戴耀腾1 郑红杰2
1.中铁建港航局集团勘察设计院有限公司 广东 广州511442
2.中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司 重庆市 400025
摘要：当前BIM技术在建筑行业的运用最为广泛，在悬索桥领域的运用也正在逐步展开。本文依拖重庆长寿长江二桥项目，对基于BIM技术的模型碰撞检测和施工管理应用进行研究，利用Rrevit、Navisworks等软件检验设计和施工过程中可能产生的碰撞问题，通过施工管理平台对施工过程中的工艺、进度、质量、安全等管理，提高管理能力及施工过程中的安全性。本研究可为同类型桥梁应用BIM进行施工方案优化和提高施工效率提供参考。
关键词：super large suspension bridge；BIM；碰撞检测；模拟
中图分类号：U 655 文献标志码：A
Application of BIM Technology in super large suspension bridge
Dai Yaoteng1 Zheng Hongjie2
CRCC Harbour & Channel Engineering Bureau Group Survey & Design Institute Co., Ltd., Guangzhou, 511442, China
NO.4?ENGINEERING?BRANCH?COMPANY?OF?CRCC?HARBOUR?&?CHANNEL?ENGINEERING?BUREAU?GROUP?CO.,LTD
Abstract: At present, BIM Technology is widely used in the construction industry, and the application in the field of suspension bridge is also gradually launched. In this paper, according to a domestic super large suspension bridge project, the application of model collision detection and construction management based on BIM Technology is studied. The possible collision problems in the design and construction process are checked by using software such as Revit and NavisWorks. The process, progress, quality and safety management in the construction process are managed through the construction management platform to improve the management ability and safety in the construction process Integrity. This study can provide a reference for the application of BIM to optimize the construction scheme and improve the construction efficiency of the same type of bridge.
Keywords: super large suspension bridge; BIM; collision detection; simulation
0 引言
当前BIM技术已经成为国际工程进行工程管理的潮流，在欧美及一些发达国家已能较成熟的利用BIM技术进行各项工程管理。国内为进一步加快推进BIM技术应用发展，在政策和市场的作用下，通过各种方式不断推进BIM技术在各类工程领域的应用，尤其是在建筑行业发展尤为迅速，为加快BIM技术在桥梁工程建设中的发展，近年来BIM技术在桥梁领域的应用也在逐渐增多：沪通大桥、土坎乌江大桥、中心滩黄河大桥等都已或正在运用BIM技术服务于项目。这些项目都在不同程度上的利用BIM技术解决不少工程中的碰撞、管理、安全、质量等问题，体现了BIM技术在工程应用中的价值。
重庆长寿长江二桥是长寿城市路网系统城市南北向交通主干道中跨越长江的重要节点工程，本研究介绍BIM技术在特大型悬索桥施工过程中的应用，为后续相似项目进行BIM技术应用研究提供借鉴。
1 工程概况
重庆长寿长江二桥设计路线全长3.833km，包括跨江大桥一座。主桥长739m，北引桥长206m，南引桥长456m，大桥全长1401m。主桥采用主跨739m的单跨简支钢箱梁悬索桥，引桥分南北两部分，均采用50m跨径预应力混凝土连续箱梁。桥梁设计全长1401m，主桥北、南桥塔全高分别为146.5m与140.0m。
利用三维模型各种属性信息提前发现各阶段的图纸及各专业碰撞问题，通过模拟建造与方案优化减少返工、误工，项目协同管理、安全、资料、变更等的管理，是本项目研究的主要重点。
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图1 桥型布置图（单位：m）
2 BIM技术应用
2.1 软件配置
本工程在项目准备阶段，便根据工程主要特点结合软件特性，制作统一的软件使用标准，采用以Autodesk公司软件为主，其他软件为辅的配置，方便模型调用，并将模型轻量化后导入施工管理平台进行各项施工过程的管理，施工管理平台可根据用户需求对指定功能进行二次开发。
表1 主要软件配置表
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2.2 建模规范及要求
碰撞检测、4D模拟、可视化交底、工程量统计、构件属性、协同管理等的应用，都是建立在模型准确的基础上的，模型越是准确高质量，后期所使用的各项应用便越是精确。以国家标准GBT51235-2017《建筑信息模型施工应用标准制》为主，配合以其他标准规范，制定人员组织架构和相应职责，BIM应用流程，各软件模型的创建、使用和管理要求，模型质量控制和信息安全要求，进度计划和应用成果要求，软硬件基础条件等，以建立高质量的模型及成果文件。
2.3 参数化建模
本工程在设计阶段未形成BIM应用文件，因此在施工阶段需根据二维图纸建立信息模型，主要根据桥梁混凝土、钢筋、钢结构、道路、地形、土石方等分类分别采用对应软件进行建模，以完成BIM技术后续应用。主要用 Revit软件对桥梁的混凝土结构、钢箱梁、悬索、水、电等专业进行建模，形成总体的模型，用于整体动画、漫游、施工模拟、工程量统计；用Tekla Structures软件进行桥塔、锚碇、基础等施工节段的钢筋建模、钢筋量统计；通过Civil3D地形模型的建立，计算预挖、填土方量以及所需弃土方量，并通过DWG格式文件实现与Revit的转化，为工程设计、施工提供依据。
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图2 Revit桥塔模型、Civil3D 地形模型 图3 Tekla锚碇钢筋模型、清单量表
2.4 碰撞分析
通过对二维图纸进行三维建模，将图纸所示各构件尺寸以三维模型展示出来，便是在建模过程中对图纸设计内容进行一次校对，可及时发现图纸错、漏之处。待三维模型建立完毕，利用Revit、Navisworks软件进行碰撞检查，可提前将设计图纸中水、电、结构构件碰撞的地方检测出来，减少各构件相互之间碰撞干扰，并将问题汇总提交设计进行修改。
桥塔、锚碇构件所涉及到的钢筋、预应力钢筋、支撑骨架等较多且构造复杂，钢筋之间密集交叉甚多，极易形成碰撞，在施工过程中的定位颇有难度，利用所建三维进行模拟碰撞检查，可查找出钢筋与钢筋之间的碰撞、预应力管与钢筋之间的碰撞，提前对碰撞部位进行优化或是进行设计变更，减少施工过程中的返工。
运用二维图纸创建模型及碰撞检查，共提前发现图纸及碰撞问题100余处。
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图4 桥塔与悬索碰撞检测示意 图5 主桥钢箱梁吊环碰撞检测示意
2.5 施工方案模拟
2.5.1 桥塔、锚碇、猫道、钢箱梁吊装施工方案模拟
建立主桥塔、锚碇、猫道、钢箱梁吊装的施工措施模型，根据施工计划、施工方案和选用的工法动态生成总体模型，达到整个施工工序的虚拟化、可视化，使人清晰直观的了解施工步骤和所采用的工艺，提高施工人员对施工工序的整体认知。并可预判施工过程中可能出现的问题，及时制定相关措施，保证桥塔、锚碇、猫道、钢箱梁吊装安全施工，为指导现场施工提供直观的进度控制管理依据。
利用工艺动画模拟进行技术交底，相较于传统的文字技术交底、技术沟通时间缩短近20%。
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图6 南桥塔承台施工模拟
图7 钢箱梁吊装施工模拟 图8 锚碇基坑施工模拟
2.5.2 进度模拟
将施工进度计划与BIM模型相连接，形成4D施工模拟，通过可视化的4D模拟，施工方、监理方、业主方都可对工程项目进度计划实时了解，随时随地快速知道计划、实际施工进展如何，从而及时进行调整纠偏。
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图9 施工实际与计划对比
2.6 模型轻量化处理
采用三角面片Mesh技术、层次细节模型LOD（Level of Detail）技术以及映射技术等，不影响图形信息前提下实行模型轻量化处理，将BIM模型在WEB浏览器、移动端进行展示和应用，并可通过RoviBIM 建筑信息平台V2.0通过局部的轴测图反映复杂节点，实时地从各个角度动态、全面观察模型，甚至使用平板电脑漫游BIM模型，并可通过点取任一构件查询构件信息。
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图10 模型轻量化及构件信息 图11 GIS三维地形示意图 图12 土方测量
2.7 GIS+BIM的综合应用
通过对项目进行无人机航拍，生成图片文件及地理信息3D GIS模型数据，桥梁模型与周围地形地貌合二为一，形象地展示桥梁、临建等建筑物与周边环境的关系，可视化地进行环评，同时进一步地反映工程质量、安全隐患、施工人员等与桥梁模型、地理位置的关系，确保工程与周边环境的衔接合理，保证漫游、动画、看板定位的真实性；定期无人机航拍，生成实际场地三维地表模型，核算实际土石方量，与土方工程进度计划实时比对。
2.8 施工管理平台
RoviBIM 建筑信息平台V2.0的主要功能是实现该项目模型的轻量化浏览、施工质量管控、人员管理、施工安全管控、施工合同管控、查询构件属性信息、进度计划管控、安全巡检等管理功能，为项目的协同应用提供信息化管理平台。
2.8.1 施工质量管控
通过BIM模型与施工现场的比对，可以考察现场与设计之间的差距，从而提早反应，对可能发生的情况做及时的调整。同时，BIM模型可同步记录施工过程中的阶段性信息，通过移动终端（手机/iPad）等工具进行数据采集、更新和查询，实现对工程检查、样板点评、实测实量、问题记录、整改反馈、检验批验等工作的实时反馈及责任追溯，从而切实提高工程管理效率和质量。
图13 移动端质量问题发布
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图14 云端质量问题整改报告 图15 PC端质量问题采集模块
2.8.2 人员管理
通过手机GPS对人员定位，施工管理平台接收返回的人员地理位置信息，在平台上实时展示人员列表、位置、活动路线、通讯等信息，辅助管理施工场地人员出勤、巡检及活动情况。
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图16 人员定位 图17 安全问题定位
2.8.3 安全管理
通过数据共享和传递，实现现场施工安全问题的实时跟踪管理。现场安全巡检人员在现场安全巡查过程中发现安全问题时，通过平“安全问题”功能将现场安全情况实时拍照上传，并将地理位置、存在问题、整改措施、完成时限等相关信息录入，在管理平台上实时展示“安全问题”位置、任务、问题等信息，然后通过平台发布点给相关责任人进行整改，施工人员将“安全问题”整改并上传整改结果照片，审核通过后安全问题红点消失（问题/任务封闭模式）。
2.8.4 合同管理
通过Dynamo二次开发，在Revit中自动化定义构件属性，添加代码编号，链接至管理平台，对构件属性进行读取、分类，按照合同内容对工程进行树状管理。采用工作树模式实时提取所需部位工程量，帮助明确分包内容和工程量，防止漏项，结合WBS模块对分包队伍的实时进度精确控制，确保各个分包队伍达到项目管理、进度、质量和安全的要求。
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图18 Dynamo二次开发 图19 南桥塔施工工艺二维码
2.8.5 二维码（活码）应用
将关键节点部位、桥梁预制构件的工程量、尺寸、制作时间、安装位置等信息集成在管理平台，并将此信息通过软件生成二维码打印张贴在构件醒目位置，施工、监管人员通过手机扫描二维码直接登录施工管理平台随时随地查看此构件相关信息并执行相关任务。
在制作了施工工艺模拟动画的施工重难点部位的醒目位置张贴二维码，施工人员通过扫描二维码用手机直接观看模拟动画，形成施工部位整个施工工序的整体认识。
3 结论
现下国内桥梁BIM技术应用仍处于起步发展阶段，重庆长寿长江二桥的BIM技术应用，发现解决了一些问题，但技术应用仍有改进的空间：
1）利用三维模型技术可视化、碰撞检测功能，能较直观地发现部分构件之间碰撞、错、漏的问题。
2）利用施工管理平台，将任务发布、变更、安全、质量、构件信息、模拟等集成在一个平台进行数据共享、传递，方便各方调用。
3）BIM技术主要集中在可直接观察效益的几项功能上，前期模型创建时间投入较少，后期修改较多，应创建更加科学规范的标准并投入足够的时间创建高质量模型。
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