BIM+互联网技术在鳊鱼洲长江大桥施工中的应用

张翔，连飞，王同民，马攀

（1.中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉 430050；2.中铁大桥局集团有限公司，湖北武汉 430050）

国际上新兴的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术已成为建设领域信息技术的研究和应用热点，BIM的应用价值已得到我国政府的高度关注和行业的普遍认可［1-2］。BIM以可视化的三维模型为载体，替代传统的二维CAD图纸，携带丰富的工程信息且信息可动态更新，用于设计、建造、管理（DBO）的数字化方法，在项目建造过程中能显著提高效率、大量减少风险，降低成本消耗［3］。

自BIM产生以来，与其相关的研究及应用不断加强［4-5］，各地政策、规范、标准也随之出台［6-7］，但在高铁项目施工中较少通过智能控制与信息化技术，完全打通模型与其他信息之间的流转，实现工地智慧化。

1 项目概况

鳊鱼洲长江大桥是新建安九铁路关键控制性工程，大桥北出黄梅县，南入九江市，距离下游已建成通车的九江长江二桥约5.3 km。鳊鱼洲长江大桥主航道桥为双塔双索面混合梁斜拉桥，桥面按四线设计（两线为客运专线，两线为预留货运线），全长1 320 m（见图1）。桥梁主跨672 m，为目前我国跨度最大的铁路钢箱混合梁斜拉桥；跨中72 m范围内斜拉索交叉布置，为我国首次在350 km/h客运专线上采用。大桥具有工法多、结构形式新、结构跨度大、建设标准高等特点。

图1 鳊鱼洲长江大桥鸟瞰效果图

2 软硬件和网络环境

项目主要采用Bentley MicroStationCE、V8i以及PowerCivil建立主体混凝土结构模型，采用Tekla 2016建立钢箱梁、栈桥等钢结构模型［8］，最后由KSJ CSC软件完成模型管理端的建立和模型导入，模型数据导入格式为dgn格式。

硬件方面，建立BIM信息化中心，配备多台专业建模计算机，主要用于模型建立、修改以及模型端维护。

BIM模型数据及管理过程数据全部存储于阿里云云端，安全等级保护为二级。BIM模型端需同步模型数据和管理信息，网络要求相对较高，配置100M带宽。协同管理端仅需上传和读取管理数据，配置20M带宽。

3 应用过程

3.1 实施路线

研发出1套BIM管理平台，从“BIM+互联网”技术的角度思考研究解决方法，提升工程在设计、技术、质量、安全、进度、物料、现场监控等方面的管理效率，将传统的项目管理模式转变为以模型为载体、“BIM+互联网”技术为手段的施工管理模式，实现数据集成、信息共享以及施工管理可视化（见图2）。

图2 实施路线

3.2 模型创建

桥梁BIM总模型包括：地理信息模型、桥梁结构模型、临时结构模型。面向不同应用深度和需求采用相应标准开展建模工作。

3.2.1 地理信息模型

通过无人机倾斜摄影技术，采集丰富的地物侧面纹理及位置信息。采用Bentley Context Capture软件进行影像处理，建立三维GIS模型。此模型主要用途为掌握主体结构与原始地貌、构筑物的相对关系（见图3），优化临时设施布置和施工方案，平面及高程精度为Ⅰ级。

图3 地理信息模型

3.2.2 桥梁结构模型

项目采用Bentley、Tekla等软件完成桥梁结构模型建立，等级为LOD200。首先通过Bentley ORD软件建立轴网线路模型，再采用Bentley CSD参数化建模方式，建立各个桥跨通过平纵曲线将其组合，形成桥梁结构模型。在确保模型完整性、美观性的同时，保证模型轴网及标高的准确性，将主体模型按照分部分项工程划分并进行EBS编码［9］赋予结构属性，真正打通了模型和其他信息的关联和流转。

3.2.3 临时结构模型

施工栈桥、平台等大型临时结构的模型建立，主要通过Tekla2016完成。建模等级为LOD200，主要用于施工方案的辅助优化。将地理信息模型、桥梁结构模型、临时结构模型通过基准点进行匹配组合，形成完整的总装模型导入BIM模型端进行管理，确保BIM应用的层次性、协调性。

3.3 搭建BIM管理平台

采用“BIM+互联网”技术，建立由“BIM模型端”“Web业务端”和“APP移动端”3个端口组成的BIM管理平台，结合已有管理体系，依据建设、设计、监理和施工各方不同角色设置不同工作场景。3个端口各有侧重，但数据和信息实时关联、互联互通（见图4），充分实现管理协同和信息共享。

图4 平台组成及特点

（1）BIM模型端。以可视化模型为载体融合了建设管理过程数据，可对项目各项控制指标进行宏观掌握，也能进行快速的细节了解。

（2）Web业务端。按照业务管理流程，将设计、技术、质量、安全、进度、物料、现场监控等内容进行协同操作处理。

（3）APP移动端。利用手机的便携性，通过移动端APP实现对现场数据的快速采集、录入以及信息的便捷查阅和处理。

4 应用内容

4.1 价值点应用

（1）设计管理。将二维图纸、设计变更等信息与三维模型进行关联，具备可视化设计交底；通过个人PC、手机和平板电脑，可方便快速地查阅图纸、变更信息和相关影像资料，辅助现场施工。

（2）技术管理。主要包括：开工报告、施工组织设计、专项施工方案、作业指导书、技术交底等技术资料。实现线上查阅、审批，在模型端可以根据部位查看技术资料。

（3）质量管理。依据施工经验和行业、企业标准，将施工工序流程化、标准化，内置于平台中，建立以工序过程为核心的过程控制体系。工序卡控与检验批相互关联，检验批合格后才允许进入下道工序施工，同时记录作业工序的时间、责任人、现场影像资料，完整留存施工过程信息。实现基于工序的进度自动关联，工序开始BIM模型上显示“结构物正在施工”，工序结束结构物显示“施工完成”。

BIM平台内置标准的数字化检验批，通过表单化的输入、常规信息自动填入、手机APP现场审批等方式，提高检验批填报、质量验收效率。

（4）安全管理。安全检查可通过手机APP发起，发起后模型中会提示具体的工程部位以及存在的安全质量问题，并推送至相关责任人进行整改，同时完整记录问题出现和整改的过程以及时间、部位、内容、参与人，实现过程可追溯，并对发生的问题进行分析，指导管理侧重点。

（5）计划进度管理。通过线上工序卡控及检验批的填写情况，实时自动反映出每个分部分项工程的施工状态，通过与在Web业务端上传的施工计划自动进行对比，更加直观地反映出每个分部分项工程提前、正常、滞后等施工状态。可对滞后工点的具体情况进行分析讨论，找出滞后原因，指导后续施工。

（6）物资管理。基于实际物资管理模式，按照从材料进场到用于施工部位等7个步骤，以二维码为载体进行信息化流转，记录与保存物资流转过程中的信息，最终与模型结合，帮助管理者全面掌握物资使用情况。通过信息化手段，为物资管理提供支撑，最终实现材料与结构物的相互追溯。

（7）现场监控。支持随时抽查全部视频监控资源，实现管理的高度集中化，做到管控一体集中处理。平台支持分布式部署，当系统容量较大时，能够有效降低局部服务器性能和网络带宽压力，提升系统的稳定性。

4.2 应用创新点

4.2.1 河床实时冲刷监测管理

长江九江段水流急、冲刷严重。为此建立河床冲刷监控模型，将栈桥、平台模型与原始河床匹配后嵌入BIM平台中，由设置好的自动监测装置定期将数据上传至系统，自动生成实际河床线，并直观地展示初始河床与当前河床、当前河床与钢管桩基础的标高关系，自动计算出冲刷值（见图5）。通过设定冲刷预警值，在超限时系统将自动发出警示，启动应急响应预案，并推送至相关责任人，提示采取相应措施，确保设施安全。

对获得国家驰名商标、省市知名商标等各项有关品牌品质奖项的企业进行表彰，采取各种方式鼓励企业建立鼓励企业加强品牌建设。应用电子商务开拓市场，并设置不同的奖励标准。

图5 河床冲刷监控

4.2.2 地质建模

本桥地质复杂，溶洞发育，对钻孔施工造成较多不确定性因素。为此，以地质勘探钻孔柱状图为基础，结合地下电磁波三维CT物探，采集地下复杂岩溶性状，分析并建立了三维地质模型（见图6），直观反映出各墩位地质分层及溶洞大体分布情况。通过三维地质模型，准确地揭示了N15#墩复杂溶洞与桩基之间的相对关系，将原本置于岩溶顶板的桩基加深至穿透溶腔进入稳定持力层，辅助设计，提高了结构安全度；施工过程中，通过BIM技术搭建的N15#墩三维地质模型，极大提高了三维可视化交底与信息分享交流的便捷程度，精确地确定岩溶预处理方案。优化过程中的成孔工艺，降低成孔过程中的安全风险，保证安全施工及主体结构安全。

图6 局部三维地质建模

4.3 新技术探索

（1）VR虚拟现实。基于项目建立的BIM模型，构建实际施工场景，利用VR设备将整个施工场景形象地展示在眼前，可以清晰直观地了解工程的结构特征，还可体验高空坠落、触电伤害等模拟情景，提高安全意识（见图7）。

图7 VR体验

（2）大数据。项目整个建造过程的质量、安全、进度、物料等要素已实现数字化管理、收集，为下一步大数据分析奠定了基础。

4.4 竣工阶段应用

（1）竣工模型与资料。通过项目建设过程的数据积累与BIM模型绑定，最终建立BIM竣工模型，在竣工模型中能够完整地体现建设过程的所有资料、参建人员、材料使用等综合信息，为整体交竣工提供基础数据。

（2）大数据存储。系统通过云端自动归集项目各类原始数据，如混凝土、钢筋等资源消耗指标，与竣工资料共同组成项目大数据库，为后期在其他项目经营中提供类似工程参考数据。

5 取得成效

5.1 深化设计、指导施工

图8 模型检查

（2）根据优化方案调整最终模型指导施工。为便于现场技术、施工人员全面了解施工构件，减少因对设计缺乏了解而产生的返工现象，在施工前利用建立的栈桥、平台和钢筋BIM模型进行详细的可视化交底（见图9），使相关人员深入了解各项工序、构件之间的衔接关系，如局部平面、剖面以及三维视图等，辅助指导施工。

图9 可视化交底

5.2 搭建数字工地

安九铁路鳊鱼洲长江大桥以BIM模型为管理载体，将BIM技术与信息化管理紧密结合，不仅实现了工程项目三维可视化、信息化、精细化综合管理，还打通各个业务之间、各个参与单位之间的数据联系，解决信息孤岛，搭建“数字工地”。

（1）信息展现可视化。将传统的平面信息管理模式以三维BIM模型为载体，实现可视化管理。通过对大桥施工过程中信息的实时关联打通、整合，渗透到施工各个环节，进而实现管理上的透明化与可视化。

（2）业务管理数字化。将项目管理的各项职能，如安全管理、质量管理、进度管理等综合起来，采用数字化的表达信息，对工作效率、资源、成本等各方面有广阔的优化空间，推动工程项目管理水平不断提高。

（3）过程控制智能化。探索信息化与机械化的融合，将施工设备进行信息化、智能化改造，努力减少人为因素的介入，提高施工效率与施工安全性。

（4）指挥决策智能化。通过对项目施工过程数据的积累，并加以分析和处理，为实现精细化管理提供决策依据。

6 结束语

通过“BIM+互联网”技术在鳊鱼洲长江大桥施工中的应用，有效避免了传统二维图纸的错漏碰缺问题，减少现场返工；通过BIM平台进行协同工作，提高建设、设计、监理、施工各方工作效率，节约工程建设时间；作为物资采购和编制施工计划的依据，提高物资管理水平，减少了材料浪费。

该技术体现全员参与的特点，建立各方协同管理体系，实现信息共享，以及对项目建设的全过程把控，可为其他类似项目提供借鉴。