基于 BIM 可視化技術的公路橋梁預制智慧梁場的應用研究

作者簡介：

韋暢明（1987—），工程師，主要從事高速公路建設、養護、安全管理工作。

摘要：文章以青龍梁場工程為研究對象，采用BIM可視化技術創建智慧梁場模型。該梁場模型綜合了可視化施工管理、可視化質量管理、可視化進度管理以及可視化動態監控系統，實施動態可視化的科學管理策略，使公路施工現場能夠實時掌握各工序施工進度以及各個構件的實際使用狀態，提升了公路橋梁預制梁場的現場管理效能，同時也實現了“智慧梁場”管理的標準化、細致化和科學化。

關鍵詞：BIM可視化技術；公路橋梁；預制智慧梁場

中圖分類號：U445.8文獻標識碼：A 59 195 3

0 引言

在公路橋梁建設的全過程中，預制梁一般情況下均是在施工現場完成，如何將先進的信息化手段應用到工程項目的設計與建造當中成為一個重要課題［1］。預制梁工廠是建筑施工企業實現信息化管理的重要組成部分，其主要任務就是對建筑工程項目進行全生命周期的數字化管控，通過建立統一的數據模型與數據庫，并結合先進的建模手段完成整個生產過程［2］。雖然BIM可視化當前已廣泛應用于民用建筑及工業廠房之中，但在預制梁場的可視化和智慧化方面，其實際應用仍然有所限制［3］。因此，如何將該先進技術融入到預制梁場的設計與建設過程中成為當前亟須解決的問題之一。本項研究以工程案例為基礎，探索了BIM技術在預制梁場可視化建設中的應用架構，旨在創建一個“智慧梁場”。

1 BIM可視化技術概述

BIM可視化技術，可被稱為建筑信息模型，其廣泛應用于建筑工程領域中。該系統通過對建筑物進行建模、設計與施工等工作，進而實現對建筑物全生命周期內各階段內容的有效控制與管理。這款軟件具備根據建筑工程項目的詳細信息參數來創建三維立體模型的能力，從而突破了傳統二維平面圖紙設計的局限性。傳統預制梁在生產中僅在梁體噴涂梁號等有限信息，管理及生產人員必須查找圖紙、文檔等才能獲取全部信息，無法實時溯源。在急需架梁而存梁較多時，無法快速找梁，只能在現場挨個查看噴涂的梁號。而通過BIM技術進行公路橋梁預制智慧梁場的構建，可以將建筑設計人員與工程技術人員聯系起來，實現對建筑物整體進行可視化分析和規劃，并以此為基礎完成工程施工過程的模擬工作。BIM技術在建筑施工的全過程中的應用，顯著提高了施工管理的工作效率，徹底地解決了傳統管理方法中的粗放和效率低下的問題［4］。同時，還能有效地提高建筑工程施工過程中的質量控制水平以及進度管控能力。以浙江交工集團蘇臺高速公路一期智慧梁場建設為例，在該項目中，除了應用預制梁智能制造設備外，具有創新性地將智慧梁場與智慧工地融合，從而實現“應用一體化、管理可視化、數據圖形化”新模式。針對項目實際需求，側重于預制梁生產全過程管理和廠區整體管理，包含制架梁計劃、生產進度、生產資源使用、預制梁生產過程、張拉、壓漿質量信息等功能，使管理人員能夠清晰知曉整個梁場運作情況，同時可查看每一榀梁詳細生產信息，配合現場智能制造設備，最終按時高質量完成預制梁生產任務［5］。

由此可見，BIM技術的一個突出特點是其可視化功能，這種功能是通過創建三維BIM模型來實現的。該技術以數字化的形式呈現了各類數據信息，并為用戶提供了直觀的圖像展示，使其能更深入地理解數據和分析其結果，以此提高施工效率，實現施工智能化［6］。

2 工程概況

本文所選用的工程案例為成都到樂山的一段高速公路，該公路是G5京昆高速公路和G93成渝地區環線高速公路的交叉聯絡路線。本次工程施工的原因為該路段交通情況極為擁堵及交通事故頻發而亟須擴建。將工程內的青龍場至眉山路段劃為重點試驗路段，試驗路段起點為青龍場（AK43+000），銜接于永豐與成都經濟區的環線高速公路，終點為眉山互通（AK71+000）。試驗路段主要控制場所為青龍場、彭山地段及眉山，試驗路線全長29 km。利用雙側加寬策略將原公路的雙向四車道擴建為雙向八車道，并將速度設置為100 km/h，路基寬度設置為40.500 m。

3 基于BIM可視化技術的智慧梁場構建

基于BIM可視化技術，可實現人員管理、材料使用以及設備安裝過程中實時監控等功能，使管理者及時了解現場各環節的動態信息，提高管理效率（工作流程詳見圖1）。在本次施工試驗案例中，高速公路預制智慧梁場可視化管理系統是一種對梁場生產活動進行智能化管理的系統，主要由梁場可視化施工管理和梁場可視化質量管理這兩個核心部分組成。可視化施工管理模塊的主要功能是查閱和管理梁場的整體布局、施工進度以及制梁和架梁的進展情況，還負責標記梁片的制梁和存梁方向，并通過施工模型深入了解梁片的生產和加工信息，同時也能查詢與各個生產線相關的梁的詳細信息。

3.1 可視化施工管理

在工程施工中，將GIS軟件系統、設計圖紙和相關地形圖進行了整合，并使用3D軟件創建了模型（模型運行流程見圖2）。將三維模型與二維平面圖表進行融合處理，生成一個可供分析使用的數據文件，再導入到數據庫管理系統中進行存儲，以滿足對不同應用系統的要求。在地形和BIM模型構建完成之后，將依靠軟件程序來推動和加載這些建模。在實際的工程應用中，采用這種方法集成管理鋼筋混凝土構件在其生產全生命周期中各個階段的數據信息。通過應用Unity3D技術，成功地將梁場的實際場景布局進行了可視化展示，提供一種“場地漫游，身臨其境”的獨特體驗。基于實際應用案例，發現本技術能夠確保施工現場數據的高效整合和共享，并且直觀展現整個工程項目從設計到實施再到竣工驗收的全過程。圖3～4展示了本次工程實際應用案例中的三維梁場的視覺呈現和預制T梁的可視化施工模擬過程。在圖4中，1～18分別表示的是建筑物剖面圖中不同位置的梁。每個數字都對應一個特定的梁，用于支撐和構建建筑物的結構。1～4為建筑物底層或較低樓層的梁，5為施工連接點，6～14為支撐梁，15～18則為高層梁。圖中B、C為實際施工范圍劃分。

此外，不同的軟件在進行可視化建模時，所需的性能標準也會有所不同。因此，在實際應用中應該根據具體的需求對其進行適當的配置和改進。在執行大規模的工程建設項目過程中，選擇適當的工具以構建項目所需的各類地理空間數據和屬性數據是至關重要的，并需要將這些數據整合到一個統一的平臺中，以滿足工程建設的各種業務需求。本文針對這一問題提出了一種基于組件技術的三維仿真模擬建模軟件，其主要功能是通過建立不同類型的數據模型，以及對數據庫中的相關信息進行編輯處理，實現復雜場景的可視化操作。通過實際案例的應用，發現所提出的建模軟件在處理大規模地形加載的情況下反應非常迅速，能夠適應多種不同的格式，能夠輸出相同類型的模型文件。該技術還能夠對青龍場至眉山路段的真實地理環境及施工環境進行實時顯示。

3.2 可視化質量管理

在施工質量和安全管理方面，傳統的溝通和記錄方式存在明顯的缺陷，這導致后續的責任往往難以追溯，經常出現推卸責任的情況。為了克服這一挑戰，提出了一種創新的質量安全管理策略，即可視化智慧梁場管理法。通過實際案例應用可視化質量管理技術，當項目的質量檢查員和安全人員在現場發現問題時，可以用手機拍照，然后上傳到云端。在這一流程中，工作人員會對各種問題進行細致地分類，并通過豐富的圖像和文字進行描述，同時明確地將責任分配給每一個人，以實現質量管理的可視化目標。緊接著，施工團隊將會實時收到有關質量和安全方面的提醒信息，并在規定期限內完成必要的整改措施，隨后會及時上傳整改完成后的照片以及相關的描述資料。在質量事故發生的情況下，相關的管理團隊能夠迅速了解事故的原因，并給出相應的處理方案，從而為管理層提供有力的決策支持。此外，項目管理團隊有能力在任何給定的時間和地點，通過在線客戶端來獲取必要的信息。

3.3 可視化動態監控技術

利用物聯網和移動互聯網的尖端技術，本文為試驗場所成功地搭建了一個動態的可視化監測系統，該系統集成了車輛識別和施工地點的即時監控功能。利用此系統對施工現場進行全方位的動態分析，不僅可以及時掌握現場情況，還能對安全風險做出有效預警。這個系統主要是由車牌辨識系統和施工點的動態監控子系統構成。其中，車牌識別系統是整個項目的核心部分，其能對進入施工現場的車輛進行有效地管理，為后續各項生產任務的有序開展提供可靠保障。基于此，車牌識別系統能夠及時捕捉車輛信息，然后基于收集到的信息發出相應指令（見圖5）。施工地點會根據現場的具體狀況來確定相應的工作任務和時間表。在此過程中，需要將各部分設備與后臺數據庫連接才能完成相關任務，因此也稱之為施工點的動態控制模塊。

此外，本文還設計了一套基于無線傳感器網絡技術的智慧工地管理系統（見圖6）。通過實際案例的應用，以施工現場人員反饋為依據，發現本研究的可視化動態監控技術系統能夠遠程傳輸施工現場人員的視頻和圖像信息，同時也能實時查看其位置和工作狀況，這有助于管理層更好地掌握整個工程項目的進度，從而減少安全事故的風險。通過施工場所動態數據的反饋結果可以看出，本技術還能將采集到的數據通過無線網絡傳送給管理中心，以便管理人員隨時查閱歷史數據，分析各方面數據變化情況以及發展趨勢，進而指導工程施工。因此，實時的動態可視化監控系統提供了一個快速了解各施工地點建設進度的工具，能夠全面掌握施工進度、所需的設備和材料等核心信息。

4 結語

綜上所述，本研究采用了BIM可視化技術，并以青龍梁場工程為研究對象，實施了一套動態可視化的科學管理策略，以此使得公路施工現場能夠實時掌握各工序施工進度以及各個構件的實際使用狀態，從而提升了公路橋梁預制梁場的現場管理效能，實現了“智慧梁場”管理的標準化、細致化和科學化。

參考文獻

［1］房曉亮，黃文衡，鄧 碩.基于BIM與GIS技術的公路工程可視化系統構建［J］.科技創新與應用，2023，13（35）：39-41，45.

［2］吉 明，李 昂.基于BIM技術三維實景模型的高速公路可視化設計研究［J］.運輸經理世界，2023（18）：19-22.

［3］劉志浩.基于BIM的智慧橋梁監測平臺開發及研究［D］.煙臺：煙臺大學，2023.

［4］崔聰聰，堯逸民，陳 國.BIM+GIS技術在公路工程行業數字化轉型中的應用［C］.2023世界交通運輸大會（WTC2023）論文集（上冊），2023.

［5］曾 鵬.BIM技術在公路橋梁施工中的應用研究［J］.新城建科技，2024，33（5）：94-96.

［6］潘進忠.基于高分可視化技術的高速公路監控系統設計［J］.光源與照明，2022（3）：74-76.