黑龙江大桥BIM造

文/龙建路桥股份有限公司 吕筱珩 梁旭源 邢建见 叶阳

面临的挑战

黑龙江省黑河市至俄罗斯布拉戈维申斯克市黑龙江大桥是中俄界河黑龙江上首座现代化公路大桥，也是黑龙江省响应“一带一路”倡议的标志性工程，于2016年11月开工建设，计划2019年10月通车，全长19.9公里，总投资额24亿元。由于是中俄两国共同施工，地理位置特殊，黑龙江大桥项目实施BIM主要面临如下挑战：

首先，设计施工图的交流沟通障碍，尤其是2D模式的图纸对双方互通造成极大的困难，另外，大桥主桥存在很多异型结构，例如下部桥墩的护面块等设施，如果以常规方式进行理解交底，将会浪费很多时间，严重影响施工进度。

图1 BIM技术实施路线

其次，矮塔斜拉桥施工方案监测，主桥的施工方法采用顶推施工形式，合龙关键点是中俄在建工程关键里程碑，如何监控各个施工阶段节点，保证顶推施工能够在预定时间点完成成为一大难题。

最后，节能减排和场地规划，项目地处高寒地区，昼夜温差较大，可施工周期短，跨越黑龙江，对环保要求非常高，如何有效利用施工场地成为一个重点问题。

BIM技术实施路线

黑龙江大桥BIM实施路线（见图1），主要分为三维建模和二次开发两个阶段。在三维建模过程中，全部采用Bentley Civil系列软件进行，基于PowerCivil进行路线绘制，在全线路上将引道、主桥等主要单元进行分块建模，在每个主要单元下，继续细分成各次阶单元，单独建立单元模型，最后在统一平台MicroStation中进行整合拼装；所有阶段的模型均可用于视频动画交底的渲染，另外总装模型等比例缩放后可实践于3D打印技术。

二次开发阶段，是BIM技术应用的精髓所在，它脱离了目前BIM翻模的常规应用，深度挖掘出BIM技术的潜力，以全生命周期为特色进行订制开发，主要利用ProjectWise协同工作平台及MicroStation CE的开放端口来实现，旨在建设施工质量安全管理、施工进度管理、施工成本管理的平台。

应用亮点

无人机+实景建模

项目对场地要求极高，在前期进场时，利用无人机环场地进行照片采集，使用ContextCapture处理照片源数据，建立场地实景模型（见图2），对单体赋予资产属性，为后续资产管理数字化提供数据支持。通过在实景模型的三维空间量测，合理规划场地，确保设备、构筑物安全净空；优化建筑与设备的关系，实现场地利用率95%以上。

多种模式交底

在施工过程中，项目采用多种交底形式，与一线施工人员进行数字化、可视化的沟通与交流，提高了管理效率和质量控制水平。模型数据的流通格式为DGN格式、3DPDF格式和i-model pad格式，其中DGN格式是Bentley平台下统一的流转格式，具有全平台适用和数据无损导入等优点；i-model可附带word、excel、mp4等格式文件，重点体现在施工模拟动画绘制，应对复杂工序的工艺控制，为施工过程分析提供可视化数据。通过Navigator组织模拟中桥的施工进度，分析项目进度合理性，减少时间维度上的冲突，改进施工进度安排。

图2 场地实景模型

图3 道路精细化分层

图4 可视化大桥总装

图5 顶推施工工艺模块

同时，通过3D打印技术，将单一次级单元等比例缩放成小模型打印出来，组装成整体模型，也可以单一进行拼接试验，比如有两种桥身护面块结构，俄方只给了二维平面示意图，未提供组装图纸，公司技术人员完成建模后，将其打印出来，高效完成了拼接组装工作，大大节约了时间成本。

参数化建模

建模是一个离散化的过程，其根本是整体路线，基于PowerCivil将地面三角网恢复在软件中，建立主路线，它是一条具有三维属性的线，也就是将平纵曲线的信息都集中在其中。OpenBridge Modeler帮助工程人员进行桥梁的参数化建模，提高模板拼装，坐标放样精度，确保测量精度达5毫米以内，分部分项工程验收合格率满足行业质量标准要求。借助ProStructure创建了LOD300级别主梁施工模型，主塔施工模型，并提取工程数量及施工大样图，指导钢结构下料、加工及拼装。对于引道模型，基于Ecschema框架，添加自定义属性，提取工程量，为后续项目管理尤其是产值及成本管理提供准确数据。通过分层建模，将路基精细化分层，实现路基进度管理精细化，在廊道模板中，已经确定分层的逻辑关系，分层后每层都具有独立的材料和几何属性，（见图3）。最后，在三维可视化环境进行桥梁预拼装及设计校审，充分体现了DGN文件无损导入的优势，（见图4）。

临时结构安全性验算

为降低河道施工对黑龙江流域的污染，项目原始施工便道方案变更为施工便桥，将临时结构的三维模型导入RM Bridge进行有限元分析，对结构整体进行强度、刚度和稳定性验算，并进行优化设计，缩小水上平台的布置范围达到20%。

特殊工艺施工模拟

黑龙江大桥采用顶推施工，基于MicroStation Connect Edition，开发了顶推施工工艺模块，（见图5），研究实现顶推监测数据与模型驱动同步，提升技术、进度、质量管理水平。对于水上钻孔技术，采用动画模拟形式进行交底，同时，全桥生成VR模型，可进行任意角度漫游和穿透，优化作业方案。

技术应用的延伸

基于BIM技术，技术人员开发了Civil Station Construction 5D（简称CSC管理系统）。该系统主要由C/S端（本地客户端）和B/S端（Web端）两部分构成，前者主要负责模型展示、漫游、进度模拟及进度查询、质量查询、成本查询、工艺模拟等；后者具备进度、质量、安全、投资管理数据录入、审批报验、支付及数据库管理功能。该系统实现了建设方、业主方、施工方、监理方和物资供应方的有效对接和沟通。设计文件得以共享和及时更新；在物资采购方面，引用BIM技术对工程构件进行精准计算，有效解决了物资供应方不能准确判断工程所需材料用量的问题；在验收方面，施工方通过自检后，将检测数据上传管理系统，监理方进行审批，施工方能够实时接收验收结果，迅速组织后序工作；业主方通过管理云平台实时掌控工程的设计、进度、成本、安全、质量等信息，从而改进施工方和业主方之间的协作。