黑龍江大橋BIM造

文/龍建路橋股份有限公司 呂筱珩 梁旭源 邢建見 葉陽

面臨的挑戰

黑龍江省黑河市至俄羅斯布拉戈維申斯克市黑龍江大橋是中俄界河黑龍江上首座現代化公路大橋，也是黑龍江省響應“一帶一路”倡議的標志性工程，于2016年11月開工建設，計劃2019年10月通車，全長19.9公里，總投資額24億元。由于是中俄兩國共同施工，地理位置特殊，黑龍江大橋項目實施BIM主要面臨如下挑戰：

首先，設計施工圖的交流溝通障礙，尤其是2D模式的圖紙對雙方互通造成極大的困難，另外，大橋主橋存在很多異型結構，例如下部橋墩的護面塊等設施，如果以常規方式進行理解交底，將會浪費很多時間，嚴重影響施工進度。

圖1 BIM技術實施路線

其次，矮塔斜拉橋施工方案監測，主橋的施工方法采用頂推施工形式，合龍關鍵點是中俄在建工程關鍵里程碑，如何監控各個施工階段節點，保證頂推施工能夠在預定時間點完成成為一大難題。

最后，節能減排和場地規劃，項目地處高寒地區，晝夜溫差較大，可施工周期短，跨越黑龍江，對環保要求非常高，如何有效利用施工場地成為一個重點問題。

BIM技術實施路線

黑龍江大橋BIM實施路線（見圖1），主要分為三維建模和二次開發兩個階段。在三維建模過程中，全部采用Bentley Civil系列軟件進行，基于PowerCivil進行路線繪制，在全線路上將引道、主橋等主要單元進行分塊建模，在每個主要單元下，繼續細分成各次階單元，單獨建立單元模型，最后在統一平臺MicroStation中進行整合拼裝；所有階段的模型均可用于視頻動畫交底的渲染，另外總裝模型等比例縮放后可實踐于3D打印技術。

二次開發階段，是BIM技術應用的精髓所在，它脫離了目前BIM翻模的常規應用，深度挖掘出BIM技術的潛力，以全生命周期為特色進行訂制開發，主要利用ProjectWise協同工作平臺及MicroStation CE的開放端口來實現，旨在建設施工質量安全管理、施工進度管理、施工成本管理的平臺。

應用亮點

無人機+實景建模

項目對場地要求極高，在前期進場時，利用無人機環場地進行照片采集，使用ContextCapture處理照片源數據，建立場地實景模型（見圖2），對單體賦予資產屬性，為后續資產管理數字化提供數據支持。通過在實景模型的三維空間量測，合理規劃場地，確保設備、構筑物安全凈空；優化建筑與設備的關系，實現場地利用率95%以上。

多種模式交底

在施工過程中，項目采用多種交底形式，與一線施工人員進行數字化、可視化的溝通與交流，提高了管理效率和質量控制水平。模型數據的流通格式為DGN格式、3DPDF格式和i-model pad格式，其中DGN格式是Bentley平臺下統一的流轉格式，具有全平臺適用和數據無損導入等優點；i-model可附帶word、excel、mp4等格式文件，重點體現在施工模擬動畫繪制，應對復雜工序的工藝控制，為施工過程分析提供可視化數據。通過Navigator組織模擬中橋的施工進度，分析項目進度合理性，減少時間維度上的沖突，改進施工進度安排。

圖2 場地實景模型

圖3 道路精細化分層

圖4 可視化大橋總裝

圖5 頂推施工工藝模塊

同時，通過3D打印技術，將單一次級單元等比例縮放成小模型打印出來，組裝成整體模型，也可以單一進行拼接試驗，比如有兩種橋身護面塊結構，俄方只給了二維平面示意圖，未提供組裝圖紙，公司技術人員完成建模后，將其打印出來，高效完成了拼接組裝工作，大大節約了時間成本。

參數化建模

建模是一個離散化的過程，其根本是整體路線，基于PowerCivil將地面三角網恢復在軟件中，建立主路線，它是一條具有三維屬性的線，也就是將平縱曲線的信息都集中在其中。OpenBridge Modeler幫助工程人員進行橋梁的參數化建模，提高模板拼裝，坐標放樣精度，確保測量精度達5毫米以內，分部分項工程驗收合格率滿足行業質量標準要求。借助ProStructure創建了LOD300級別主梁施工模型，主塔施工模型，并提取工程數量及施工大樣圖，指導鋼結構下料、加工及拼裝。對于引道模型，基于Ecschema框架，添加自定義屬性，提取工程量，為后續項目管理尤其是產值及成本管理提供準確數據。通過分層建模，將路基精細化分層，實現路基進度管理精細化，在廊道模板中，已經確定分層的邏輯關系，分層后每層都具有獨立的材料和幾何屬性，（見圖3）。最后，在三維可視化環境進行橋梁預拼裝及設計校審，充分體現了DGN文件無損導入的優勢，（見圖4）。

臨時結構安全性驗算

為降低河道施工對黑龍江流域的污染，項目原始施工便道方案變更為施工便橋，將臨時結構的三維模型導入RM Bridge進行有限元分析，對結構整體進行強度、剛度和穩定性驗算，并進行優化設計，縮小水上平臺的布置范圍達到20%。

特殊工藝施工模擬

黑龍江大橋采用頂推施工，基于MicroStation Connect Edition，開發了頂推施工工藝模塊，（見圖5），研究實現頂推監測數據與模型驅動同步，提升技術、進度、質量管理水平。對于水上鉆孔技術，采用動畫模擬形式進行交底，同時，全橋生成VR模型，可進行任意角度漫游和穿透，優化作業方案。

技術應用的延伸

基于BIM技術，技術人員開發了Civil Station Construction 5D（簡稱CSC管理系統）。該系統主要由C/S端（本地客戶端）和B/S端（Web端）兩部分構成，前者主要負責模型展示、漫游、進度模擬及進度查詢、質量查詢、成本查詢、工藝模擬等；后者具備進度、質量、安全、投資管理數據錄入、審批報驗、支付及數據庫管理功能。該系統實現了建設方、業主方、施工方、監理方和物資供應方的有效對接和溝通。設計文件得以共享和及時更新；在物資采購方面，引用BIM技術對工程構件進行精準計算，有效解決了物資供應方不能準確判斷工程所需材料用量的問題；在驗收方面，施工方通過自檢后，將檢測數據上傳管理系統，監理方進行審批，施工方能夠實時接收驗收結果，迅速組織后序工作；業主方通過管理云平臺實時掌控工程的設計、進度、成本、安全、質量等信息，從而改進施工方和業主方之間的協作。