基于BIM的智能化技術(shù)在裝配式橋梁工程施工管理中的應(yīng)用

1 引言

公路工程建設(shè)工地線長、作業(yè)工點(diǎn)多，人員、設(shè)備和材料分散，管理作業(yè)流程瑣碎，傳統(tǒng)的人工巡視、紙質(zhì)記錄的工作方式已無法滿足大型橋梁項(xiàng)目管控的要求[1]。借助新型GIS 技術(shù)、BIM 技術(shù)與管理平臺(tái)技術(shù)， 搭建基于BIM 的裝配式橋梁智能施工管控平臺(tái)，利用信息化手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)管模式的創(chuàng)新，解決建設(shè)工程中出現(xiàn)的監(jiān)管力度不強(qiáng)，監(jiān)管手段落后等難題，是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)高效管理的必然選擇。

2 BIM在橋梁中的應(yīng)用

BIM 應(yīng)用在工程中是一種全新的思考方法。 在我國經(jīng)歷了數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)變得越來越成熟，并且廣泛應(yīng)用于建筑、道路等工程中，為設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營單位提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提升生產(chǎn)效率、 節(jié)約建設(shè)成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[2]。 BIM 具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5大特點(diǎn)。 論文采用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式橋梁的模塊化設(shè)計(jì)和參數(shù)化模型的建立，具體包括以下幾個(gè)部分。

2.1 橋梁數(shù)字化建模

根據(jù)橋梁施工圖設(shè)計(jì)圖紙構(gòu)件的各個(gè)構(gòu)件參數(shù)， 通過BIM 軟件對(duì)該橋快速建立模型。通過對(duì)預(yù)制橋梁施工的解讀，把不同的構(gòu)件建成相應(yīng)的構(gòu)件族庫。 利用BIM 軟件將這些構(gòu)件族庫拼裝成完整的橋梁。 為以后的工程項(xiàng)目的管理及后續(xù)BIM 的應(yīng)用創(chuàng)立有利的條件。

利用橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)不同類型的構(gòu)件設(shè)置參數(shù)， 通過參數(shù)的調(diào)節(jié)來快速地建立其他類型的構(gòu)件， 建立項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件族庫，通過不同構(gòu)件之間的拼接，建立橋梁模型，為后續(xù)的項(xiàng)目管理以及BIM 應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2.2 鋼筋結(jié)構(gòu)分析

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工橋梁相比， 裝配式橋梁具有建造速度快、對(duì)交通影響小、整體耗能低、安全系數(shù)高等特點(diǎn)，但構(gòu)件的固定性，導(dǎo)致現(xiàn)場無法靈活地進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。 在對(duì)施工圖設(shè)計(jì)審查時(shí)，需要對(duì)構(gòu)件內(nèi)部的主要鋼筋的位置、直徑等進(jìn)行完整的審查，確保在施工的時(shí)候，這些鋼筋能夠準(zhǔn)確地放在合理的位置。 借用BIM 進(jìn)行鋼筋結(jié)構(gòu)分析，對(duì)施工圖進(jìn)行校核、碰撞檢測(cè)和工程量計(jì)算， 能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的缺陷和不足，將鋼筋的設(shè)計(jì)誤差控制在毫米級(jí)別。 這些工作有利于加快工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，為現(xiàn)場技術(shù)人員提供準(zhǔn)確的資料，更好地服務(wù)工程。

2.3 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

裝配式橋梁施工工藝較新， 針對(duì)此類工藝的相關(guān)規(guī)范較少，難免會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)的可施工性不強(qiáng)或不可行等問題，造成返工量增加，影響施工進(jìn)度[4]。 使用BIM 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案溝通與分析，能更好地解決在設(shè)計(jì)、施工中遇到的問題。 可以通過BIM 對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤等造成的施工中不必要的返工。

2.4 清單量核查

現(xiàn)在的施工圖設(shè)計(jì)工程量的匯總都是通過二維的CAD圖紙進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)。二維CAD 圖紙中有些設(shè)計(jì)內(nèi)容需要手工計(jì)算或者更加專業(yè)的軟件進(jìn)行工程量的計(jì)算。 當(dāng)圖紙有方案變更或者設(shè)計(jì)變更時(shí)，由于溝通的不及時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)工程量不能及時(shí)匯總的現(xiàn)象。

技術(shù)人員前期通過對(duì)二維圖紙的解讀，應(yīng)用BIM 技術(shù)直接構(gòu)建立體模型， 通過二維圖紙中的主要構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建立體模型。 通過BIM 立體模型技術(shù)人員可以直接統(tǒng)計(jì)主要構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)的工程量。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了技術(shù)人員的工作難度， 提高了技術(shù)員的工作效率與清單量的正確率。

2.5 輔助施工交底

裝配式橋梁施工的主要工程內(nèi)容是主梁的制作與安裝。在施工前利用BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的二維CAD 施工圖設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化為可視的三維立體模型， 可以將施工過程中用到的各種材料和施工工序加入里面，形成一張完整的施工組織流程。 施工技術(shù)人員根據(jù)三維立體模型， 更加準(zhǔn)確地了解施工過程。BIM 技術(shù)可以更精確地把裝配式橋梁的難點(diǎn)、 易錯(cuò)點(diǎn)展示出來，提高施工效率和質(zhì)量。 在工程技術(shù)的交底會(huì)上，設(shè)計(jì)、施工、 監(jiān)理和業(yè)主可根據(jù)BIM 模型進(jìn)行更直觀的溝通和協(xié)作，明確各自的責(zé)任，確保工程質(zhì)量及工程進(jìn)度。

2.6 BIM裝配式橋梁應(yīng)用實(shí)例

BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)中的應(yīng)用， 為裝配式橋梁的精細(xì)化設(shè)計(jì)和施工提供了極大的便利。 本文列舉一些國內(nèi)外裝配式橋梁的BIM 應(yīng)用實(shí)例。

上海南泉路跨線桁架橋，該橋長223 m，寬16 m，采用彩鋼復(fù)合板和預(yù)制T 形梁進(jìn)行組裝安裝。 設(shè)計(jì)人員使用BIM 技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、布置與定型。

北京市昌平北七家交通樞紐點(diǎn)連續(xù)梁橋， 該橋?yàn)榱魉€制造單位產(chǎn)出的180 m 長雙向12 車道連續(xù)梁橋。 采用BIM技術(shù)對(duì)該橋進(jìn)行度量量取，切割方案優(yōu)化和設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算。

總之，隨著BIM 技術(shù)的完善和不斷普及，在橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)領(lǐng)域中將有更多的裝配式橋梁采用BIM 技術(shù)來促進(jìn)橋梁工程更加精細(xì)化、高效化地實(shí)施。

3 GIS 技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用步驟

對(duì)預(yù)制裝配式橋墩進(jìn)行施工仿真研究， 可以避免預(yù)制構(gòu)件吊裝與安裝過程中的碰撞等問題，更好地指導(dǎo)施工[5]。 利用GIS 軟件對(duì)橋梁進(jìn)行數(shù)字化建模和空間分析， 并將數(shù)據(jù)與其他相關(guān)數(shù)據(jù)集整合，并以此支持橋梁規(guī)劃、設(shè)計(jì)和維護(hù)。 對(duì)此，融合預(yù)制裝配式橋墩的BIM 模型、實(shí)際的施工環(huán)境（地形、地質(zhì)信息）以及工程機(jī)械等數(shù)據(jù)，使用在GIS 平臺(tái)開發(fā)的施工仿真工具，真正實(shí)現(xiàn)了施工工序以及施工工藝的三維動(dòng)畫仿真。同時(shí)， 該三維動(dòng)畫仿真也可以作為對(duì)施工單位的技術(shù)交底文件，可以存儲(chǔ)橋梁的結(jié)構(gòu)、材料、施工年份、使用情況、變形情況、養(yǎng)護(hù)記錄等信息。 利用這些數(shù)據(jù)可以了解目前橋梁所處的狀態(tài)，制訂合理的維護(hù)方案，可以有效提升橋梁的安全系數(shù)和可靠指數(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的紙質(zhì)版技術(shù)交底文件，三維動(dòng)畫仿真具有更大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 GIS 裝配式橋梁應(yīng)用實(shí)例

GIS 裝配式橋梁技術(shù)是一種先進(jìn)的橋梁建設(shè)技術(shù)， 其應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的推廣。 以下是一些GIS 裝配式橋梁技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。

廣州南沙港鐵路貨場橋梁： 這座橋梁采用GIS 裝配式橋梁技術(shù)建造的鐵路貨場橋梁。 它采用了模塊化設(shè)計(jì)，預(yù)制了各種構(gòu)件，并在現(xiàn)場進(jìn)行組裝。 這種技術(shù)大大縮短了施工周期，降低了施工難度和成本。

深圳機(jī)場高速公路立交橋： 這座橋梁采用了大跨度鋼梁和混凝土橋面板的組合設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場拼裝完成。 GIS 裝配式橋梁技術(shù)使得施工速度更快，施工質(zhì)量更高。

4 管理平臺(tái)的應(yīng)用

建筑工程施工數(shù)字化管理平臺(tái)基于大數(shù)據(jù)等技術(shù)， 根據(jù)各層級(jí)領(lǐng)導(dǎo)班子成員和職能部門的業(yè)務(wù)監(jiān)督和決策指揮管理需要，利用可視化數(shù)據(jù)分析看板，分類分級(jí)匯集、分析、挖掘安全生產(chǎn)數(shù)字化云平臺(tái)自有數(shù)據(jù)和其他相關(guān)信息化系統(tǒng)的協(xié)同數(shù)據(jù)，從而支撐多種工作場景下的數(shù)字化、動(dòng)態(tài)化、可視化和差異化的分級(jí)監(jiān)督和精準(zhǔn)決策，大力提升精準(zhǔn)監(jiān)督?jīng)Q策能力[7]。管理平臺(tái)應(yīng)用具體如下。

4.1 生產(chǎn)過程在線管控

管理平臺(tái)集成應(yīng)用BIM、GIS、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 通過智能感知、在線分析、實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件加工過程的動(dòng)態(tài)管控，有效提高生產(chǎn)過程可控性，減少人工干預(yù)，即時(shí)準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，合理編制生產(chǎn)計(jì)劃及實(shí)時(shí)展示施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)過程多維度的綜合智慧管控。

4.2 生產(chǎn)要素全息管理

將裝配式橋梁建設(shè)過程中產(chǎn)生的文件、圖紙、照片、影像資料、質(zhì)保資料等進(jìn)行分類管理并保存，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全息管理，便于相關(guān)人員查閱橋梁建設(shè)信息，為項(xiàng)目后期維護(hù)管理提供便利。

4.2.1 質(zhì)保資料管理

質(zhì)保資料管理模塊對(duì)施工過程中的各種質(zhì)量保證資料進(jìn)行統(tǒng)一管理，確保質(zhì)保資料及時(shí)性、真實(shí)性、準(zhǔn)確性。 平臺(tái)依據(jù)相關(guān)文件建立資料表格模板庫，涵蓋建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位各層級(jí)管理用表及質(zhì)量保證資料用表。

4.2.2 施工影像采集

施工影像采集模塊， 通過對(duì)裝配式橋梁生產(chǎn)全過程影像資料的上傳、存儲(chǔ)，為施工生產(chǎn)、竣工交驗(yàn)、技術(shù)交流、安全培訓(xùn)等提供最原始、最真實(shí)的依據(jù)。

4.2.3 電子圖紙管理

電子圖紙管理模塊通過對(duì)裝配式橋梁設(shè)計(jì)、施工、竣工等電子圖紙的上傳與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)施工、運(yùn)營過程中圖紙信息的實(shí)時(shí)調(diào)取查閱，為橋梁施工、養(yǎng)護(hù)提供原始參考依據(jù)。

4.3 關(guān)鍵指標(biāo)在線監(jiān)控

通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式橋梁建設(shè)的三維狀態(tài)及項(xiàng)目進(jìn)度、投資等信息的交織關(guān)系和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行數(shù)字化模擬[8]。 平臺(tái)針對(duì)多工種、多單位之間的協(xié)同流程和管理要點(diǎn)，以項(xiàng)目投資、質(zhì)量、安全管控為核心，通過PC 端、移動(dòng)端多模式信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式橋梁施工全過程全周期的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、費(fèi)用的宏觀掌控，用于集中管理、查看、統(tǒng)計(jì)和分析工程管理信息。 大數(shù)據(jù)看板通過與各子系統(tǒng)模塊的對(duì)接，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以圖表形式展示項(xiàng)目宏觀統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、安全預(yù)警信息數(shù)據(jù)、質(zhì)量預(yù)警信息數(shù)據(jù)、計(jì)劃進(jìn)度執(zhí)行情況數(shù)據(jù)、投資完成情況數(shù)據(jù)等，并能夠?qū)崿F(xiàn)按安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資等相關(guān)業(yè)務(wù)查詢?cè)敿?xì)數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目管理和決策提供依據(jù)。

5 結(jié)語

本文集成了BIM、GIS、管理平臺(tái)等技術(shù)，建成全壽命周期智能管理平臺(tái)，對(duì)裝配式橋梁施工進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將橋梁的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模，同時(shí)將設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合，優(yōu)化施工方案， 為實(shí)際工程提供了科學(xué)依據(jù)， 同時(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)管理中，為項(xiàng)目精細(xì)化管理提供了便利，為公路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化建設(shè)、精細(xì)化管控、智能化分析、科學(xué)化決策提供全過程、全方位的技術(shù)支撐。