化、宏觀化管理方式邁進，可以大大提升管理效率及協同辦公程度，提高工程管理的針對性、有效性、及時性。

圖5 質量管理

將項目全線范圍內的地理信息數據、傾斜攝影模型、BIM模型進行匯總，以一定的數據集合形式表述項目區域內的地理要素及環境特征；整合、管理產生的大量空間數據，創建項目區域GIS數據庫，支持云端讀取數據信息；根據項目實際情況，通過坐標將各類GIS數據、BIM模型和傾斜攝影模型擬合，編輯三維虛擬仿真環境，形成項目區域現場的真實三維場景；通過二、三維一體化技術及多種GIS數據處理方式，最終將三維虛擬場景及GIS空間數據發布在GIS云服務器上，并通過各類數據接口協議讓其他系統訪問讀取；提供各種GIS空間計算和分析功能（如圖6所示）。

圖6 進度管理

4.結論

BIM技術已不局限于某個孤立項目或者關鍵節點的單點應用，正逐步向工程全生命周期和全行業協同應用邁進。尤其是與物聯網、大數據、云計算、人工智能、VR/AR等新一代信息技術深度融合后，顯示出更加旺盛的生命力，對于未來智慧工地、智慧交通、工程物聯網的全面實現具有十分重要的意義。

國內BIM技術的推廣應用已有一段時間，但仍未到普及性、全面性的應用階段。隨著BIM技術應用的逐步深入，許多制約其發展的瓶頸問題也越來越突出，技術成熟度曲線所反映出的一般規律鮮明體現。行業標準的缺失、軟件功能的不足、專業人才的匱乏、理解程度的偏差等問題嚴重阻礙了推進速度，距離發揮BIM真正的價值還有較長一段路要走。但是，重重困難并不能妨礙人們認識到BIM技術的巨大價值，政府出臺政策不斷推進，設計單位成立BIM中心不斷探索，BIM軟件也針對公路行業不斷升級，相信BIM技術的前景一定是光明的，不僅僅在設計行業，在整個公路的全生命周期更是如此。隨著全行業對BIM技術研究和應用的高度重視，專業公司和軟件廠商的協力合作，主管部門和生產企業的積極推動，我們相信這些制約發展的瓶頸問題將逐一解決。BIM技術將煥發出更強的生命力，產生更大的價值，成為行業技術進步的推進器。