BIM技術在大型跨海通道工程中的創新應用

文 | 中路高科交通檢測檢驗認證有限公司

/ 六個應用重難點/

大型跨海工程建設規模大、工程類型多、技術難度高、施工組織復雜，為項目的建設管理帶來了巨大的挑戰，而BIM技術的普及和數字化、網絡化、智能化的發展趨勢為解決管理難點指明了新的方向。

重難點一：橋梁工程領域BIM生產能力與期望值嚴重不匹配

在設計階段，大量橋梁工程BIM項目選擇了先設計、后翻模的方式，整體建模僅能達到初步設計程度，如果想達到施工深度程度，只能挑選個別節點應用，需要探索出一條橋梁正向設計的技術路線，提升設計品質和設計效率。

重難點二：各參建方的BIM模型與成果難以兼容

在橋梁全壽命周期建設過程中，“設計-施工-運維”階段重復建模，導致工作效率低下且難以實現業務數據的有效傳遞，需要探索一套大型跨海橋梁BIM技術應用體系，充分發揮BIM的信息集成與傳遞作用。

重難點三：GIS平臺與基于CAD圖形引擎開發的BIM軟件兼容性差

當前項目管理所使用的BIM平臺普遍基于GIS平臺開發，但是GIS平臺與基于CAD圖形引擎開發的BIM軟件兼容性差，導致BIM模型在通過格式轉換進入GIS平臺時效率很低；此外，GIS平臺對三維模型的顯示效率低，不能矢量化展示BIM模型的幾何細節尤其是內部構造，同時對CPU/GPU的性能要求高，只能在高性能圖形工作站上運行，制約了BIM的普及應用，亟需研發高性能“BIM+GIS”平臺，讓普通電腦和手機都能流暢運行，充分發揮BIM技術的管理價值。

重難點四：管理效率難以提升

大型跨海橋梁工程參建單位眾多，而進度、質檢、計量與檔案的工作銜接完全依賴BIM技術在大型跨海通道工程中的創新應用的點對點溝通，效率低下且錯誤難以避免，導致管理效率難以提升。由于各項業務未形成易于維護的協同編碼體系，業務協同也難以通過信息化手段實現，需要建立統一的BIM協同管理編碼體系，打通業務斷鏈，提升工程管理自動化水平。

重難點五：傳統檔案管理模式難以滿足項目管理需求

大型跨海橋梁工程建設規模宏大、建設周期長、參建單位多、標段所在地分散，基于這些特點，傳統檔案管理模式在規范性、同步性等方面難以滿足項目管理需求。現有行業內電子簽名體系普遍采用物理密鑰，難以適應移動化的辦公需求。此外，由于管理思路相對傳統，電子檔案在建設管理中沒有得到充分利用，需要基于BIM技術全面推廣移動電子簽名與電子檔案利用體系，推動行業向“無紙化、移動化、便捷化”發展。

重難點六：項目進度和安全管理面臨較大挑戰

大型跨海工程施工工藝復雜、施工監控要求高、海上安全問題突出，給項目的進度和安全管理帶來較大挑戰，需要利用智能化技術及智能化設備對人員、機械、材料、環境進行數據自動化采集、傳輸和智能化監控，實時掌握現場動態，進一步通過BIM技術提高物聯網監控的可視化水平，輔助項目決策和遠程調度管理。

/ 五項主要工作/

結合施工項目——黃茅海跨海通道工程的重難點及BIM技術應用需求，“BIM技術在黃茅海跨海通道工程中的創新應用”項目組以“數字化”和“信息化”為手段踐行現代工程管理理念，制定了數字化五大主要工作內容。

BIM標準與咨詢

數字化的應用點眾多，為保證項目數字化工作的統一性、協調性和兼容性，項目組開展了標準體系的制定工作。項目組通過編制總體規劃和實施方案，確立了數字化的應用目標、工作要求和應用策略；通過制定項目級數字化標準，明確了建模交付、分類編碼、數據接口和技術應用的標準；通過制定各參建方數字化工作實施方案，指導BIM技術應用和數字化工作開展。此外，為了保證數字化應用實施的落地性，項目組還開展了全過程咨詢工作，有力保障了數字化工作有序開展。

BIM 技術應用內容

BIM模型應用

項目組建立的橋梁BIM正向設計體系，進一步統一了BIM建模平臺與建模標準，將設計BIM模型的信息充分傳遞到施工期，避免施工模型大量重新翻模，解決了施工期BIM技術應用成本高、效率低、信息丟失嚴重等問題，真正發揮設計期BIM技術成果的價值。在施工階段通過建立BIM模型與工程編碼的映射關系，實現工程進度、質量檢驗等關鍵資料及結構化數據的關聯，并可多維度地篩選、分析和展示BIM模型的結構化業務數據，真正改變點對點的傳統交流方式，切實發揮BIM協同管理價值。

BIM協同管理

項目組打造了統一的BIM協同管理平臺，各系統實名認證、統一賬號、單點登陸，提高了系統的使用便利性。管理平臺集成項目管理模塊，各單位依托系統開展日常工作，實現項目辦公的自動化管理。在統一工程管理編碼的基礎上，各業務系統彼此建立聯系，形成了“工序報驗-進度管控-質量監督-計量支付-檔案管理”業務主線，提升工程管理自動化水平。

BIM數字建造

項目組利用施工現場物聯網通訊基礎設施，通過智能傳感的方式監測施工現場的基本生產要素，實時采集現場數據，監控人員、設備、物料、環境的情況，實現施工現場的可視化管控，及時識別和發現施工過程中的風險。同時，結合BIM模型，實現物聯網數據的可視化展示，達到了施工質量智能化監控的目的。

遠程信息指揮

以項目管理平臺和智慧工地平臺的數據為基礎，項目組研發了項目級和標段級信息指揮平臺。通過項目的地理位置、BIM、無人機航拍、視頻監控、施工單位上傳的業務數據等多維度信息全面掌控現場動態，并通過切片、切塊、旋轉、鉆取等操作方式，分析多維數據，使得參建人員可以從多個角度、多個側面觀察業務數據，從而更加深入地了解包含在數據中的信息，進而實現業務數據動態展示和預警信息在線發布，高效實現項目遠程管控和調度指揮。

/ 七大技術創新點/

創新點一：基于BIM的橋梁正向設計工程體系

建立一套高效、全面的橋梁BIM正向設計工程體系，提出橋梁參數化、模塊化、結構化的建模方法論，實現大跨斜拉橋異形塔柱鋼錨梁的BIM參數化設計和跨海主橋基礎的正向設計，極大程度地減少重復的建模、出圖工作，提高了設計質量和設計效率，滿足高標準的數字化交付要求。

三維建模方法論及技術實現建立各個部件參數化、模塊化、結構化的BIM模型，支持動態優化設計內容，數據具備可延伸性，支撐公路工程信息化、數字化應用。

基于BIM 的橋梁正向設計工程體系

二維圖紙與三維模型“共庫”為解決項目大量裝配式橋梁二維設計圖紙與三維模型批量生產的問題，使兩者共用一套數據庫，通過自動化出圖工具與自動化建模工具分別批量生成圖紙及高精度三維模型，極大地提高了設計效率。

工程設計數據結構化通過橋梁BIM正向設計解決方案，將項目設計過程數據、設計圖紙表格非結構化數據（文檔儲存數據）變成結構化的數據。這種方式保證了工程數據的可靠性和完整性，更為將來智能化設計奠定了大數據基礎。

創新點二：基于BIM的全壽命期矢量交付

通過建立項目建模及交付標準，實現BIM模型在“設計-施工-運維”階段的矢量交付。全橋施工模型完全由設計矢量模型深化而來，充分繼承設計信息并大大提升模型工作效率。施工模型及關聯建設數據也將矢量化交付到運維期，實現基于BIM的工程信息全壽命期溯源。

設計期向建設期交付通過統一BIM建模平臺與建模標準，將設計BIM模型的信息充分傳遞到施工期，施工期可直接根據管理需求在設計矢量模型上深化形成施工期模型，避免施工模型大量重新翻模，真正發揮設計期BIM技術成果的價值。在施工階段通過建立BIM模型與工程編碼的映射關系，實現工程進度、質量檢驗等關鍵資料及結構化數據的關聯，真正改變傳統點對點的交流方式，切實發揮BIM協同管理價值。

建設期向運維期交付建立建設期數據向運營期的交付標準，實現數據庫、系統和模型的有效傳遞。建設期數據庫應設置權限并向運營期開放，保證建設期數據庫可訪問、調用。建設期系統應部署在本地機房或私有云空間，保證建設期系統可登錄、查閱和操作。根據運營期的管理需求和管理粒度，深化建設期交付的矢量化模型，最大程度地實現模型在全壽命周期的利用。

創新點三：脫離GIS平臺，實現矢量三維模型和三維GIS數據的同步自動瓦片化加載

研發基于CAD圖形引擎的專業“BIM+GIS”平臺，攻克超大體量BIM模型加載技術，支持矢量BIM模型導入和自動LOD加載，豐富模型顯示細節的同時降低了計算機性能需求，最終實現黃茅海全線精細模型在主流配置電腦和平板上流暢加載，讓BIM技術能夠充分發揮管理價值。

3D模型瓦片化與動態LOD大幅降低對計算機性能的要求。基于CAD平臺研發，借助3D模型瓦片化和動態LOD技術，實現超大模型的加載，支持大體量模型、多源數據加載，支持Revit、Inventor、AutoCAD、Microstation、OpenRoads等主流CAD設計軟件矢量3D模型的導入，普通主流配置的電腦都可以流暢運行。

集成豐富的模型瀏覽工具，提升模型的可用性。支持基于模型層級的模型樹、構件樹，提升模型管理的便利性；支持多種剖切操作，可以按照平面、形狀、元素、范圍創建刨切體，并進行刨切操作，便于更清楚的了解結構實體；支持多種捕捉模式（關鍵點、交點、中心等）和選擇模式（點選、框選）；支持精確測量點位、長度、工程量等。

創新點四：基于BIM平臺實現多源數據的融合加載，致力于打造“工程一張圖”

研發多源數據融合可視化技術，融合展示BIM模型、衛片、傾斜攝影等多源數據，關聯設計、工序、隱患、質檢等信息，實現進度、質量、安全、現場影像、關鍵人員和關鍵設備的可視化管控，形成BIM工程要素一張圖，打造大型跨海工程項目管理的工具級應用。

BIM模型、衛片、傾斜攝影融合加載針對瓦片化矢量3D模型、傾斜攝影和衛片采用不同的加載機制，在保證平臺高效運行的前提下實現多種地形地貌數據的無縫融合，并進一步實現媲美游戲引擎的可視化展示和媲美CAD引擎的矢量化展示。

核心業務數據的融合加載通過關聯項目的統一編碼體系與核心業務數據，實現結構化數據、定位關聯數據及其他業務數據等多源數據的融合加載，支持通過模型直接查詢設計、工序、隱患、質檢等信息，支持模型與計劃進度、質量隱患、安全隱患、視頻監控的聯動，實現核心業務數據的三維化索引與展示。

基于BIM 平臺的多源數據融合加載

創新點五：海上橋梁段核心業務實現基于BIM的100%協同

基于BIM協同管理編碼體系，研發“進度-質檢-計量-檔案”常態化業務協同管理系統，支持根據現場工序驗收數據，一鍵生成計量清單，自動附帶工序驗收和質量檢驗資料，支持質檢資料滯后自動扣款，大大提升核心工作流程的自動化水平，顯著提高海上橋梁建設管理效率。

海上橋梁BIM協同編碼體系在《公路工程質量檢驗評定標準》、廣東省三級清單管理的框架下，制定大型跨海橋梁BIM協同編碼體系，完善與簡化單位、分部及分項工程編碼與分項工程量清單編碼之間的關聯關系，增強項目管理編碼協同體系的可維護性。

核心業務協同管理通過編碼協同，將現場工序驗收、隱患排查、管理審批、質量檢驗、計量支付等相關業務匹配和關聯，支持根據現場工序驗收數據，一鍵生成計量清單，自動附帶工序質檢資料，實現計量審批紅綠燈管控和質檢資料滯后管控等功能。

創新點六：基于BIM的移動電子簽名與電子檔案協同管理

基于分布式密鑰存儲技術，項目建立移動電子檔案服務體系，首次通過手機實現電子簽名審批，保證電子檔案與業務管理同步產生、同步歸檔，最終達到95%的檔案電子化率；承擔國家檔案局科技項目“基于BIM技術的大型跨海工程電子檔案協同管理研究”，通過BIM模型開創性實現三維化的電子檔案管理，支撐基礎設施數字化轉型。

移動電子簽名與電子檔案服務體系通過建立數字證書服務體系、項目管理信息化業務體系和電子檔案管理體系，實現基建程序管理審批用表、項目收發文、合同造價文件和質量檢驗文件與業務管理同步產生、同步流轉、同步歸檔，實現95%的檔案電子化率，推動行業“無紙化、移動化、便捷化”管理。通過移動CA技術實現桌面端和移動端全平臺電子簽名，支持隨時隨地辦公審批和工程資料及時簽名，極大提升項目管理的時效性和便捷性。

基于BIM實現電子檔案的三維化利用在傳統檔案系統的基礎上，項目建立檔案編號與構件編碼的映射關系，將關鍵檔案文件自動關聯到構件模型上，支持通過工程編碼或BIM模型直接查看構件相關的電子檔案，提升電子檔案利用效率。

創新點七：基于BIM的大型跨海橋梁數字孿生建造體系

項目打造基于BIM的數字建造平臺，利用智能化裝備實現海上人員、環境、設備、安全、質量的智能狀態感知，并與BIM模型關聯，實現人員違規AI識別、海中棧橋測速、塔吊狀態監測、罐車軌跡定位、航道主動預警、大體積混凝土溫控的可視化展示和主動預警，輔助項目決策和遠程調度管理。

數字工地與智能建造體系項目布設網絡基礎設備滿足施工信息化使用需求；全線關鍵施工區能實現遠程視頻監控；通過智能視頻分析監督作業人員安全規范施工；接入混凝土拌和站、鋼筋加工車間、大型機械設備、現場環境等數據，完成數據集成，可實現遠程監督和可視調配現場；針對懸臂鋼梁吊裝、拼裝等施工工序，研發鋼梁可視化建造平臺，保證梁體智能、高效、安全施工建造。

基于BIM的遠程協同指揮建立標段信息化看板系統，抽取、統計和聚合各個系統的數據，通過“BIM+GIS”、大數據可視化分析等技術，對大橋建造全過程管理信息化數據及智能監測控制等數據進行三維動態可視化展示、預警，并在信息指揮中心聯動可視對講集中調度平臺，通過大屏監控項目的整體運行情況及關鍵指標，輔助項目管理智慧決策和可視化調度管理。

中路高科交通檢測檢驗認證有限公司

項目的完成單位——中路高科交通檢測檢驗認證有限公司（以下簡稱“中路檢測”）是中路高科交通科技集團有限公司的全資子公司，實際控制人為交通運輸部公路科學研究院。中路檢測于2017 年被交通運輸部認定為“建筑信息模型（BIM）技術應用交通運輸行業研發中心”（認定單位和參建單位均排名第一），是交通行業內最具專業性的信息化研發國企單位，集產品設計、功能研發、性能測試于一體的完整全專業生產線，包含200 余人的專業研發團隊，具有高新技術企業、CMMI3 級、信息系統集成與服務資質三級認證。