BIM技術(shù)在大型跨海通道工程中的創(chuàng)新應(yīng)用

文 | 中路高科交通檢測檢驗認(rèn)證有限公司

/ 六個應(yīng)用重難點/

大型跨海工程建設(shè)規(guī)模大、工程類型多、技術(shù)難度高、施工組織復(fù)雜，為項目的建設(shè)管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，而BIM技術(shù)的普及和數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展趨勢為解決管理難點指明了新的方向。

重難點一：橋梁工程領(lǐng)域BIM生產(chǎn)能力與期望值嚴(yán)重不匹配

在設(shè)計階段，大量橋梁工程BIM項目選擇了先設(shè)計、后翻模的方式，整體建模僅能達(dá)到初步設(shè)計程度，如果想達(dá)到施工深度程度，只能挑選個別節(jié)點應(yīng)用，需要探索出一條橋梁正向設(shè)計的技術(shù)路線，提升設(shè)計品質(zhì)和設(shè)計效率。

重難點二：各參建方的BIM模型與成果難以兼容

在橋梁全壽命周期建設(shè)過程中，“設(shè)計-施工-運(yùn)維”階段重復(fù)建模，導(dǎo)致工作效率低下且難以實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有效傳遞，需要探索一套大型跨海橋梁BIM技術(shù)應(yīng)用體系，充分發(fā)揮BIM的信息集成與傳遞作用。

重難點三：GIS平臺與基于CAD圖形引擎開發(fā)的BIM軟件兼容性差

當(dāng)前項目管理所使用的BIM平臺普遍基于GIS平臺開發(fā)，但是GIS平臺與基于CAD圖形引擎開發(fā)的BIM軟件兼容性差，導(dǎo)致BIM模型在通過格式轉(zhuǎn)換進(jìn)入GIS平臺時效率很低；此外，GIS平臺對三維模型的顯示效率低，不能矢量化展示BIM模型的幾何細(xì)節(jié)尤其是內(nèi)部構(gòu)造，同時對CPU/GPU的性能要求高，只能在高性能圖形工作站上運(yùn)行，制約了BIM的普及應(yīng)用，亟需研發(fā)高性能“BIM+GIS”平臺，讓普通電腦和手機(jī)都能流暢運(yùn)行，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的管理價值。

重難點四：管理效率難以提升

大型跨海橋梁工程參建單位眾多，而進(jìn)度、質(zhì)檢、計量與檔案的工作銜接完全依賴BIM技術(shù)在大型跨海通道工程中的創(chuàng)新應(yīng)用的點對點溝通，效率低下且錯誤難以避免，導(dǎo)致管理效率難以提升。由于各項業(yè)務(wù)未形成易于維護(hù)的協(xié)同編碼體系，業(yè)務(wù)協(xié)同也難以通過信息化手段實現(xiàn)，需要建立統(tǒng)一的BIM協(xié)同管理編碼體系，打通業(yè)務(wù)斷鏈，提升工程管理自動化水平。

重難點五：傳統(tǒng)檔案管理模式難以滿足項目管理需求

大型跨海橋梁工程建設(shè)規(guī)模宏大、建設(shè)周期長、參建單位多、標(biāo)段所在地分散，基于這些特點，傳統(tǒng)檔案管理模式在規(guī)范性、同步性等方面難以滿足項目管理需求。現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)電子簽名體系普遍采用物理密鑰，難以適應(yīng)移動化的辦公需求。此外，由于管理思路相對傳統(tǒng)，電子檔案在建設(shè)管理中沒有得到充分利用，需要基于BIM技術(shù)全面推廣移動電子簽名與電子檔案利用體系，推動行業(yè)向“無紙化、移動化、便捷化”發(fā)展。

重難點六：項目進(jìn)度和安全管理面臨較大挑戰(zhàn)

大型跨海工程施工工藝復(fù)雜、施工監(jiān)控要求高、海上安全問題突出，給項目的進(jìn)度和安全管理帶來較大挑戰(zhàn)，需要利用智能化技術(shù)及智能化設(shè)備對人員、機(jī)械、材料、環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)自動化采集、傳輸和智能化監(jiān)控，實時掌握現(xiàn)場動態(tài)，進(jìn)一步通過BIM技術(shù)提高物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的可視化水平，輔助項目決策和遠(yuǎn)程調(diào)度管理。

/ 五項主要工作/

結(jié)合施工項目——黃茅海跨海通道工程的重難點及BIM技術(shù)應(yīng)用需求，“BIM技術(shù)在黃茅海跨海通道工程中的創(chuàng)新應(yīng)用”項目組以“數(shù)字化”和“信息化”為手段踐行現(xiàn)代工程管理理念，制定了數(shù)字化五大主要工作內(nèi)容。

BIM標(biāo)準(zhǔn)與咨詢

數(shù)字化的應(yīng)用點眾多，為保證項目數(shù)字化工作的統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性和兼容性，項目組開展了標(biāo)準(zhǔn)體系的制定工作。項目組通過編制總體規(guī)劃和實施方案，確立了數(shù)字化的應(yīng)用目標(biāo)、工作要求和應(yīng)用策略；通過制定項目級數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，明確了建模交付、分類編碼、數(shù)據(jù)接口和技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)；通過制定各參建方數(shù)字化工作實施方案，指導(dǎo)BIM技術(shù)應(yīng)用和數(shù)字化工作開展。此外，為了保證數(shù)字化應(yīng)用實施的落地性，項目組還開展了全過程咨詢工作，有力保障了數(shù)字化工作有序開展。

BIM 技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

BIM模型應(yīng)用

項目組建立的橋梁BIM正向設(shè)計體系，進(jìn)一步統(tǒng)一了BIM建模平臺與建模標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)計BIM模型的信息充分傳遞到施工期，避免施工模型大量重新翻模，解決了施工期BIM技術(shù)應(yīng)用成本高、效率低、信息丟失嚴(yán)重等問題，真正發(fā)揮設(shè)計期BIM技術(shù)成果的價值。在施工階段通過建立BIM模型與工程編碼的映射關(guān)系，實現(xiàn)工程進(jìn)度、質(zhì)量檢驗等關(guān)鍵資料及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，并可多維度地篩選、分析和展示BIM模型的結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，真正改變點對點的傳統(tǒng)交流方式，切實發(fā)揮BIM協(xié)同管理價值。

BIM協(xié)同管理

項目組打造了統(tǒng)一的BIM協(xié)同管理平臺，各系統(tǒng)實名認(rèn)證、統(tǒng)一賬號、單點登陸，提高了系統(tǒng)的使用便利性。管理平臺集成項目管理模塊，各單位依托系統(tǒng)開展日常工作，實現(xiàn)項目辦公的自動化管理。在統(tǒng)一工程管理編碼的基礎(chǔ)上，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)彼此建立聯(lián)系，形成了“工序報驗-進(jìn)度管控-質(zhì)量監(jiān)督-計量支付-檔案管理”業(yè)務(wù)主線，提升工程管理自動化水平。

BIM數(shù)字建造

項目組利用施工現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)通訊基礎(chǔ)設(shè)施，通過智能傳感的方式監(jiān)測施工現(xiàn)場的基本生產(chǎn)要素，實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，監(jiān)控人員、設(shè)備、物料、環(huán)境的情況，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的可視化管控，及時識別和發(fā)現(xiàn)施工過程中的風(fēng)險。同時，結(jié)合BIM模型，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化展示，達(dá)到了施工質(zhì)量智能化監(jiān)控的目的。

遠(yuǎn)程信息指揮

以項目管理平臺和智慧工地平臺的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，項目組研發(fā)了項目級和標(biāo)段級信息指揮平臺。通過項目的地理位置、BIM、無人機(jī)航拍、視頻監(jiān)控、施工單位上傳的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等多維度信息全面掌控現(xiàn)場動態(tài)，并通過切片、切塊、旋轉(zhuǎn)、鉆取等操作方式，分析多維數(shù)據(jù)，使得參建人員可以從多個角度、多個側(cè)面觀察業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從而更加深入地了解包含在數(shù)據(jù)中的信息，進(jìn)而實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)動態(tài)展示和預(yù)警信息在線發(fā)布，高效實現(xiàn)項目遠(yuǎn)程管控和調(diào)度指揮。

/ 七大技術(shù)創(chuàng)新點/

創(chuàng)新點一：基于BIM的橋梁正向設(shè)計工程體系

建立一套高效、全面的橋梁BIM正向設(shè)計工程體系，提出橋梁參數(shù)化、模塊化、結(jié)構(gòu)化的建模方法論，實現(xiàn)大跨斜拉橋異形塔柱鋼錨梁的BIM參數(shù)化設(shè)計和跨海主橋基礎(chǔ)的正向設(shè)計，極大程度地減少重復(fù)的建模、出圖工作，提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，滿足高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化交付要求。

三維建模方法論及技術(shù)實現(xiàn)建立各個部件參數(shù)化、模塊化、結(jié)構(gòu)化的BIM模型，支持動態(tài)優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，數(shù)據(jù)具備可延伸性，支撐公路工程信息化、數(shù)字化應(yīng)用。

基于BIM 的橋梁正向設(shè)計工程體系

二維圖紙與三維模型“共庫”為解決項目大量裝配式橋梁二維設(shè)計圖紙與三維模型批量生產(chǎn)的問題，使兩者共用一套數(shù)據(jù)庫，通過自動化出圖工具與自動化建模工具分別批量生成圖紙及高精度三維模型，極大地提高了設(shè)計效率。

工程設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化通過橋梁BIM正向設(shè)計解決方案，將項目設(shè)計過程數(shù)據(jù)、設(shè)計圖紙表格非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文檔儲存數(shù)據(jù)）變成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。這種方式保證了工程數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，更為將來智能化設(shè)計奠定了大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

創(chuàng)新點二：基于BIM的全壽命期矢量交付

通過建立項目建模及交付標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)BIM模型在“設(shè)計-施工-運(yùn)維”階段的矢量交付。全橋施工模型完全由設(shè)計矢量模型深化而來，充分繼承設(shè)計信息并大大提升模型工作效率。施工模型及關(guān)聯(lián)建設(shè)數(shù)據(jù)也將矢量化交付到運(yùn)維期，實現(xiàn)基于BIM的工程信息全壽命期溯源。

設(shè)計期向建設(shè)期交付通過統(tǒng)一BIM建模平臺與建模標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)計BIM模型的信息充分傳遞到施工期，施工期可直接根據(jù)管理需求在設(shè)計矢量模型上深化形成施工期模型，避免施工模型大量重新翻模，真正發(fā)揮設(shè)計期BIM技術(shù)成果的價值。在施工階段通過建立BIM模型與工程編碼的映射關(guān)系，實現(xiàn)工程進(jìn)度、質(zhì)量檢驗等關(guān)鍵資料及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，真正改變傳統(tǒng)點對點的交流方式，切實發(fā)揮BIM協(xié)同管理價值。

建設(shè)期向運(yùn)維期交付建立建設(shè)期數(shù)據(jù)向運(yùn)營期的交付標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)和模型的有效傳遞。建設(shè)期數(shù)據(jù)庫應(yīng)設(shè)置權(quán)限并向運(yùn)營期開放，保證建設(shè)期數(shù)據(jù)庫可訪問、調(diào)用。建設(shè)期系統(tǒng)應(yīng)部署在本地機(jī)房或私有云空間，保證建設(shè)期系統(tǒng)可登錄、查閱和操作。根據(jù)運(yùn)營期的管理需求和管理粒度，深化建設(shè)期交付的矢量化模型，最大程度地實現(xiàn)模型在全壽命周期的利用。

創(chuàng)新點三：脫離GIS平臺，實現(xiàn)矢量三維模型和三維GIS數(shù)據(jù)的同步自動瓦片化加載

研發(fā)基于CAD圖形引擎的專業(yè)“BIM+GIS”平臺，攻克超大體量BIM模型加載技術(shù)，支持矢量BIM模型導(dǎo)入和自動LOD加載，豐富模型顯示細(xì)節(jié)的同時降低了計算機(jī)性能需求，最終實現(xiàn)黃茅海全線精細(xì)模型在主流配置電腦和平板上流暢加載，讓BIM技術(shù)能夠充分發(fā)揮管理價值。

3D模型瓦片化與動態(tài)LOD大幅降低對計算機(jī)性能的要求。基于CAD平臺研發(fā)，借助3D模型瓦片化和動態(tài)LOD技術(shù)，實現(xiàn)超大模型的加載，支持大體量模型、多源數(shù)據(jù)加載，支持Revit、Inventor、AutoCAD、Microstation、OpenRoads等主流CAD設(shè)計軟件矢量3D模型的導(dǎo)入，普通主流配置的電腦都可以流暢運(yùn)行。

集成豐富的模型瀏覽工具，提升模型的可用性。支持基于模型層級的模型樹、構(gòu)件樹，提升模型管理的便利性；支持多種剖切操作，可以按照平面、形狀、元素、范圍創(chuàng)建刨切體，并進(jìn)行刨切操作，便于更清楚的了解結(jié)構(gòu)實體；支持多種捕捉模式（關(guān)鍵點、交點、中心等）和選擇模式（點選、框選）；支持精確測量點位、長度、工程量等。

創(chuàng)新點四：基于BIM平臺實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合加載，致力于打造“工程一張圖”

研發(fā)多源數(shù)據(jù)融合可視化技術(shù)，融合展示BIM模型、衛(wèi)片、傾斜攝影等多源數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)設(shè)計、工序、隱患、質(zhì)檢等信息，實現(xiàn)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、現(xiàn)場影像、關(guān)鍵人員和關(guān)鍵設(shè)備的可視化管控，形成BIM工程要素一張圖，打造大型跨海工程項目管理的工具級應(yīng)用。

BIM模型、衛(wèi)片、傾斜攝影融合加載針對瓦片化矢量3D模型、傾斜攝影和衛(wèi)片采用不同的加載機(jī)制，在保證平臺高效運(yùn)行的前提下實現(xiàn)多種地形地貌數(shù)據(jù)的無縫融合，并進(jìn)一步實現(xiàn)媲美游戲引擎的可視化展示和媲美CAD引擎的矢量化展示。

核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合加載通過關(guān)聯(lián)項目的統(tǒng)一編碼體系與核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、定位關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的融合加載，支持通過模型直接查詢設(shè)計、工序、隱患、質(zhì)檢等信息，支持模型與計劃進(jìn)度、質(zhì)量隱患、安全隱患、視頻監(jiān)控的聯(lián)動，實現(xiàn)核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的三維化索引與展示。

基于BIM 平臺的多源數(shù)據(jù)融合加載

創(chuàng)新點五：海上橋梁段核心業(yè)務(wù)實現(xiàn)基于BIM的100%協(xié)同

基于BIM協(xié)同管理編碼體系，研發(fā)“進(jìn)度-質(zhì)檢-計量-檔案”常態(tài)化業(yè)務(wù)協(xié)同管理系統(tǒng)，支持根據(jù)現(xiàn)場工序驗收數(shù)據(jù)，一鍵生成計量清單，自動附帶工序驗收和質(zhì)量檢驗資料，支持質(zhì)檢資料滯后自動扣款，大大提升核心工作流程的自動化水平，顯著提高海上橋梁建設(shè)管理效率。

海上橋梁BIM協(xié)同編碼體系在《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》、廣東省三級清單管理的框架下，制定大型跨海橋梁BIM協(xié)同編碼體系，完善與簡化單位、分部及分項工程編碼與分項工程量清單編碼之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，增強(qiáng)項目管理編碼協(xié)同體系的可維護(hù)性。

核心業(yè)務(wù)協(xié)同管理通過編碼協(xié)同，將現(xiàn)場工序驗收、隱患排查、管理審批、質(zhì)量檢驗、計量支付等相關(guān)業(yè)務(wù)匹配和關(guān)聯(lián)，支持根據(jù)現(xiàn)場工序驗收數(shù)據(jù)，一鍵生成計量清單，自動附帶工序質(zhì)檢資料，實現(xiàn)計量審批紅綠燈管控和質(zhì)檢資料滯后管控等功能。

創(chuàng)新點六：基于BIM的移動電子簽名與電子檔案協(xié)同管理

基于分布式密鑰存儲技術(shù)，項目建立移動電子檔案服務(wù)體系，首次通過手機(jī)實現(xiàn)電子簽名審批，保證電子檔案與業(yè)務(wù)管理同步產(chǎn)生、同步歸檔，最終達(dá)到95%的檔案電子化率；承擔(dān)國家檔案局科技項目“基于BIM技術(shù)的大型跨海工程電子檔案協(xié)同管理研究”，通過BIM模型開創(chuàng)性實現(xiàn)三維化的電子檔案管理，支撐基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

移動電子簽名與電子檔案服務(wù)體系通過建立數(shù)字證書服務(wù)體系、項目管理信息化業(yè)務(wù)體系和電子檔案管理體系，實現(xiàn)基建程序管理審批用表、項目收發(fā)文、合同造價文件和質(zhì)量檢驗文件與業(yè)務(wù)管理同步產(chǎn)生、同步流轉(zhuǎn)、同步歸檔，實現(xiàn)95%的檔案電子化率，推動行業(yè)“無紙化、移動化、便捷化”管理。通過移動CA技術(shù)實現(xiàn)桌面端和移動端全平臺電子簽名，支持隨時隨地辦公審批和工程資料及時簽名，極大提升項目管理的時效性和便捷性。

基于BIM實現(xiàn)電子檔案的三維化利用在傳統(tǒng)檔案系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，項目建立檔案編號與構(gòu)件編碼的映射關(guān)系，將關(guān)鍵檔案文件自動關(guān)聯(lián)到構(gòu)件模型上，支持通過工程編碼或BIM模型直接查看構(gòu)件相關(guān)的電子檔案，提升電子檔案利用效率。

創(chuàng)新點七：基于BIM的大型跨海橋梁數(shù)字孿生建造體系

項目打造基于BIM的數(shù)字建造平臺，利用智能化裝備實現(xiàn)海上人員、環(huán)境、設(shè)備、安全、質(zhì)量的智能狀態(tài)感知，并與BIM模型關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)人員違規(guī)AI識別、海中棧橋測速、塔吊狀態(tài)監(jiān)測、罐車軌跡定位、航道主動預(yù)警、大體積混凝土溫控的可視化展示和主動預(yù)警，輔助項目決策和遠(yuǎn)程調(diào)度管理。

數(shù)字工地與智能建造體系項目布設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備滿足施工信息化使用需求；全線關(guān)鍵施工區(qū)能實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控；通過智能視頻分析監(jiān)督作業(yè)人員安全規(guī)范施工；接入混凝土拌和站、鋼筋加工車間、大型機(jī)械設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境等數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)集成，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督和可視調(diào)配現(xiàn)場；針對懸臂鋼梁吊裝、拼裝等施工工序，研發(fā)鋼梁可視化建造平臺，保證梁體智能、高效、安全施工建造。

基于BIM的遠(yuǎn)程協(xié)同指揮建立標(biāo)段信息化看板系統(tǒng)，抽取、統(tǒng)計和聚合各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過“BIM+GIS”、大數(shù)據(jù)可視化分析等技術(shù)，對大橋建造全過程管理信息化數(shù)據(jù)及智能監(jiān)測控制等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維動態(tài)可視化展示、預(yù)警，并在信息指揮中心聯(lián)動可視對講集中調(diào)度平臺，通過大屏監(jiān)控項目的整體運(yùn)行情況及關(guān)鍵指標(biāo)，輔助項目管理智慧決策和可視化調(diào)度管理。

中路高科交通檢測檢驗認(rèn)證有限公司

項目的完成單位——中路高科交通檢測檢驗認(rèn)證有限公司（以下簡稱“中路檢測”）是中路高科交通科技集團(tuán)有限公司的全資子公司，實際控制人為交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院。中路檢測于2017 年被交通運(yùn)輸部認(rèn)定為“建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心”（認(rèn)定單位和參建單位均排名第一），是交通行業(yè)內(nèi)最具專業(yè)性的信息化研發(fā)國企單位，集產(chǎn)品設(shè)計、功能研發(fā)、性能測試于一體的完整全專業(yè)生產(chǎn)線，包含200 余人的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊，具有高新技術(shù)企業(yè)、CMMI3 級、信息系統(tǒng)集成與服務(wù)資質(zhì)三級認(rèn)證。