山區(qū)超寬特大型拱橋建設(shè)期BIM協(xié)同管理平臺研究及應(yīng)用分析

鄭鵬鵬、閆振海

（1.貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001；2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司，北京 100088）

0 引言

2023 年2 月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》，進(jìn)一步明確各行各業(yè)的數(shù)字建設(shè)發(fā)展方向。交通基建領(lǐng)域嘗試通過新型的BIM、人工智能、云計算等技術(shù)推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高基建項目建設(shè)的質(zhì)量和效率，高質(zhì)量完成數(shù)字交通建設(shè)。

山區(qū)橋梁建設(shè)需考慮山區(qū)地形、地質(zhì)及水文的特點，整體向著“更大、更長、更柔”的方向發(fā)展，建設(shè)過程面臨很多的技術(shù)和管理問題，亟須技術(shù)、方法革新。對此，閆振海[1]等對上承式鋼管混凝土拱橋BIM 模型技術(shù)和管理技術(shù)進(jìn)行了研究，趙偉[2]等對平塘特大型橋斜拉橋進(jìn)行BIM 管理技術(shù)的研究。很多學(xué)者在橋梁BIM 技術(shù)研究方面開展了多方面的工作。但是，在山區(qū)超寬特大型拱橋建設(shè)期BIM 協(xié)同管理平臺的研究不夠深入，更多局限于單點應(yīng)用。

依托貴州仁遵高速大發(fā)渠超寬特大型橋項目，以項目生產(chǎn)需求為導(dǎo)向，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、多終端等技術(shù)，開展山區(qū)超寬特大型拱橋建設(shè)期BIM協(xié)同管理平臺研究，以達(dá)到“提質(zhì)增效、降本溯源”的目標(biāo)。

1 總體技術(shù)路線

1.1 總體框架

BIM 協(xié)同管理平臺是以BIM 模型為載體，利用BIM 技術(shù)“完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性、聯(lián)動性”[3]的特點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算及多終端等技術(shù)，實現(xiàn)山區(qū)超寬特大型拱橋的可視化協(xié)同管理，縮短工期，減少溝通成本，提高工程質(zhì)量。

具體而言，結(jié)合大發(fā)渠超寬特大型橋項目的特點，研發(fā)可視化的BIM 協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)基于BIM模型的施工全過程信息管理[4]。BIM 協(xié)同管理平臺通過“崗位級”應(yīng)用，實現(xiàn)傳統(tǒng)二維化工作模式的信息化和可視化；在信息化和可視化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)“項目級”的自動化，最大限度地解放現(xiàn)場的勞動力；最終，實現(xiàn)整個集團(tuán)項目的智能化施工。

BIM 協(xié)同管理平臺采用GIS+BIM 的模式，系統(tǒng)管理整體架構(gòu)為“數(shù)據(jù)同源，多終端協(xié)同”的工作模式，即一個數(shù)據(jù)中心，包含PC 端、移動端和網(wǎng)頁端在內(nèi)的多終端。

1.2 邏輯架構(gòu)

在總體架構(gòu)下，開展系統(tǒng)邏輯架構(gòu)研究，遵循“標(biāo)準(zhǔn)先行、保障安全”的原則，BIM 協(xié)同管理平臺主要從數(shù)據(jù)感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)支撐層及應(yīng)用層進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)搭建，最終實現(xiàn)施工過程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、物料、成本、3D 可視化等業(yè)務(wù)的可視化管控。

2 BIM 協(xié)同管理平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 模型輕量化技術(shù)

要實現(xiàn)模型和三維實景的高效集成，無論對于硬件設(shè)備還是軟件都是一個極大的考驗。在BIM 協(xié)同管理平臺研發(fā)過程中，關(guān)鍵技術(shù)之一是BIM 模型的輕量化，輕量化的目的在于使十幾GB 甚至幾百GB 的模型按照一定的規(guī)則輕量化，保證BIM 模型和三維實景模型的可操作性。具體模型輕量化技術(shù)研究路線如圖1 所示。

圖1 模型輕量化技術(shù)路線

從上述技術(shù)路線可以看出，模型輕量化主要是通過自主研發(fā)轉(zhuǎn)換程序，實現(xiàn)三維實景和模型信息分離，然后分別從三角網(wǎng)mesh 面和模型信息兩方面著手進(jìn)行輕量化。其中，三角網(wǎng)mesh 面輕量化的原則在于保證原有結(jié)構(gòu)物形狀精度的情況下，對三角網(wǎng)mesh 面進(jìn)行刪減優(yōu)化，減小模型體量；模型信息的輕量化主要是依據(jù)現(xiàn)場實際需要，將多余冗贅的信息刪除優(yōu)化，減少信息體量。

2.2 多平臺融合技術(shù)

BIM 協(xié)同管理平臺是開放式、集成式平臺，山區(qū)超寬特大型橋梁涉及物料系統(tǒng)、預(yù)制梁廠管理系統(tǒng)及成本管理系統(tǒng)。多平臺融合技術(shù)主要從編碼處理、建立中心數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)層三個方面進(jìn)行研究。編碼處理可采取各系統(tǒng)統(tǒng)一編碼的思路，由于不同的系統(tǒng)涉及的專業(yè)業(yè)務(wù)邏輯不同，所有系統(tǒng)編碼統(tǒng)一的難度較大；大發(fā)渠超寬特大型橋編碼采用另外一種處理方式，即采用編碼映射的方式實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互通。

但是，若有多個系統(tǒng)分別兩兩編碼進(jìn)行映射，工作量較大，而且容易出現(xiàn)錯誤。故大發(fā)渠超寬特大型橋建立中心數(shù)據(jù)庫，編制中心編碼并提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，各系統(tǒng)以中心數(shù)據(jù)庫為中心進(jìn)行集成，效率得到提升。數(shù)據(jù)層打通之后，各系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行集成整合，業(yè)務(wù)層需合并重復(fù)業(yè)務(wù)模塊。

BIM 協(xié)同管理平臺利用自身的優(yōu)勢，進(jìn)行多平臺集成。多平臺融合技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 多平臺融合技術(shù)路線

3 案例分析

3.1 工程概況

大發(fā)渠超寬特大型橋全長1448.5m，主橋為410m的上承式鋼管混凝土拱橋，橋梁寬38.25m，位居同類型橋梁前列，是仁遵高速RZTJ-5 合同段關(guān)鍵性工程。采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的40mT 梁，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 項目概況

3.2 BIM 協(xié)同管理平臺

3.2.1 BIM 模型的建立

（1）模型建立

大發(fā)渠超寬特大型橋根據(jù)自身鋼結(jié)構(gòu)的特點，選用最適合鋼結(jié)構(gòu)的BIM 軟件Tekla Structures。在大發(fā)渠超寬特大型橋BIM 技術(shù)路線的頂層設(shè)計下，根據(jù)最新的施工圖紙，結(jié)合現(xiàn)場的施工組織設(shè)計，建立不同精度的BIM 模型。項目BIM 模型精度根據(jù)需求進(jìn)行分類（見表1）。

表1 BIM 模型精度

同時，BIM 模型建立完成之后，需賦予每個構(gòu)件獨立唯一的ID，實現(xiàn)每個模型構(gòu)件“一物一碼”。與該構(gòu)件有關(guān)的信息均通過該ID 進(jìn)行信息集成與交互，該ID 在大發(fā)渠超寬特大型橋指WBS 編碼。

（2）WBS 編碼研究

BIM 協(xié)同管理平臺進(jìn)度、質(zhì)量、安全等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集分析，以及與外界信息化系統(tǒng)交互的核心為WBS 編碼，故WBS 編碼應(yīng)作為基礎(chǔ)性工作首先開展。大發(fā)渠超寬特大型橋WBS 編碼研究原則為：依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017）以及現(xiàn)場的施工組織設(shè)計進(jìn)行編制。

3.2.2 BIM 協(xié)同管理平臺研發(fā)

結(jié)合大發(fā)渠超寬特大型橋的特點，開發(fā)BIM 協(xié)同管理平臺，主要包含崗位級的信息化、可視化的功能和項目級決策的自動化功能模塊，如圖4 所示。

圖4 BIM 協(xié)同管理模塊功能

上述功能模塊堅持“多終端數(shù)據(jù)同源”的思想，故大發(fā)渠超寬特大型橋BIM 協(xié)同管理平臺采用多終端協(xié)同的模式。其中APP 端主要利用移動端便攜的特點，將物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)用于數(shù)據(jù)信息采集和便捷查詢，PC 端主要以BIM 模型為載體，以模型構(gòu)件為基礎(chǔ)單位進(jìn)行信息高度集成，實現(xiàn)進(jìn)度、質(zhì)量、安全等多業(yè)務(wù)信息集成，Web 端主要通過網(wǎng)頁端實現(xiàn)基本信息和數(shù)據(jù)管理。

4 結(jié)論

通過對山區(qū)超寬特大型拱橋建設(shè)期BIM 協(xié)同管理平臺的總體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、輕量化技術(shù)及多平臺融合關(guān)鍵技術(shù)研究，并進(jìn)行工程實例的驗證，得出如下結(jié)論：

其一，BIM 協(xié)同管理平臺研發(fā)應(yīng)堅持標(biāo)準(zhǔn)先行，保障安全的原則，加強(qiáng)頂層規(guī)劃設(shè)計；

其二，模型輕量化及多平臺融合技術(shù)是制約BIM協(xié)同管理平臺研發(fā)的關(guān)鍵因素，關(guān)鍵技術(shù)的解決可以提高BIM 協(xié)同管理平臺的可操作性及使用性能；

其三，BIM 協(xié)同管理平臺的使用，可極大提高施工現(xiàn)場的管理溝通效率，達(dá)到提質(zhì)增效、降本溯源的目的，助力橋梁產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。