BIM技術在龍門大橋智慧建造中的應用

程振庭，楊茗欽，林廣泰

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

廣西濱海公路龍門大橋總長7.637 km，大橋建成后，欽州港和防城港這兩大港口將實現互聯互通，助力北欽防一小時通勤。作為廣西交通建設史上規模最大、技術最復雜、標準最高、主橋為廣西首座單跨超千米全漂浮體系懸索橋、跨越海域環境最復雜的跨海通道工程，龍門大橋因其建設施工期間具有海上作業點多、高空作業量大、極端異常天氣多、紅樹林和海洋環境保護要求嚴苛等特點，使工程的管理難度較大。在此類工程的施工中使用BIM技術來協助管理，逐漸被業內人士提出與認可。

1 BIM技術應用的必要性

BIM技術是基于以強化工程項目建設管理為目的而開發的數字化輔助工具，用此技術建立的模型通常包含了整個工程建設項目在其生命周期內的所有三維特性、時空屬性及各結構信息，以數據可視化歸檔的形式幫助工程技術人員高效了解各類結構的實況信息，更好地為各方建設主體單位提供協同工作的平臺，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮著重要作用[1-2]。

另外，作為第一批平安百年品質工程創建示范項目之一，龍門大橋在極高的目標定位和建設要求下，在施工過程中也會面臨更多的難點及問題：

(1)施工環境復雜：項目施工作業主要集中在海面、灘涂、小島上，受漲落潮與氣候影響較大。例如東引橋棧橋線路長2.36 km，沿線多為裸巖地質，水深約20 m，水流湍急，同時施工區域受限，對棧橋便道的路線設計需進行周全的考慮。

(2)施工工藝復雜：此項目主橋在單跨吊千米級懸索橋中采用了全漂浮結構體系，并在錨碇設計中采用大尺寸圓-矩咬合樁支護形式。復雜的結構形式不僅對技術交底提出了更高的要求，還在質量控制如溫控抗裂、耐腐蝕涂裝和加工精度等方面有更高精度的要求。

(3)總體工程量大：部分工程變更引起作業效率低下。傳統二維施工圖的參數化程度普遍偏低，當工程變更時，圖紙修改所耗費的大量時間與繁瑣流程不僅會對施工進度造成割裂，也不利于后期的資料歸檔。此外，由于平面圖表達形式單一、內容有限、可視化程度低，導致現場一線人員在加工安裝構件前需額外花費時間對圖紙進行解讀，總體上降低了施工效率。

(4)建設工期緊，施工進度管理難度大：項目工期要求緊，靜態化的傳統圖紙與進度管理無法幫助管理人員準確地掌握項目實時信息并作出動態分析，導致在施工進度的調查與預測上會出現不可避免的決策誤差。因此，BIM技術在龍門大橋中以縮短信息傳遞時間這一方式，幫助項目強化了其對自身進度的把控能力。

綜上所述，若將BIM技術融入施工建設中，在施工前按照真實環境進行模擬和場地布置，對復雜的工藝利用三維模型視頻或者打印3D模型對工人進行更直觀的技術交底，將設計和施工階段中的構件尺寸、材料、用料量等信息結合鋼筋加工、進度管理等系統進行相關的信息化管理，就能夠從根本上提升各工種協同作業的效率，降低施工安全風險。

2 BIM技術在龍門大橋智慧建造中的應用

2.1 地形地貌

GIS是一種地理信息技術，具有強大的實景重現、三維可視化及數據分析統計能力，結合無人機航空攝影和遙感技術，可以真實地反映龍門大橋建設現場的地形地貌和水文情況，宏觀地反映龍門大橋周邊地物之間的相互關系。BIM則可以真實準確地反映龍門大橋結構和構件信息，兩者相互配合，為項目在決策、設計、施工、運營階段提供強勁的數據支撐。

本項目中采用無人機對現場地形進行航飛，制作現場的傾斜攝影圖，建立現場實景三維地形模型，同時利用相關測量軟件，量算相關地形施工情況，生成土石方算量報告。

2.2 主體建模

利用已經收集的設計數據資料，結合龍門大橋基本設計思路，在Revit軟件中對龍門大橋結構體進行建模(見圖1)。龍門大橋建設中針對圓-矩咬合樁成孔效率低問題，采用了分級成孔施工大直徑樁基、旋挖鉆+銑槽機相結合施工二期槽的工藝。錨碇首次采用圓-矩咬合樁結構形式，大直徑樁基和二期槽均為鋼筋混凝土結構，施工中需嚴格控制大直徑樁鋼筋籠的定位和垂直度。這些關鍵工藝和復雜結構都在Revit軟件中進行建模分析。

2.3 BIM+復雜結構三維交底展示

借助BIM的可視化特點，把龍門大橋全線永久及臨時結構圖紙轉變為三維模型，其坐標、材料及尺寸信息可直接在軟件里查看，減少了施工管理人員查閱圖紙及資料的時間。

三維交底展示使用的手段和技術包括AR、VR、720云、施工動畫模擬等方式。AR即“增強現實”，將BIM模型與圖紙進行綁定，用手機掃描圖紙時，會彈出BIM三維模型，讓復雜的圖紙更易懂(見圖2)。720云是一款VR全景內容分享應用，各類技術人員可查看龍門大橋周邊相關全景內容，進一步熟悉施工現場，進行合理的施工組織(見圖3)。

圖2 掃描圖紙AR增強現實效果圖

圖3 720云全景效果圖

同時，將BIM模型輕量化，一線生產人員可以在手機上直接打開BIM模型，對所需的結構信息進行查閱，極大地方便施工現場對工人進行交底展示。

2.4 場地布置模擬

為了更合理地對項目施工區域進行場站建設規劃，龍門大橋項目使用BIM+GIS技術，結合所收集的地理信息對大橋主體結構與各個場站進行了仿真三維建模，并以此作為方案編制與修改的基礎，對拌和站、鋼筋加工場、庫房與生活區等建設場地的布置上進行了優化(見圖4、圖5)。另外，此技術在實際中不僅節約了作業場地，在環保方面，還通過優化便道與排水系統，降低了項目施工時粉塵與污水對周邊紅樹林保護區的影響。

圖4 拌和站BIM模型圖

圖5 塔錨施工區布置模型圖

2.5 坐標校核

按照設計圖紙建立BIM模型，測量人員在現場勘測到三維坐標后，可提取模型中的三維坐標進行對比校核，如圖6所示。

在BIM模型中提取結構的材料用量，與項目預先測算的用量進行對比，可對已建造完成結構的實際用量與BIM模型進行復核。

圖6 BIM+坐標校核示意圖

3 結語

龍門大橋項目在實際施工中通過對各項BIM技術的成功應用，平穩地處理了其在建設過程中碰到的各種如復雜結構施工、作業區域受限、環保壓力大等難點問題，最終達到節地、節材、節時與降本增效的目的。

龍門大橋項目通過施工過程的模型參數化、場地可視化、施工預模擬及進度把控等信息化的管理，使BIM技術的推廣取得了實質性的成效，也為今后國內外橋梁施工項目管理提供了一定的借鑒。