山區超寬特大型拱橋建設期BIM協同管理平臺研究及應用分析

鄭鵬鵬、閆振海

（1.貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2.中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司，北京 100088）

0 引言

2023 年2 月，中共中央、國務院印發《數字中國建設整體布局規劃》，進一步明確各行各業的數字建設發展方向。交通基建領域嘗試通過新型的BIM、人工智能、云計算等技術推動行業轉型升級，提高基建項目建設的質量和效率，高質量完成數字交通建設。

山區橋梁建設需考慮山區地形、地質及水文的特點，整體向著“更大、更長、更柔”的方向發展，建設過程面臨很多的技術和管理問題，亟須技術、方法革新。對此，閆振海[1]等對上承式鋼管混凝土拱橋BIM 模型技術和管理技術進行了研究，趙偉[2]等對平塘特大型橋斜拉橋進行BIM 管理技術的研究。很多學者在橋梁BIM 技術研究方面開展了多方面的工作。但是，在山區超寬特大型拱橋建設期BIM 協同管理平臺的研究不夠深入，更多局限于單點應用。

依托貴州仁遵高速大發渠超寬特大型橋項目，以項目生產需求為導向，利用大數據、物聯網、云計算、多終端等技術，開展山區超寬特大型拱橋建設期BIM協同管理平臺研究，以達到“提質增效、降本溯源”的目標。

1 總體技術路線

1.1 總體框架

BIM 協同管理平臺是以BIM 模型為載體，利用BIM 技術“完備性、關聯性、一致性、聯動性”[3]的特點，結合物聯網、大數據、云計算及多終端等技術，實現山區超寬特大型拱橋的可視化協同管理，縮短工期，減少溝通成本，提高工程質量。

具體而言，結合大發渠超寬特大型橋項目的特點，研發可視化的BIM 協同管理平臺，實現基于BIM模型的施工全過程信息管理[4]。BIM 協同管理平臺通過“崗位級”應用，實現傳統二維化工作模式的信息化和可視化；在信息化和可視化的基礎上，實現“項目級”的自動化，最大限度地解放現場的勞動力；最終，實現整個集團項目的智能化施工。

BIM 協同管理平臺采用GIS+BIM 的模式，系統管理整體架構為“數據同源，多終端協同”的工作模式，即一個數據中心，包含PC 端、移動端和網頁端在內的多終端。

1.2 邏輯架構

在總體架構下，開展系統邏輯架構研究，遵循“標準先行、保障安全”的原則，BIM 協同管理平臺主要從數據感知層、基礎設施層、數據層、應用服務支撐層及應用層進行系統架構搭建，最終實現施工過程進度、質量、安全、物料、成本、3D 可視化等業務的可視化管控。

2 BIM 協同管理平臺關鍵技術研究

2.1 模型輕量化技術

要實現模型和三維實景的高效集成，無論對于硬件設備還是軟件都是一個極大的考驗。在BIM 協同管理平臺研發過程中，關鍵技術之一是BIM 模型的輕量化，輕量化的目的在于使十幾GB 甚至幾百GB 的模型按照一定的規則輕量化，保證BIM 模型和三維實景模型的可操作性。具體模型輕量化技術研究路線如圖1 所示。

圖1 模型輕量化技術路線

從上述技術路線可以看出，模型輕量化主要是通過自主研發轉換程序，實現三維實景和模型信息分離，然后分別從三角網mesh 面和模型信息兩方面著手進行輕量化。其中，三角網mesh 面輕量化的原則在于保證原有結構物形狀精度的情況下，對三角網mesh 面進行刪減優化，減小模型體量；模型信息的輕量化主要是依據現場實際需要，將多余冗贅的信息刪除優化，減少信息體量。

2.2 多平臺融合技術

BIM 協同管理平臺是開放式、集成式平臺，山區超寬特大型橋梁涉及物料系統、預制梁廠管理系統及成本管理系統。多平臺融合技術主要從編碼處理、建立中心數據庫和業務層三個方面進行研究。編碼處理可采取各系統統一編碼的思路，由于不同的系統涉及的專業業務邏輯不同，所有系統編碼統一的難度較大；大發渠超寬特大型橋編碼采用另外一種處理方式，即采用編碼映射的方式實現不同系統之間數據互通。

但是，若有多個系統分別兩兩編碼進行映射，工作量較大，而且容易出現錯誤。故大發渠超寬特大型橋建立中心數據庫，編制中心編碼并提供標準化接口，各系統以中心數據庫為中心進行集成，效率得到提升。數據層打通之后，各系統之間的業務數據需要進行集成整合，業務層需合并重復業務模塊。

BIM 協同管理平臺利用自身的優勢，進行多平臺集成。多平臺融合技術路線如圖2 所示。

圖2 多平臺融合技術路線

3 案例分析

3.1 工程概況

大發渠超寬特大型橋全長1448.5m，主橋為410m的上承式鋼管混凝土拱橋，橋梁寬38.25m，位居同類型橋梁前列，是仁遵高速RZTJ-5 合同段關鍵性工程。采用標準跨徑的40mT 梁，結構如圖3 所示。

圖3 項目概況

3.2 BIM 協同管理平臺

3.2.1 BIM 模型的建立

（1）模型建立

大發渠超寬特大型橋根據自身鋼結構的特點，選用最適合鋼結構的BIM 軟件Tekla Structures。在大發渠超寬特大型橋BIM 技術路線的頂層設計下，根據最新的施工圖紙，結合現場的施工組織設計，建立不同精度的BIM 模型。項目BIM 模型精度根據需求進行分類（見表1）。

表1 BIM 模型精度

同時，BIM 模型建立完成之后，需賦予每個構件獨立唯一的ID，實現每個模型構件“一物一碼”。與該構件有關的信息均通過該ID 進行信息集成與交互，該ID 在大發渠超寬特大型橋指WBS 編碼。

（2）WBS 編碼研究

BIM 協同管理平臺進度、質量、安全等業務數據的采集分析，以及與外界信息化系統交互的核心為WBS 編碼，故WBS 編碼應作為基礎性工作首先開展。大發渠超寬特大型橋WBS 編碼研究原則為：依據《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2017）以及現場的施工組織設計進行編制。

3.2.2 BIM 協同管理平臺研發

結合大發渠超寬特大型橋的特點，開發BIM 協同管理平臺，主要包含崗位級的信息化、可視化的功能和項目級決策的自動化功能模塊，如圖4 所示。

圖4 BIM 協同管理模塊功能

上述功能模塊堅持“多終端數據同源”的思想，故大發渠超寬特大型橋BIM 協同管理平臺采用多終端協同的模式。其中APP 端主要利用移動端便攜的特點，將物聯網等技術用于數據信息采集和便捷查詢，PC 端主要以BIM 模型為載體，以模型構件為基礎單位進行信息高度集成，實現進度、質量、安全等多業務信息集成，Web 端主要通過網頁端實現基本信息和數據管理。

4 結論

通過對山區超寬特大型拱橋建設期BIM 協同管理平臺的總體架構、邏輯架構、輕量化技術及多平臺融合關鍵技術研究，并進行工程實例的驗證，得出如下結論：

其一，BIM 協同管理平臺研發應堅持標準先行，保障安全的原則，加強頂層規劃設計；

其二，模型輕量化及多平臺融合技術是制約BIM協同管理平臺研發的關鍵因素，關鍵技術的解決可以提高BIM 協同管理平臺的可操作性及使用性能；

其三，BIM 協同管理平臺的使用，可極大提高施工現場的管理溝通效率，達到提質增效、降本溯源的目的，助力橋梁產業轉型升級。