BIM 技術在牟汶河大橋改擴建施工中的應用

申 威，趙 杰，李向陽，崔永林

（1.泰安市公路事業發展中心，山東 泰安 271000；2.山東省交通規劃設計院有限公司 全壽命周期BIM 技術應用研發中心，山東 濟南 250031）

1 工程概況

牟汶河大橋是山東省S103 濟棗線泰新高速立交橋至新泰泗水界段改建工程的節點性工程，橋梁全長847.04 m，與路線90°正交，該橋對既有舊縣大橋進行維修加寬再利用。加寬橋梁采用42×20 m 空心板結構，柱式臺，柱式墩，樁基礎。改擴建技術標準為設計速度80 km/h；荷載等級為公路I 級；設計洪水頻率為 1/100；地震動峰值加速度為0.10 g。通過對牟汶河大橋開展BIM 技術專項應用，合理指導施工，提升了施工組織和建設管理水平。

2 專業精細化模型為BIM 技術應用提供基礎

本橋屬于舊橋加寬再利用，橋梁新結構與舊結構形式不同，為確保實現構件級精細化施工管理，需建立LOD3000 以上的專業化精細模型。通過自主產權的公路橋梁建模軟件，設計數據文件直接進行模型創建，利用參數數據自動化生成模型，并攜帶標準的屬性和編碼信息，便于模型應用管理，見圖1。

圖1 改擴建橋梁精細化模型創建

3 基于BIM 進度推演，合理調配施工資源

3.1 基于BIM 的施工資源分析

泰安市徂汶景區計劃于2020 年4 月開始進行國家級濕地公園景區驗收，屆時將進行牟汶河河道蓄水、栽植荷花等準備工作，要求牟汶河大橋改擴建施工在2020 年3 月底前完成河道內全部下部結構施工。因此，原計劃2020 年7 月20 日前完成牟汶河大橋左幅加寬蓋梁及其他新建蓋梁（左右幅）施工需提前至2020 年3 月底。

項目施工工期緊，任務重，需要通過合理化地施工和人員設備投入來保障按時完成建設工作。項目利用BIM 技術合理安排工期和人員設備，按照時間節點倒排工期，分析關鍵制約要素。

模擬根據樁基礎的總數與所提供的1 臺鉆機鉆一根樁孔所用的時間，以及一個樁施工組的人數、設備數量，將樁基礎施工分為三個大組。把時間元素賦予BIM 模型，再通過樁基礎模型進度推演，獲得樁系梁、墩柱及蓋梁所需的施工組數量、人數和設備數據，見圖2。

圖2 基于BIM 模型的進度推演分析

通過結合現有施工設備和人員進行倒排分析，發現制約點在樁基礎施工班組,見圖3，對樁基礎班組人員需求明顯過高，需要增加樁基施工設備投入。

圖3 人員設備投入分析結果

3.2 工期調整后施工計劃合理性分析

樁基施工完成后，受新冠疫情影響，后續橋梁結構施工計劃產生了較大的變化和調整，結合實際施工進度情況，項目部重新進行了施工組織計劃安排。通過基于BIM 模型構件與施工計劃關聯，將時間維度與三維模型實現聯動，合理統籌施工組織計劃。

根據施工組織計劃，采用Fuzor 軟件進行了4D仿真分析，見圖4。存在的問題：（1）墩柱施工完成后，蓋梁施工前需至少7 d 養護時間，按照施工組織計劃，2020 年5 月12 日完成6#墩柱施工，2020年5 月22 日完成該處的蓋梁施工，蓋梁施工所需工期為10 d。墩柱與蓋梁工期過近，墩柱養護時間不足。（2）根據施工計劃，一套墩柱模板使用周期為2 d，以6#為例，施工班組有柱模板3 套，6#左右幅共新建6 棵墩柱，理論需要4 d 施工時間，計劃施工時間為是3 d，故需要增加模板。（3）施工班組潘炳柱組需要施工7/8/17/18/19 五排蓋梁，但蓋梁模板只有底板3 套、側板1 套，按蓋梁10 d 的施工時間計算，無法在計劃時間內完成，需增加模板方能滿足工期要求。

圖4 利用Fuzor 進行施工組織4D 仿真

通過問題排查，分析墩柱和蓋梁施工的關鍵時間節點，內置混凝土養護時間限制條件，對施工組織計劃進行合理調整；通過增加蓋梁模板合理調整施工安排，確保滿足施工工期控制節點要求。

4 高精度無人機傾斜攝影應用

無人機傾斜攝影測量技術能夠提供三維點云、三維模型、真正射影像、數字表面模型等多種成果形式。通過無人機傾斜攝影對橋址區范圍內0.98 km2開展航攝工作，為項目BIM 應用提供高清三維實景模型，見圖5。

圖5 無人機傾斜攝影獲得三維實景模型

為了驗證三維實景模型的精度，在獲得的實景三維模型上根據所做標記量取10 個控制點的空間三維坐標，并與現場RTK 實測三維坐標值進行對比計算，結果見表1。可以看出，平面誤差為±2.6 cm，高程誤差為±1.5 cm，滿足實際應用需求。

表1 模型誤差對比

5 基于BIM+GIS 的信息平臺化集成應用

在獲取了施工現場實景模型、BIM 模型、施工過程信息、設計圖紙等多種來源的數據后，基于統一的BIM 信息編碼，開展基于GIS+BIM 的施工信息平臺化集成應用，見圖6。

圖6 現場視頻與傾斜攝影和BIM 模型的平臺集成

（1）基于施工進度數據可以在平臺中查看施工進度，通過接入現場視頻監控能夠實時查看現場施工狀態，并將進度信息與之對比。（2）通過施工過程中計量、質量、安全等文檔和BIM 模型構件的關聯掛接，實現基于橋梁構件的施工信息集成查詢。（3）通過設計圖紙與BIM模型的關聯方便查看設計圖紙，也可以通過點擊BIM 模型構件查看基礎設計信息方便施工管理和使用。見圖7。

圖7 BIM 與設計施工信息實現可視化掛接

6 結語

通過建立精細化的專業擴建橋梁模型，并開展施工期的BIM 技術應用，在施工內容開展前規避問題，確保人員設備投入與工期的匹配，制定成本與工期更合理的施工方案。（2）利用BIM 技術支撐，通過仿真分析可以發現施工過程中的技術難點、施工難點，及時排除安全隱患，提升過程計劃、資金支付、安全隱患排查多方面的控制能力。（3）BIM技術在公路交通行業專業化建模、貼合施工實際開展應用方面還處于起步階段，仍然有很多亟待解決的問題，需要結合項目實踐開展針對性應用，真正服務于施工和項目管理。（4）BIM 技術的深入應用需要施工現場的信息化支撐、建設方的集成管控、設計方的信息支持等多方的協作，才能使項目開展的更為順暢有效。