基于BIM技術的丞相河特大橋數字協同管理系統的設計與實現

何 鑫

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的全生命周期管理過程[1]。它將整個建筑生命周期中建筑物的所有幾何特征、構件功能信息、施工進度和施工過程控制信息集成到數字模型中，以數字集成技術進行項目規劃、工程設計、組織施工以及運營維護，它具有可見性、協調性、仿真性、優化性和可繪制性5個特征。

丞相河特大橋是山西省首座雙塔斜向雙索面PC矮塔斜拉橋，上部結構采用雙塔斜向雙索面PC矮塔斜拉橋+預應力混凝土連續T梁，下部結構主橋采用薄壁Y形空心墩，橋臺采用柱式臺、肋板臺。該項目結構復雜，工序較多，施工難度大，安全質量和監控要求高，管理協調困難。因此創建可視化、唯一性、共享性、實時性、延續性、數據無限擴充的全生命周期BIM數字協同管理系統顯得尤為重要。

1 系統總體設計

1.1 設計思路

丞相河特大橋BIM數字協同管理系統是以項目的BIM模型為基礎，通過系統集成使項目的所有數據、信息、模型等均實現協同化交互和傳遞，實現工程項目信息集成與共享[2]。本系統的設計思路如下。

1.1.1 BIM基本特點

在道路橋梁工程建設項目過程中，BIM模型是其生命周期綜合管理的基礎，項目的每個參與者都需要傳輸和獲取工程節點中的數據。隨著工程的推進，會產生龐大的數據量。所以將工程各階段按照節點進行劃分，分別建立有效的BIM模型用以保存數據信息，在每個階段分別識別和分類不同的專業工程信息，通過前序階段模型數據的提取，可以擴展和更新后續階段的模型。BIM模型也可以控制工程進度，針對不同的時間節點展示最新的進度信息。

1.1.2 BIM數據庫構建

我國公路工程領域企業之間發展情況各不相同，各企業之間的信息共享程度和工程管理集成度也不盡相同，因此，建立一套基于BIM的獨立數據庫用于保存工程中的交互數據就顯得尤為重要。使用者通過不同權限訪問數據庫中的工程數據信息，通過對不同構件進行分類編碼，保證各構件數據的獨立性，為之后數據模型的建立提供可靠的數據基礎。

1.1.3 BIM數據安全訪問

在傳統的公路工程領域，數據多以紙質形式進行存儲，針對不同專業、不同類型的工程信息，紙質資料顯然無法完美應對。與此同時，紙質資料存在易丟失、不易查找等天然缺點，而數據的電子化存儲可以有效解決上述問題，將不同專業、不同時間節點的數據有效統一在同一個BIM模型中，將工程進度信息進行有效整理，不同權限的用戶訪問相應模塊的數據信息，真正做到數據的安全訪問。

1.2 總體設計方案

建設管理項目管理系統與常規項目協同管理系統不同，它以建設管理的管理目標為前提，以進度與質量管理、安全管理、成本管理、資料管理為核心，一般不集成項目過程中的管理審批流程，而僅將過程中的信息進行收集、傳遞和展示[3]。

因此本系統設計的出發點是允許項目的所有參與者均可在系統中完成信息的交互，通過項目管理者的統籌管理將各參與者緊密結合起來。針對協同管理概念和現行的相關BIM標準，本系統應滿足如下功能：

a）保障工程信息的有效提取。b）保障各構件數據的獨立性。c）保障BIM數據的安全訪問。d）實現BIM數字協同管理的基本操作。

因此BIM數字協同管理系統的構建首先需要建立BIM數據模型，然后將數據信息集成到BIM數據模型中，最后在系統中將模型與相關工程信息進行有效整合，完成工程信息的統一管理。

1.3 系統架構

在現有協同工作環境的基礎上，結合建設方、設計方的相關數據，將參與方的工作數據進行有效整合，最終達成整體協同管理的目的。同時整合圖紙管理、施工進度統計、質量安全追蹤、監理日志、立項變更、巡檢整改等模塊數據，結合施工管理需求，按照相關標準進行開發。

系統基于C#高級程序設計語言和.NET框架進行開發，C#是一種強大的、面向對象的程序開發語言，是專為.NET框架開發而設計出的語言。.NET框架可以在各種計算機上運行，從服務器、桌面機到PDA，還能在移動電話上運行，具有多平臺的優勢，同時使用行業標準的通信協議，還能提供更加安全的執行環境。

2 系統功能實現

圖1 BIM數字協同管理系統功能模塊

本系統具有組織架構清晰、多用戶多部門、安全可靠、數據集成管理等特點，管理者通過登錄系統，實現多專業多單位的統一管理，滿足工程信息管理的要求，做好數據統一編碼工作，建立統一的云架構數據服務中心，為本項目提供信息化、智能化的管理服務。具體功能模塊如圖1所示。

2.1 用戶與權限管理

本系統對參與本項目的各個單位、各類人員信息進行有效維護，對項目人員身份進行唯一識別編碼。根據人員角色進行相應權限設置，賦予相應的管理操作權限，實現用戶分級分權機制，非授權用戶不能進行訪問和操作功能，實現工程信息安全性和保密性要求。

2.2 圖紙協同管理

根據工程設計圖紙編制管理辦法對設計圖紙文件庫進行信息化細類劃分，并依據用戶所在部門和級別分別設置管理、審批、讀、寫的權限，做到圖紙管理責任到人。用戶根據其權限在本系統中進行圖紙管理，包括上傳、更新、查閱、下載等相應操作，實現圖紙協同管理，保證本項目所有人員均依據同一套圖紙進行日常工程，防止圖紙傳遞錯誤，更新不及時造成的信息延誤或者工程返工。

2.3 施工進度監控、統計

基于BIM技術對施工現場進度信息進行及時采集，將工程實際進度展示在系統中，提供工程月報文件查詢、現場簽認查詢功能。通過將計劃進度和實際現場簽認進度進行對比，直觀展示實時與計劃進度的差異，并將理論費用與實際費用進行直觀對比，為業主提供管理實施依據。圖2通過對比可直觀反映工程的完成情況。

圖2 施工費用進度統計

2.4 三維形象進度展示

圖3 三維形象進度展示

基于BIM多維信息化模型技術，在三維形象進度圖上顯示相應部位的進度情況。以3D模型工程進度表現方式實現實時動態顯示功能，在三維模型上實時反映工程施工的進度情況，即分項工程或工序開工、完工等時間節點以及工程量完成情況。在圖3中，“已完工”部分、“正在施工”部分和“尚未開工”部分均做出了標注。

2.5 質量、安全跟蹤

該模塊內容包括現場質量問題隱患排查、現場安全問題隱患排查和施工人員違章作業排查處理三塊內容。利用施工人員身份唯一識別碼，錄入違章作業人員信息，違章作業時間和內容，定期提供問題統計分析報告，輔助管理。

2.6 監理日志

監理工程師通過上傳工程變更、簽認施工記錄、監理抽檢記錄、分項工程質量評定、完工證書等資料，可以直觀反映工程進度和檔案工作的同步性，讓施工、監理、業主等單位管理人員及時全面了解工程進度、質量和檔案工作完成情況。如圖4所示。

圖4 監理日志

2.7 工程資料、文件管理

本系統通過建立覆蓋個人、部門、單位文件庫，并依據用戶所在部門和級別分別設置管理、審批、讀、寫的權限，做到工程資料管理責任到人，用戶根據其權限進行上傳、更新、查閱、下載等相應操作，使工程資料的安全性和保密性得到保障。

2.8 項目知識庫工程

本系統通過建立項目知識庫工程，對知識庫文件進行細類劃分，用戶根據相應權限進行查詢、下載操作。知識庫內容包括：標準規范、管理制度文件及項目管理手冊、會議紀要與評審意見、專題研究成果文件、科研成果文件、專家經驗知識庫、安全生產管理教育知識庫。

2.9 信息化數據接入與展示

將遠程視頻監控信號及其他信息化數據接入本系統，并對各類傳感器數據進行可視化編輯形成圖表，使管理人員對施工現場和各類設備的運行情況進行有效監管，及時發現危險狀態和違章操作。

2.10 監控巡檢整改管理

監控中心值班人員通過監控中心巡檢數據，發現施工現場各類安全質量、文明施工等問題，對相關工地負責人發出整改指令。整改任務完成后形成處理記錄，實現“發現—整改—提交”的閉合式管理，實現管理標準化。

3 結論

丞相河特大橋項目通過BIM數字協同管理系統的應用，極大地提高了建設工程質量水平，節省了投資，節約了資源，縮短了工期，為本項目全過程方案優化、科學決策、虛擬建造和協同管理提供技術支撐，為建設工程提質增效、節能環保創造條件。BIM技術的應用促進了項目設計、建設、養護和運營管理協調發展，提高了項目的社會經濟效益，對整個項目全生命周期信息的暢通傳遞具有積極意義。