BIM技術在斜拉橋施工中的應用研究

稅 寧 波， 文 穎

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

BIM是以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM是對工程項目設施實體與功能特性的數(shù)字化表達。一個完善的信息模型能夠連接建筑項目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，已被建設項目各參與方普遍使用。

BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設項目生命期中動態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。BIM建筑信息模型同時又是一種應用于設計、建造、管理的數(shù)字化方法，韓灘雙島大橋采用這種方法建造集成管理環(huán)境，使該工程建設在其整個進程中顯著提高了施工效率并大量減少了施工風險。

2 BIM技術應用現(xiàn)狀

在橋梁施工領域，國內(nèi)外在施工階段應用BIM技術的橋梁并不多。國外的摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋、國內(nèi)的北盤江特大橋和吉水贛江二橋項目采用的BIM技術主要應用于設計優(yōu)化階段，具體體現(xiàn)在數(shù)字化建模、預拼裝以及三維模型的差錯漏碰檢查。其在施工階段的應用，尤其是與施工管理緊密結合的實例則相對較少。而韓灘雙島大橋BIM技術已經(jīng)在數(shù)字化建模、預拼裝的基礎上實現(xiàn)了施工管理與現(xiàn)場生產(chǎn)緊密結合，實現(xiàn)了對施工過程的超前管理，在降低施工成本的同時也極大地減小了該橋的施工安全風險[1]。

3 BIM技術在韓灘雙島大橋建設中的應用

3.1 碰撞檢查

檢查的模型對象可以分為鋼筋間碰撞、鋼筋與建筑和結構的碰撞、結構構件間的碰撞以及結構與預埋件之間的碰撞等。另外，在施工模型中，可以模擬搬運安裝路徑，檢查吊裝過程碰撞、運輸過程碰撞、安裝空間碰撞等[2]。

檢測模型之間是否已經(jīng)發(fā)生碰撞或即將發(fā)生碰撞；檢查模型之間是否滿足特定間距要求；報告和展示模型發(fā)生碰撞的位置點或不能滿足特定間距要求的位置點或疑似問題點。

3.2 施工工程的籌劃模擬

應用于施工場地布置。對現(xiàn)場資源配置、道路等進行模擬，預先熟悉施工現(xiàn)場，保證施工布置滿足要求。

應用于施工方案優(yōu)化比選。結合實際情況制定不同的施工方案及對應時間，對方案進行動態(tài)模擬：驗證各個方案時間的合理性，選擇最優(yōu)方案；發(fā)現(xiàn)方案中涉及到的工程施工沖突、不合理等特殊情況的部位，并據(jù)此制定專項方案應對。通過施工方案模擬，確保工程籌劃具有可實施性及指導價值。

應用于資源配置[3]。根據(jù)施工方案及主體工程量對工程機械設備、人員等進行合理配置(表1)。

表1 施工方案模擬數(shù)據(jù)信息表

根據(jù)設計模型的虛擬建造過程選擇并確定具有可實施性、合理的工程籌劃。

3.3 施工專項方案仿真

對結構的復雜斷面、鋼筋及預埋件等施工工藝復雜、結構形式特殊或?qū)I(yè)施工交叉密集的工程進行施工工序模擬。模擬的內(nèi)容主要為施工方法及施工次序。

為便于技術人員、施工工人等直觀掌握工程各階段的施工內(nèi)容及施工要點，對重難點施工專項方案采用數(shù)字仿真技術進行輔助論證，結合工程經(jīng)驗進行優(yōu)化；采用三維交互模式對施工難度高、施工過程復雜的工序或工藝進行輔助技術交底，確保將施工關鍵技術、質(zhì)量要求、安全措施等向施工班組進行全面、清晰、直觀形象的展現(xiàn)。

3.4 輔助決策管理

BIM在該項目的輔助決策管理通過兩個方面實現(xiàn)[4]：第一，從項目實際出發(fā)，充分考慮施工組織的經(jīng)濟性、合理性、安全性、適用性并基于現(xiàn)有施工資源狀況，通過信息化手段自動編制和輸出該項目的施工進度計劃；第二，基于施工圖的施工作業(yè)顆粒度建立BIM模型，并結合工程施工進度計劃、施工資源等信息對施工過程進行模擬和預演，實現(xiàn)施工中的事前控制和動態(tài)管理。在獲取實際施工進度的同時，結合系統(tǒng)進度預警機制，迅速指導施工組織優(yōu)化的方向，計算項目當前所需施工資源或優(yōu)化施工方案，用以提高對項目進度管理的控制和決策能力。

3.5 施工進度動態(tài)管理

根據(jù)設計圖紙及施工現(xiàn)場的實際進度,使用BIM技術建立主體三維模型，對施工現(xiàn)場安全、質(zhì)量、物資、成本等進行動態(tài)分析，直觀地對索塔的結構物(如鋼筋、索導管、鋼錨箱、預埋件等)在施工各工序環(huán)節(jié)中的安裝進行干涉檢查分析，從而避免各結構物之間的碰撞沖突。同時，進度計劃與主體部位相關聯(lián)，實現(xiàn)進度的可視化對比分析，輔助管理人員管控施工總進度計劃、年進度計劃、月進度計劃、周進度計劃，按照天、周、月的時間變化進行施工進度模擬、實際進度與計劃進度的對比、甘特圖管理等。

3.6 施工質(zhì)量與安全的管理

BIM技術在該橋建設中的應用還可實現(xiàn)安全、質(zhì)量風險的預警、填報、管理，形成填報問題的PDCA閉環(huán)處理流程，并支持在網(wǎng)頁端直接生成問題整改單，生成3D模型、PDF圖紙、office文檔等，也可進行結構參數(shù)、工程數(shù)量、物資材料、成本分析等的查詢，實現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量、安全管理的智能性與互動性。

3.7 施工現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)設備與BIM的結合

該橋BIM管理通過施工監(jiān)控管理設備信息平臺將橋梁監(jiān)測及現(xiàn)場測量等數(shù)據(jù)集成至BIM現(xiàn)場管理系統(tǒng)，并將現(xiàn)場檢測設備數(shù)據(jù)在BIM模型中進行展示。通過設定虛擬攝像頭，將現(xiàn)實中視頻監(jiān)控所拍攝的畫面與虛擬攝像頭拍攝到的BIM模型一一對應，實現(xiàn)虛擬模型與現(xiàn)實施工情況的對比，從而實現(xiàn)了施工管理的同步性。

3.8 竣工圖數(shù)字歸檔

根據(jù)最新設計圖紙和設計變更完善BIM模型，將BIM模型與現(xiàn)場實景進行對比，更新BIM模型，確保模型與施工現(xiàn)場一致，搜集設施設備各類屬性信息，將后期運維所需信息錄入BIM模型，最后對模型數(shù)據(jù)的準確性進行校對，待其滿足相關要求后交付，最終的交付成果為竣工模型、竣工驗收資料。

在項目竣工驗收時，將竣工驗收信息添加到施工作業(yè)模型，并根據(jù)項目實際情況進行修正，以保證模型與工程實體的一致性，進而形成竣工模型，以滿足交付及運營的基本要求。

4 應用研究存在的問題及解決措施

BIM技術在韓灘雙島大橋雙塔斜拉橋中的應用，雖然解決了諸多施工管理過程中的問題，但其亦存在頗多不足[5]，具體表現(xiàn)在：

(1)我國關于BIM技術應用的相關標準和制度還不健全，無法為BIM技術提供有效的參考標準。

(2)BIM技術學習門檻較高，普及深入地應用BIM技術需要大量的技術型人才，項目部現(xiàn)階段這方面的人才不足。

(3)BIM技術的應用需要企業(yè)的信息化建設作支撐，而該項目開展信息化建設需要硬件、軟件的開發(fā)、人才培養(yǎng)等多方面的資金投入不足。

(4)對信息化建設的認識和信息化意識有待加強。實際工作中，管理層和作業(yè)層的人員對此項工作普遍存在認識不足的情況，主動意識不強。這些問題還需要項目部制定相關管理制度，加強宣傳和推廣力度，同時，也需要企業(yè)進一步加強認識，放遠眼光，通過實踐進一步地摸索經(jīng)驗。

5 結 語

BIM技術在韓灘雙島大橋雙塔斜拉橋中的應用，可以說是BIM技術在斜拉橋研究應用中一次成功的典范，不僅實現(xiàn)了項目施工的動態(tài)管理，更是提升了整個項目管理的質(zhì)量。

但BIM技術的發(fā)展仍任重而道遠，在大數(shù)據(jù)、數(shù)字化的時代潮流中，就施工單位而言，BIM技術在施工過程中的發(fā)展及應用會遇到諸多困難，這就需要企業(yè)不僅要根據(jù)項目實際，還應結合自身條件及需求制定合理的BIM實施方法和步驟，做好BIM技術項目實施的各項工作，更要提前做好BIM技術人才的儲備工作，促進BIM技術真正地在項目中得到推廣及應用。