BIM技術(shù)在全互通立交橋建設(shè)中的應(yīng)用

賈世杰，徐結(jié)明

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BIM技術(shù)在全互通立交橋建設(shè)中的應(yīng)用

賈世杰，徐結(jié)明

（中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，四川 成都 610083）

南寧市沙井南站立交橋?yàn)槿龑影肴ネ⒔唬ㄔO(shè)環(huán)境復(fù)雜，工期壓力大，建設(shè)中開展對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用研究，制定了立交橋BIM建模標(biāo)準(zhǔn)，探索了BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)圖優(yōu)化、管線遷改、交通疏解、現(xiàn)場文明施工及施工組織方面的應(yīng)用，取得了突出的成績。創(chuàng)建的BIM協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息共建、共享，促進(jìn)了工程建設(shè)的信息化發(fā)展。

BIM技術(shù)；立交橋；施工組織；協(xié)同管理

進(jìn)入21世紀(jì)，我國已經(jīng)成為世界上道路橋梁發(fā)展最快速的國家，路橋投資規(guī)模增速明顯，大型立交的新建工程的建設(shè)需求大，但工程建設(shè)信息化比較落后，隨著BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，將逐步提高工程建設(shè)水平。目前BIM在市政橋梁建設(shè)中的應(yīng)用仍處于建模、展示的初級(jí)階段，因此在本工程中探索了BIM在立交橋建模、管線遷改、工程量計(jì)算、施工組織方面的應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 工程概況

南寧市沙井—南站立交設(shè)計(jì)為單苜蓿葉與半定向型組合式的三層半全互通立交，工程位于南寧市沙井大道與南站大道交匯處，是新老城區(qū)相結(jié)合處，如圖1所示。

圖1 沙井—南站立交效果圖

立交工程包括沙井主線、南站主線、A—H共8條匝道、4條地面輔道、4條掉頭車道、2條人行道。南站大道主線長約1 807.953 m，雙向8車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，位于頂層，沙井主線長1 524.3 m。8條匝道總長約3 596.073 m，匝道最小半徑為60 m，輔道總長約4 716.55 m。地面輔道位于匝道外圍及立交橋下，主要用于滿足公交車和非機(jī)動(dòng)車以及行人的通行要求。

2 工程難點(diǎn)

本工程為南寧市重點(diǎn)建設(shè)工程，工期壓力大，投入資源多，施工協(xié)調(diào)難，交通疏解困難，項(xiàng)目施工沿線地質(zhì)情況復(fù)雜，地下老舊管線交叉密布，地質(zhì)勘探單位多次補(bǔ)探，設(shè)計(jì)變更多。針對(duì)沙井南站立交工程地下綜合管線復(fù)雜及其整個(gè)立交工程數(shù)量繁多、施工工期緊導(dǎo)致施工成本造價(jià)高等綜合性特點(diǎn)，通過創(chuàng)新管理，采用了BIM技術(shù)、無人機(jī)、物探技術(shù)等，創(chuàng)新應(yīng)用了BIM技術(shù)與無人機(jī)、物探技術(shù)的融合，以加強(qiáng)施工管理、降低成本造價(jià)來加強(qiáng)現(xiàn)場文明施工管理，從而提高企業(yè)管理水平，為公司增收創(chuàng)效奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 基于Revit軟件的BIM建模技術(shù)研究

3.1.1 BIM標(biāo)準(zhǔn)制定

為保證建模成功及對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行有效管理，針對(duì)市政工程橋梁方面的BIM規(guī)范性文件的缺失，在建模工作開展前定制了符合本項(xiàng)目的兩個(gè)規(guī)范和指導(dǎo)性文件：《南寧沙井南站立交BIM建模規(guī)范》《南寧沙井南站立交BIM實(shí)施應(yīng)用指導(dǎo)》，詳細(xì)約定了模型顆粒度、構(gòu)件參數(shù)、施工參數(shù)及項(xiàng)目各參建方的職責(zé)等內(nèi)容，保障了項(xiàng)目整體實(shí)施規(guī)范可控。建模規(guī)范從軟件版本到族樣板類型、構(gòu)件標(biāo)記、坐標(biāo)系統(tǒng)、標(biāo)高系統(tǒng)級(jí)參數(shù)等做了詳細(xì)規(guī)定，有效地規(guī)范了建模流程，規(guī)避了建模過程中建模人員協(xié)調(diào)難的問題。規(guī)定每一種類型的構(gòu)件都采用統(tǒng)一標(biāo)記，按順序遞增，使得構(gòu)件既有統(tǒng)一性又具有唯一性，方便了項(xiàng)目后期的運(yùn)營維護(hù)。

3.1.2 設(shè)計(jì)圖紙校對(duì)

隨著橋梁業(yè)不斷發(fā)展，復(fù)雜的橋梁造型被不斷推出，施工人員查看2D圖紙費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)誤，造成項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)大、施工階段返工，工期延后、項(xiàng)目成本增加、工程質(zhì)量得不到保證等。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙完成場地地形建模、樁基及承臺(tái)基礎(chǔ)建模、橋墩、支座、箱梁、防撞墻及路面等主體、附屬結(jié)構(gòu)數(shù)字信息模型，通過應(yīng)用BIM的可視化對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維可視化的校對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)漏洞，提前進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。橋梁BIM可視化模型如圖2所示。

圖2 橋梁BIM可視化模型

3.1.3 主要工程量及施工信息的快速提取

利用已建立的BIM模型，可以快速提取主要工程信息，比如構(gòu)件頂部標(biāo)高、底部標(biāo)高、混凝土等級(jí)、混凝土設(shè)計(jì)方量等。模型工程量的計(jì)算主要包括整體模型計(jì)算和局部模型計(jì)算兩大塊內(nèi)容，能夠按照BIM模型構(gòu)件的名稱、類型進(jìn)行混凝土工程量統(tǒng)計(jì)、數(shù)量統(tǒng)計(jì)等工作，使數(shù)據(jù)的獲取追溯性、準(zhǔn)確性更強(qiáng)。同時(shí)材料清單的自動(dòng)生成，將管理人員從煩瑣的算量工作中解脫出來，從而節(jié)省更多的資源投入到項(xiàng)目管理中，提高了管理效率。

3.2 BIM技術(shù)在管網(wǎng)遷改中的應(yīng)用

3.2.1 現(xiàn)狀管線可視化模擬

項(xiàng)目在施工前向業(yè)主與各管線產(chǎn)權(quán)單位拿到地下管線圖，將超深物探技術(shù)和探坑方法相結(jié)合，對(duì)立交紅線范圍內(nèi)的地下管線進(jìn)行探查，并將各種地下管線與原設(shè)計(jì)圖進(jìn)行對(duì)比，包括給水管道、排水管道、電力電纜、電信光纜、燃?xì)夤艿?、路燈電纜、國防電纜等，并給出各類管線的位置、管徑或斷面尺寸、材質(zhì)、埋深、走向等。

根據(jù)探查成果，編制綜合管線圖并建立BIM模型，以三維的形式將管線路徑、標(biāo)高表現(xiàn)出來，并按照已制定的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整理，利用BIM軟件將二維成果三維可視化表達(dá)，達(dá)到間接實(shí)現(xiàn)BIM在地下管網(wǎng)探測中的應(yīng)用效果。地下管線三維圖如圖3所示。

圖3 地下管線三維圖

3.2.2 管網(wǎng)碰撞檢查

根據(jù)已建立的完整的BIM管網(wǎng)模型，利用Navisworks軟件中的數(shù)據(jù)信息處理工具，將各專業(yè)Revit模型導(dǎo)入合并，通過設(shè)置不同的容差值，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測和判斷，對(duì)結(jié)構(gòu)、市政管網(wǎng)模型進(jìn)行碰撞檢查。雨水暗渠與橋梁下部結(jié)構(gòu)碰撞如圖4所示。將檢查出的問題整理匯總，反饋至BIM模型并進(jìn)行優(yōu)化，使問題可以在橋梁結(jié)構(gòu)施工前解決，減少和避免施工過程中因錯(cuò)誤問題返工，降低工程損失，有效控制工程造價(jià)。

圖4 雨水暗渠與橋梁下部結(jié)構(gòu)碰撞

3.2.3 市政管網(wǎng)的遷改方案優(yōu)化

在現(xiàn)場交通組織和場地圍擋的分階段施工時(shí)，市政管網(wǎng)的遷改和鋪設(shè)也需要同步進(jìn)行。為減少管線遷改次數(shù)，減少場地開挖對(duì)交通和環(huán)境的影響，在施工前通過管網(wǎng)-橋梁-場地-交通因素的綜合模擬，提前發(fā)現(xiàn)已有管網(wǎng)與新建橋梁樁基、承臺(tái)的空間沖突，解決新建管網(wǎng)與老管網(wǎng)的碰撞問題，在電腦中進(jìn)行虛擬布置和方案優(yōu)化，所有管網(wǎng)問題在施工前解決，借助BIM技術(shù)模型，在三維視圖中找準(zhǔn)遷改位置，確保了一次遷改率。

3.3 BIM技術(shù)在交通組織中的應(yīng)用

3.3.1 基于三維場地的交通組織規(guī)劃

本項(xiàng)目通過無人機(jī)采集真實(shí)數(shù)據(jù)，建立三維BIM場地環(huán)境，綜合考慮周邊道路、車輛通行和拆遷計(jì)劃。為了保證施工作業(yè)的順利進(jìn)行，在BIM軟件中設(shè)置了五階段施工圍擋和交通組織方案。真實(shí)的數(shù)據(jù)和場地環(huán)境，讓技術(shù)管理人員擺脫了人為空間想象的局限性，把更多的精力投入到對(duì)多因素的把控和方案本身的可行性分析中。BIM場地模擬和交通組織如圖5所示。

圖5 BIM場地模擬和交通組織

3.3.2 基于BIM數(shù)據(jù)的交通組織虛擬演示系統(tǒng)

為更直接地對(duì)可視化施工場地規(guī)劃，開發(fā)了交通組織虛擬演示系統(tǒng)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來源是施工BIM模型和場地環(huán)境，通過在系統(tǒng)中添加控制菜單，切換不同施工圍擋階段的交通組織情況，并建立了竣工后的場景信息。

演示系統(tǒng)包含第一人稱漫游、飛行和車輛駕駛模擬，可自由切換不同的視角。三維交互性的瀏覽方式和逼真的視覺效果，更加直觀真實(shí)地表現(xiàn)了現(xiàn)場圍擋情況，有效提高了相關(guān)技術(shù)和管理人員的參與積極性；同時(shí)在施工階段即可瀏覽到竣工后的工程建設(shè)場景，也提高了溝通效率和對(duì)外宣傳展示效果。虛擬交通組織如圖6所示。

圖6 虛擬交通組織

3.4 BIM技術(shù)在施工組織中的應(yīng)用

3.4.1 施工場地及現(xiàn)場管理研究

在施工開始前預(yù)先構(gòu)建施工場地模型，在電腦中首先對(duì)施工現(xiàn)場的建筑、設(shè)備布置及現(xiàn)場空間規(guī)劃進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，將施工現(xiàn)場提前模擬預(yù)演，不僅可以避免現(xiàn)場調(diào)配或施工時(shí)由于人為因素或施工情況復(fù)雜引起沖突，還能避免工程事故的發(fā)生。

在BIM模型中，施工現(xiàn)場所有的臨時(shí)設(shè)施、道路、路線及場地布置等，均可以清晰地通過電腦以三維的形式顯現(xiàn)出來，施工管理人員及其他項(xiàng)目參與人員可以通過瀏覽模型了解整個(gè)施工場地的實(shí)際狀況。也可以直接點(diǎn)擊模型局部，具體地對(duì)某一場地進(jìn)行細(xì)致了解。這種可視化的方式不僅方便管理人員對(duì)整個(gè)場地進(jìn)行規(guī)范化管理，也可以促進(jìn)對(duì)施工現(xiàn)場文明、規(guī)范及安全管理。施工場景模擬如圖7所示。

圖7 施工場景模擬

由于施工進(jìn)程是一個(gè)過程，所以施工場地需要依據(jù)施工進(jìn)度的變化而進(jìn)行調(diào)整。對(duì)整個(gè)施工過程和場地狀況進(jìn)行可視化模擬，依據(jù)施工進(jìn)度，適時(shí)對(duì)整個(gè)場地的信息進(jìn)行調(diào)整和修改，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)組織管理。

基于BIM的現(xiàn)場管理輔助人機(jī)物料的進(jìn)場安排和規(guī)劃布置，同時(shí)輔助現(xiàn)場管理人員對(duì)施工人員合理安排和場地的文明規(guī)范化管理都有很大的作用。做到科學(xué)規(guī)劃，安全文明施工，對(duì)于業(yè)主考察、文明工地展示、施工場地方案驗(yàn)證都有很大的應(yīng)用價(jià)值。

3.4.2 結(jié)合BIM技術(shù)的土方調(diào)用研究

傳統(tǒng)的城市工程施工，土方外運(yùn)及借用成本占工程成本比例非常大，而復(fù)雜的大型立交橋梁傳統(tǒng)施工組織難以實(shí)現(xiàn)合理的土方存放、調(diào)用方案，多數(shù)因?yàn)椴疬w進(jìn)度、現(xiàn)場環(huán)境變化無法達(dá)到最優(yōu)。

通過將BIM模型和圖紙相結(jié)合，項(xiàng)目中能對(duì)土方反復(fù)校核，快速計(jì)算立交范圍內(nèi)土方利用數(shù)量，通過在模型中設(shè)置橋梁施工順序的原則，在施工過程中不斷完善模型施工順序，模擬立交范圍內(nèi)土方調(diào)配使用率，選取最優(yōu)的施工順序，充分利用土方，節(jié)約工程費(fèi)用、縮短工程工期。

3.5 BIM協(xié)同管理

通過建立BIM協(xié)同管理平臺(tái)，使BIM數(shù)據(jù)庫的信息實(shí)現(xiàn)共享，并通過可視化交底的方式，使不同部門之間的項(xiàng)目參與人員進(jìn)行信息交換和項(xiàng)目討論。通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)資料更新，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。一種構(gòu)件變更，只需要輸入一次，其數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)同步變更，減少了工作量。同時(shí)，還能通過設(shè)置管理權(quán)限，使每個(gè)項(xiàng)目人員都能以符合自己身份的角色登錄平臺(tái)，進(jìn)行項(xiàng)目的管理。BIM的參數(shù)化功能也有助于實(shí)現(xiàn)信息共享，增加協(xié)同溝通能力。

3.5.1 本項(xiàng)目施工階段BIM協(xié)同的功能

將本項(xiàng)目BIM模型涵蓋的大量工程信息上傳到平臺(tái)上，不僅可以進(jìn)行模型瀏覽，將整個(gè)項(xiàng)目以三維的形式預(yù)演，使項(xiàng)目相關(guān)人員對(duì)項(xiàng)目無論是整體，還是局部都能有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，還可以對(duì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)快速定位，查看指定工程的隱蔽部位，實(shí)景反映工程情況，方便細(xì)致地了解整個(gè)項(xiàng)目，從而指導(dǎo)施工。

BIM協(xié)同平臺(tái)在施工階段可以布置施工任務(wù)，并監(jiān)管任務(wù)進(jìn)程和工作效率，從而實(shí)時(shí)地更新工作計(jì)劃，以使計(jì)劃與現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)一，通過實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目人員的任務(wù)管理，來控制項(xiàng)目進(jìn)程。將施工進(jìn)度計(jì)劃利用BIM軟件模擬出來，并運(yùn)用到實(shí)際施工過程中去，通過與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比，分析施工問題，實(shí)時(shí)調(diào)整和修正現(xiàn)場施工進(jìn)度，動(dòng)態(tài)滿足實(shí)際施工需要，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度監(jiān)控，保證工期。

在工程施工階段，將現(xiàn)場照片及施工旁站人員上傳到PC端并實(shí)現(xiàn)與對(duì)應(yīng)BIM構(gòu)件的掛接，進(jìn)行查證記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量管理。

3.5.2 協(xié)同平臺(tái)在橋梁施工中的核心功能

本項(xiàng)目中因結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，項(xiàng)目中有各種異形構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)因部門之間的不協(xié)調(diào)和設(shè)計(jì)的不直觀性，常常產(chǎn)生各種碰撞。基于BIM模型和技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行碰撞檢測，并在平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，可以最大程度實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的協(xié)同管理，推進(jìn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

通過建立協(xié)同平臺(tái)，利用其優(yōu)越的可視化效果，展示交通方案，同時(shí)與模擬的施工進(jìn)度相結(jié)合，與實(shí)際施工進(jìn)程對(duì)比，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度控制，修訂施工進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化交通疏解方案，實(shí)現(xiàn)交通與施工進(jìn)度協(xié)同。

4 結(jié)束語

通過在沙井-南站立交工程中對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用及探索，解決了施工難題，提高了工程質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，應(yīng)用效果顯著。開發(fā)了適用于立交橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)化族庫，探索出一套完整的橋梁工程BIM建模與設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，規(guī)避和優(yōu)化了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的錯(cuò)漏問題；通過BIM信息化整合，將地下市政管網(wǎng)物探成果在計(jì)算機(jī)中三維集成顯示，有效模擬和指導(dǎo)了現(xiàn)場施工中的多類型管線遷改；通過BIM技術(shù)的施工組織研究，解決和規(guī)避了傳統(tǒng)文本施工方案表述不全和空間沖突問題，有效輔助了現(xiàn)場工序組織和作業(yè)協(xié)同；建立的以BIM模型為核心的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了橋梁BIM模型瀏覽、施工任務(wù)管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量安全管理等信息化管理功能，解決了橋梁施工階段的BIM信息交互問題，提高了溝通和管理效率。

［1］任錦龍，毛路，榮慕寧.BIM技術(shù)在工程中的綜合應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)，2012（11）：10-13.

［2］柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2012.

［3］楊俊寧.市政路橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的實(shí)踐分析［J］.江西建材，2017（24）.

［4］喬保娟，鄧正賢，張洪磊.PKPM與Revit接口軟件中若干問題探討［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2014（1）：117-121.

2095－6835（2018）24－0037－03

U412.3

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.037

賈世杰（1976—），男，2008年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院國際工程管理專業(yè)，高級(jí)工程師。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕