基于BIM的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化在山西公路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】 U415.1

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

0 引言

近年來(lái)山西省公路橋梁建設(shè)強(qiáng)化智慧工地建設(shè)，以“工藝數(shù)智化”為重心，變革傳統(tǒng)施工工藝，山西公路建設(shè)項(xiàng)目全面引入智慧元素，加大信息技術(shù)在山西省重點(diǎn)工程、關(guān)鍵技術(shù)、特種裝備上的運(yùn)用，圍繞路基、橋梁兩個(gè)數(shù)字化施工場(chǎng)景和梁場(chǎng)、鋼筋加工場(chǎng)兩個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)場(chǎng)景，推進(jìn)智慧工地建設(shè)，實(shí)現(xiàn)管理數(shù)智化、生產(chǎn)自動(dòng)化，數(shù)字化已成為破解“產(chǎn)值提升”“管理創(chuàng)效”的新引擎。

1BIM技術(shù)在公路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用

BIM技術(shù)包括 BIM+GIS 數(shù)字沙盤(pán)，基于BIM（建筑信息模型） +GIS （地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目全線的公路工程、房建工程、外電工程、交通安全設(shè)施工程、臨建工程及其他附屬工程等進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建模；整體策劃全線智慧物聯(lián)和監(jiān)控布設(shè)方案，通過(guò)搭建監(jiān)控平臺(tái)，將全線布設(shè)的固定點(diǎn)位攝像頭（橋梁、隧道、高邊坡）和移動(dòng)單兵設(shè)備所掌握的視頻監(jiān)控畫(huà)面、違規(guī)預(yù)警等功能集成于 BIM+GIS 系統(tǒng)內(nèi)展示，實(shí)現(xiàn)可視化、可控化的智慧物聯(lián)。

2 BIM技術(shù)在鋼筋加工的應(yīng)用可行性與原理分析

2.1 應(yīng)用可行性分析

BIM技術(shù)方面鋼筋BIM模型的信息包含非幾何信息與幾何信息。其中：非幾何信息包含鋼筋半成品數(shù)量、鋼筋等級(jí)、鋼筋半成品應(yīng)用部位等；幾何信息包含鋼筋長(zhǎng)度、直徑、彎折角度等。BIM之所以能夠應(yīng)用于鋼筋智能化加工的原因是因?yàn)锽IM模型包含的信息可以滿足鋼筋加工需要。

2.2 應(yīng)用原理分析

利用BIM鋼筋建模技術(shù)為主導(dǎo)，以智能加工設(shè)備為核心，完成基于BIM技術(shù)的鋼筋優(yōu)化設(shè)計(jì)；根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)完成后的鋼筋BIM模型導(dǎo)出鋼筋格式數(shù)據(jù)，用于物料生產(chǎn)管理系統(tǒng)確認(rèn)加工代碼單號(hào);智能設(shè)備鋼筋加工管理系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)入鋼筋代碼單號(hào)，自動(dòng)生成鋼筋加工代碼單，將代碼單號(hào)輸入加工設(shè)備。通過(guò)局域網(wǎng)將智能鋼筋加工設(shè)備和辦公網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備鋼筋加工一體化制作[1]

3 BIM技術(shù)在鋼筋加工的優(yōu)勢(shì)分析

技術(shù)人員按照傳統(tǒng)圖紙進(jìn)行鋼筋的下料時(shí)需在圖紙二維平面思維與實(shí)體三維空間思維間不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換思考進(jìn)而檢查圖紙是否存在錯(cuò)誤，而B(niǎo)IM技術(shù)具有信息可存儲(chǔ)提取、三維可視化、協(xié)同性的優(yōu)點(diǎn)，相別于傳統(tǒng)作業(yè)BIM技術(shù)在鋼筋智能化加工方面具備幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）傳統(tǒng)下料方式很難發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而一旦應(yīng)用錯(cuò)誤的圖紙

進(jìn)行鋼筋加工就會(huì)造成時(shí)間和資源的浪費(fèi)[2]（2）應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋詳圖表達(dá)可實(shí)現(xiàn)三維的剖

面視圖、平面視圖的直觀可見(jiàn)，可與施工設(shè)計(jì)圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖進(jìn)行對(duì)照分析。（3）可對(duì)復(fù)雜部位進(jìn)行不同構(gòu)件間的碰撞檢查分析。（4）對(duì)鋼筋的排布位置及鋼筋尺寸的表達(dá)更加準(zhǔn)確。（5）便于核對(duì)半成品是否準(zhǔn)確且展現(xiàn)更加直觀。

4 BIM建模軟件

采用Planbar軟件進(jìn)行鋼筋建模直接與智能鋼筋加工設(shè)備接口連接。以預(yù)制箱梁鋼筋為例：

（1）先通過(guò)BIM軟件建立整孔梁模型并將預(yù)制箱梁模型中每個(gè)型號(hào)的鋼筋及尺寸等生成導(dǎo)出條碼下料單與二維碼[3]。

（2）預(yù)制箱梁建模過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)圖紙工程量進(jìn)行審核。

（3）在施工過(guò)程中進(jìn)行碰撞檢查以實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度模擬。

（4）基于Planbar鋼筋數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口可將鋼筋模型導(dǎo)出系統(tǒng)接收的BVBS數(shù)據(jù)格式傳輸至智能鋼筋加工設(shè)備進(jìn)行鋼材加工[4]

5鋼筋數(shù)字化加工基地

山西省某項(xiàng)目鋼筋數(shù)字化加工基地占地 18000m² ，以智慧管理MES系統(tǒng)為核心，智能數(shù)控化設(shè)備為終端，實(shí)現(xiàn)鋼筋智能化排產(chǎn)、自動(dòng)化加工、智慧化管理，年生產(chǎn)能力10萬(wàn)t，可生產(chǎn)加工各類(lèi)箍筋、網(wǎng)片、拱架、棒材、型鋼、箍筋等構(gòu)件。

5.1 工廠化布局

鋼筋數(shù)字化加工基地秉持“專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、精細(xì)化”的建設(shè)理念，工廠化布局，分區(qū)進(jìn)行鋼筋加工。整體按產(chǎn)品類(lèi)型劃分為3個(gè)車(chē)間6個(gè)工作區(qū)，主要配置有智能鋼筋調(diào)直彎箍生產(chǎn)線、智能鋼筋網(wǎng)焊接生產(chǎn)線、棒材鋼筋智能鋸切套絲打磨生產(chǎn)線、鋼筋骨架門(mén)式機(jī)器人智能焊接生產(chǎn)線、智能導(dǎo)管柔性生產(chǎn)線、拱架智能彎曲自動(dòng)焊接生產(chǎn)線、智能鋼板激光切割生產(chǎn)線等30余臺(tái)套數(shù)控設(shè)備，可有效避免原材料二次倒運(yùn)，大幅度提高了鋼筋加工效率。

5.2 智能化排產(chǎn)

鋼筋數(shù)字化加工基地通過(guò)MES管理系統(tǒng)，從鋼筋原材料進(jìn)料到調(diào)查、裁切、彎箍、焊接、成品包裝、出庫(kù)配送等環(huán)節(jié)均通過(guò)數(shù)字化控制生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)訂單遠(yuǎn)程上傳、任務(wù)單在線下達(dá)、原材料自動(dòng)上料、設(shè)備自動(dòng)生產(chǎn)、機(jī)器人收集成品，全程數(shù)字化生產(chǎn)、流水線作業(yè)、自動(dòng)化流轉(zhuǎn)，大幅提高了生產(chǎn)能力。

5.3 自動(dòng)化加工

鋼筋數(shù)字化加工基地全自動(dòng)數(shù)控鋼筋加工設(shè)備采用編程式、智能化控制技術(shù)，徹底告別了傳統(tǒng)人工進(jìn)行的抬、扛、拉、推等作業(yè)方式，鋼筋的運(yùn)輸、反轉(zhuǎn)、傳遞等全部由機(jī)械完成，從調(diào)直、剪切、套絲、打磨、彎箍、收箍到焊接全程流水線作業(yè)，真正意義上做到了切、磨、套、彎、焊全過(guò)程自動(dòng)化，機(jī)械自動(dòng)化率達(dá)到 95% ，人工投入減少 60% 。同時(shí)，生產(chǎn)程序可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自行調(diào)整，完成各種規(guī)格鋼筋的成型，數(shù)控鋼筋設(shè)備的運(yùn)用，可大幅提高鋼筋加工速度，是傳統(tǒng)人工操作的2倍。見(jiàn)圖1、圖2。

圖2生產(chǎn)

5.4智慧化管理

鋼筋數(shù)字化加工基地充分利用信息化大數(shù)據(jù)-視頻監(jiān)控等功能，通過(guò)MES智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)所有設(shè)備實(shí)行智慧化管理，實(shí)現(xiàn)與項(xiàng)目各標(biāo)段之間的數(shù)據(jù)共享，以及控制中心與生產(chǎn)車(chē)間之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸，并完成數(shù)據(jù)整合與集中展示，對(duì)鋼材進(jìn)行集中加工、智慧管控、統(tǒng)一配送，實(shí)現(xiàn)體質(zhì)降本增效。

6產(chǎn)業(yè)數(shù)字化在山西公路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，山西交通緊抓交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)機(jī)遇，聚焦交通主業(yè)，堅(jiān)持?jǐn)?shù)字轉(zhuǎn)型，在企業(yè)管理、項(xiàng)目建設(shè)、施工管理、數(shù)字經(jīng)濟(jì)等方面，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從點(diǎn)到面的突破。未來(lái)三年，要聚焦高質(zhì)量發(fā)展，加快推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，形成山西交通改革發(fā)展“新質(zhì)生產(chǎn)力”。

6.1聚焦系統(tǒng)應(yīng)用，加快推動(dòng)管理數(shù)智化

（1）全面應(yīng)用“隧道管理平臺(tái)”。建立標(biāo)準(zhǔn)工序，全面核對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)信息，加快智能化數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口對(duì)接，實(shí)現(xiàn)隧道施工全過(guò)程管控。（2）高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)“物資物料管理平臺(tái)”。綜合運(yùn)用智能物料驗(yàn)收、盤(pán)點(diǎn)技術(shù)及設(shè)備，開(kāi)發(fā)移動(dòng)物料收發(fā)APP，整合現(xiàn)有平臺(tái)，做好系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接和推廣應(yīng)用工作。（3）優(yōu)化升級(jí)“建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)”。加快基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、功能優(yōu)化、系統(tǒng)應(yīng)用，建立完備的建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)在建項(xiàng)目應(yīng)用全覆蓋。（4）加快落地“稱重計(jì)量員系統(tǒng)”。完善相關(guān)功能，保障進(jìn)出場(chǎng)材料質(zhì)量和數(shù)量雙控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量的源頭把控。（5）全面實(shí)現(xiàn)“試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)字化管控”。運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，進(jìn)一步提升項(xiàng)目質(zhì)量，推動(dòng)鋼筋試驗(yàn)檢測(cè)工作向數(shù)字化、智能化發(fā)展。

6.2聚焦智慧建造，加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化

（1）推廣工廠化智能生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)景。全面打造全鏈條數(shù)字化、流程化管理的數(shù)字鋼筋加工廠、數(shù)字梁廠、數(shù)字拌合站。

（2）探索模塊化數(shù)字施工場(chǎng)景。基于 BIM+GIS 模型，充分利用5G、北斗、工業(yè)機(jī)器人、激光精準(zhǔn)量測(cè)、精確控制等技術(shù)，將工藝數(shù)字化與標(biāo)準(zhǔn)化深度融合，對(duì)路基、路面、橋梁、隧道的工藝進(jìn)行數(shù)字化、智能化升級(jí)改造。

（3）推進(jìn) BIM+GIS 數(shù)字化建模工作。建立標(biāo)準(zhǔn)化模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)快速建模，為各項(xiàng)目BIM應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

6.3聚焦平臺(tái)經(jīng)濟(jì)，加快推動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化

（1）數(shù)字化工作專(zhuān)班圍繞《山西路橋數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年規(guī)劃》，指導(dǎo)各單位系統(tǒng)謀劃和推進(jìn)平臺(tái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。一要積極嘗試應(yīng)用新材料、新工藝，推動(dòng)建立模板標(biāo)準(zhǔn)化體系，設(shè)計(jì)研發(fā)、推廣應(yīng)用公路工程領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化模板，充分利用“橋路云模”“租立得”兩個(gè)平臺(tái)，積極拓展外部市場(chǎng)，提高模板和工程機(jī)械租賃業(yè)務(wù)的知名度、覆蓋率。

（2）統(tǒng)籌規(guī)劃“橋路易購(gòu)”平臺(tái)，加快開(kāi)發(fā)搭建“交通工程安全設(shè)施”和“固廢環(huán)保產(chǎn)業(yè)”兩個(gè)專(zhuān)區(qū)，打造覆蓋全省工程建設(shè)項(xiàng)目的建筑工業(yè)品全品類(lèi)平臺(tái)。

（3）依托公路主業(yè)優(yōu)勢(shì)，積極推動(dòng)“碳交易平臺(tái)”發(fā)展，借助“山西固廢資源化利用交通科技園”實(shí)體，在全省建立起路橋固廢資源利用的產(chǎn)業(yè)體系。

（4）緊扣“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”主題，進(jìn)一步加強(qiáng)與行業(yè)龍頭的對(duì)接溝通，聚焦合作創(chuàng)新，加快推動(dòng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)在山西省交通行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

7山西省數(shù)字化交通科技園

數(shù)字化交通科技園對(duì)全面推動(dòng)山西固廢資源化利用及路域經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義，圍繞高質(zhì)量發(fā)展這個(gè)首要目標(biāo)，山西省將綠色低碳發(fā)展理念貫穿于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程，持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，確保小型預(yù)制構(gòu)件、基質(zhì)瀝青存儲(chǔ)系統(tǒng)等生產(chǎn)線盡快投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，并繼續(xù)推進(jìn)再生橡膠顆粒、3D打印、高性能摻合料等中試生產(chǎn)線落地工作。一是明確定位，打造園區(qū)特色品牌。優(yōu)化園區(qū)布局，建立健全固廢材料及固廢產(chǎn)品項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)體系，率先積累固廢利用產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，形成固廢資源化利用的產(chǎn)業(yè)鏈條，提高園區(qū)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、品牌影響力。二是堅(jiān)定目標(biāo)，推動(dòng)園區(qū)早日達(dá)產(chǎn)增效。在當(dāng)前階段要大干快干，提速創(chuàng)優(yōu)，盡快將園區(qū)打造成“研發(fā)中心 + 中試基地 + 生產(chǎn)基地”的綠色低碳發(fā)展實(shí)體。三是科技創(chuàng)新，加速成果落地轉(zhuǎn)化。聚力關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，持續(xù)提升科技創(chuàng)新工作能力，開(kāi)展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，不斷加大科技成果轉(zhuǎn)化力度，為推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展賦能助力。本著“解決質(zhì)量通病、降低施工成本”的原則，山西省某項(xiàng)目重點(diǎn)突破“隧道松散圍巖開(kāi)挖施工技術(shù)研究”和“隧道露石混凝土施工技術(shù)研究\"技術(shù)課題2項(xiàng)，具體計(jì)劃見(jiàn)表1。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上述，在鋼筋數(shù)字化加工的基礎(chǔ)上，基于 BIM+GIS 模型，充分利用5G、北斗、工業(yè)機(jī)器人、激光精準(zhǔn)量測(cè)、精確控制等技術(shù)，將工藝數(shù)字化與標(biāo)準(zhǔn)化深度融合，對(duì)路基、路面、橋梁、隧道的工藝進(jìn)行數(shù)字化、智能化升級(jí)改造。

表1數(shù)字化技術(shù)攻關(guān)課題

參考文獻(xiàn)

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