李 冰 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

1 概況

1.1 工程簡介

五峰山長江大橋是新建連云港至鎮(zhèn)江鐵路的跨長江通道，是世界上首座千米級高速、重載公鐵兩用懸索橋。大橋總長6 409 m，其中主橋長1 432 m，采用（84+84+1092+84+84）m雙塔連續(xù)鋼桁梁懸索橋方案；南、北單建鐵路引橋長3532.1 m。連鎮(zhèn)鐵路設(shè)計(jì)行車速度250 km/h，預(yù)留兩線鐵路設(shè)計(jì)行車速度200 km/h；高速公路等級分為雙向八車道，設(shè)計(jì)行車速度100 km/h，橋面寬度40.5 m。

1.2 BIM項(xiàng)目特點(diǎn)

五峰山長江大橋項(xiàng)目規(guī)模大，施工技術(shù)難度高，對項(xiàng)目管理要求高。然而，傳統(tǒng)施工管控模式效率低下，信息化程度低，難以滿足大橋的施工管理需求。為提高大橋施工管理水平和效率，本項(xiàng)目將BIM技術(shù)、4D-CAD技術(shù)和云技術(shù)引入到大型橋梁施工領(lǐng)域，針對大橋構(gòu)件多、場地復(fù)雜、安全質(zhì)量突出等需求，以4D-BIM云平臺(tái)為依托，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理和施工模擬、跨平臺(tái)質(zhì)量與安全精細(xì)化管理、三維技術(shù)交底、鋼梁信息化管理等核心應(yīng)用。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 應(yīng)用目標(biāo)

基于大橋項(xiàng)目管理組織結(jié)構(gòu)，制定了BIM應(yīng)用模式與面向BIM應(yīng)用的人員架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用4D-BIM云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理和施工模擬、跨平臺(tái)質(zhì)量與安全精細(xì)化管理、三維技術(shù)交底和鋼梁信息化管理。尤其通過充分利用云平臺(tái)的跨平臺(tái)優(yōu)勢，以應(yīng)用廣泛的微信小程序克服了現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)條件差等問題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際進(jìn)度填報(bào)、質(zhì)安問題填報(bào)和鋼梁物料狀態(tài)填報(bào)等內(nèi)容，推動(dòng)了BIM技術(shù)的實(shí)際落地，為提升橋梁施工管理水平與效率提供了信息化支持，為橋梁建設(shè)的BIM技術(shù)應(yīng)用提供了新的方法和應(yīng)用示范。

2.2 實(shí)施方案

項(xiàng)目應(yīng)用Autodesk Revit系列軟件創(chuàng)建了大橋BIM模型并劃分了施工段，應(yīng)用Autodesk Civil 3D處理了地形測繪數(shù)據(jù)，形成了地形三維模型。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用4D-BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基于BIM的施工管理。

4D-BIM云平臺(tái)的應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。該平臺(tái)從下至上分為存儲(chǔ)層、服務(wù)層、接口層和應(yīng)用層4層。其中存儲(chǔ)層建立了云端數(shù)據(jù)服務(wù)；服務(wù)層建立了包括圖形引擎、數(shù)據(jù)引擎和檔案管理在內(nèi)的統(tǒng)一BIM服務(wù)；接口層建立了BIM數(shù)據(jù)接口與交換引擎，負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)層拉取數(shù)據(jù)，針對不同應(yīng)用建立對應(yīng)的子信息模型，并在模型信息修改后向云端推送更新數(shù)據(jù)；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)多終端的4D-BIM應(yīng)用。

圖1 4D-BIM云平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

BIM團(tuán)隊(duì)覆蓋大橋參建單位，領(lǐng)導(dǎo)單位為工程建設(shè)指揮部，應(yīng)用實(shí)施單位包括施工單位、監(jiān)理單位以及主要分包單位鋼梁廠等，配合單位包括設(shè)計(jì)單位中鐵大橋設(shè)計(jì)院，技術(shù)支持方清華大學(xué)BIM團(tuán)隊(duì)北京云建信科技有限公司。BIM團(tuán)隊(duì)組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BIM應(yīng)用組織結(jié)構(gòu)

2.4 軟硬件環(huán)境

項(xiàng)目采用Autodesk Revit和Tekla軟件進(jìn)行BIM建模，采用清華大學(xué)BIM團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的4D-BIM云平臺(tái)為應(yīng)用平臺(tái)。項(xiàng)目部署了服務(wù)器1臺(tái)，客戶端若干臺(tái)。

3 BIM綜合應(yīng)用

3.1 4D-BIM云平臺(tái)

4D-BIM云平臺(tái)屬于定制開發(fā)，它將BIM與4D、云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的4D-BIM模型，打通信息與BIM的雙向鏈接，實(shí)現(xiàn)了基于云技術(shù)的BIM數(shù)據(jù)分步式存儲(chǔ)。該平臺(tái)提供了桌面端、網(wǎng)頁端、移動(dòng)端三個(gè)平臺(tái)的應(yīng)用，各應(yīng)用間無縫集成，輔助多參與方協(xié)同工作。在此基礎(chǔ)上，平臺(tái)針對施工階段的實(shí)際需求，提供基于BIM的施工進(jìn)度、資源與成本、安全與質(zhì)量、場地與設(shè)施的跨平臺(tái)4D集成管理、實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)模擬等技術(shù)和功能。

3.2 4D-BIM綜合應(yīng)用

3.2.1 4D-BIM模型創(chuàng)建

設(shè)計(jì)單位建立大橋BIM模型，包括各模型構(gòu)件的三維幾何信息與工程屬性信息，以IFC格式導(dǎo)入4D-BIM云平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，通過MS-Project數(shù)據(jù)接口，導(dǎo)入進(jìn)度信息。將構(gòu)件與進(jìn)度相關(guān)聯(lián)，建立大橋4D-BIM模型，并在此基礎(chǔ)繼續(xù)集成安全、質(zhì)量、物料等信息，開展綜合BIM應(yīng)用。

3.2.2 4D進(jìn)度管理與施工模擬

4D-BIM平臺(tái)提供了進(jìn)度緊前緊后分析、任務(wù)完成情況報(bào)表與數(shù)據(jù)可視化、任務(wù)滯后分析與模型三維可視化等功能，通過充分利用4D-BIM模型的信息集成優(yōu)勢，為施工應(yīng)用人員提供便捷的進(jìn)度信息查詢、分析與模擬工具。

4D-BIM客戶端支持MS-Project與平臺(tái)內(nèi)進(jìn)度計(jì)劃的雙向數(shù)據(jù)集成。工程的計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度可以通過MS-Project導(dǎo)入至平臺(tái)中；平臺(tái)中的進(jìn)度數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)出至MS-Project中，利用MS-Project的成熟進(jìn)度管理功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管控。另外，由于現(xiàn)場存在硬件與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差等問題，PC客戶端不便于現(xiàn)場施工人員第一時(shí)間填報(bào)實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了通過微信小程序填報(bào)實(shí)際進(jìn)度信息?，F(xiàn)場實(shí)施人員掃描粘貼在大橋鋼梁、橋墩等構(gòu)件上的二維碼并填報(bào)實(shí)際施工時(shí)間，4D-BIM云端自動(dòng)綁定構(gòu)件和填報(bào)的實(shí)際進(jìn)度信息，向其他各類客戶端推送新的進(jìn)度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)4D動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)度管理。

4D-BIM的PC客戶端支持對一個(gè)或多個(gè)WBS分部分項(xiàng)、施工段及工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。4D模擬過程中，圖形平臺(tái)中的三維模型會(huì)根據(jù)構(gòu)件與進(jìn)度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以顏色變化展示當(dāng)前的施工狀態(tài)，如圖3所示。同時(shí)，平臺(tái)PC端還通過施工任務(wù)列表、施工完成情況餅圖等方式，將數(shù)據(jù)龐大、維度眾多的進(jìn)度數(shù)據(jù)通過可視化的方式直觀呈現(xiàn)給進(jìn)度管理人員，輔助指揮部或施工方把握關(guān)鍵和滯后的施工步驟，為進(jìn)一步?jīng)Q策提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 施工進(jìn)度模擬及4D形象進(jìn)度顯示

3.2.3 質(zhì)量與安全管理

質(zhì)量與安全管理在4D-BIM云平臺(tái)通過桌面端、網(wǎng)頁端、移動(dòng)端協(xié)同實(shí)現(xiàn)。其中質(zhì)量安全問題的填報(bào)、整改與審核流程主要在移動(dòng)端通過微信小程序完成。首先，監(jiān)理工程師在移動(dòng)端發(fā)起問題整改；施工方安質(zhì)部審核后將問題推送給相應(yīng)現(xiàn)場整改人；現(xiàn)場整改人實(shí)施整改并將整改情況反饋給安質(zhì)部；安質(zhì)部審核后將整改情況推送給監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收；最后，發(fā)起問題的監(jiān)理工程師對整改問題驗(yàn)收合格后，完成質(zhì)量安全問題追蹤流程。手機(jī)微信端填報(bào)如圖4所示。

圖4 質(zhì)量安全問題手機(jī)微信端記錄

在手機(jī)微信端填報(bào)的質(zhì)安問題會(huì)存儲(chǔ)在云端的服務(wù)器中，相應(yīng)數(shù)據(jù)會(huì)推送到網(wǎng)頁端與客戶端。工程項(xiàng)目各參與方均可隨時(shí)隨地查詢，并可在網(wǎng)頁端對質(zhì)安問題添加備注信息，生成整改通知單和整改通知回復(fù)單。

3.2.4 三維技術(shù)交底

千米跨度懸索橋施工工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大、安全要求高。為指導(dǎo)現(xiàn)場人員施工，充分利用4D-BIM的信息集成和可視化優(yōu)勢，平臺(tái)提供了3D作業(yè)指導(dǎo)書功能，以更好地在施工中進(jìn)行技術(shù)交底，如圖5所示。施工人員可通過網(wǎng)頁端或手機(jī)端登錄查看模型，對模型的各個(gè)面可以進(jìn)行剖切操作，通過文字或語音查看關(guān)鍵施工工序要領(lǐng)及要求，把對施工圖的一維認(rèn)識轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S認(rèn)識，并且實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)掌握。

圖5 3D作業(yè)指導(dǎo)書網(wǎng)頁版

3.2.5 鋼梁信息化管理

針對大橋鋼梁生產(chǎn)及施工的的管理需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和二維碼技術(shù)，4D-BIM云平臺(tái)研發(fā)了大橋預(yù)制件管理功能。同時(shí)，4D-BIM云平臺(tái)還為鋼梁生產(chǎn)廠家提供了二維碼云打印技術(shù)，以更好地服務(wù)施工方的鋼梁制造BIM管理工作，實(shí)現(xiàn)鋼梁生產(chǎn)信息的源頭追溯。

鋼梁廠家在手機(jī)端微信小程序上對鋼梁的各大桿件及各個(gè)大節(jié)間進(jìn)行掃碼和填報(bào)工序的操作（如圖6、圖7所示），在客戶端就可以按照預(yù)先設(shè)定的工序狀態(tài)通過查看模型顏色的實(shí)時(shí)變化來獲取鋼梁的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)（如圖8所示）。另外，在客戶端還可以查看各節(jié)間和各零部件的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析情況以及兩個(gè)廠家的每月生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表，輔助項(xiàng)目部實(shí)時(shí)掌握鋼梁的生產(chǎn)進(jìn)度，精準(zhǔn)把控項(xiàng)目推進(jìn)。

3.2.6 項(xiàng)目檔案管理

4D-BIM客戶端還具備項(xiàng)目檔案管理功能，各級管理人員可將項(xiàng)目需要的檔案資料及時(shí)上傳至平臺(tái)客戶端，包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、施工圖紙、技術(shù)交底文檔、生產(chǎn)計(jì)劃、航拍視頻等文字、圖片、影像資料。客戶端將所有檔案信息保存至云端，用戶需要時(shí)可以隨時(shí)下載。另外，客戶端用戶可以選擇在模型、WBS節(jié)點(diǎn)、預(yù)制件上掛接檔案資料，實(shí)現(xiàn)檔案的靈活管理。

圖6 微信端小程序界面

圖7 鋼梁信息化管理流程

圖8 鋼梁大節(jié)間工序狀態(tài)

4 總結(jié)

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

4D-BIM技術(shù)在五峰山長江大橋建設(shè)的綜合應(yīng)用緊跟大橋施工管理的實(shí)際需求，充分考慮千米跨度公鐵兩用懸索橋技術(shù)復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)了4D實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理和施工模擬、跨平臺(tái)質(zhì)量與安全精細(xì)化管理、三維技術(shù)交底和鋼梁信息化管理，發(fā)揮了BIM的信息化優(yōu)勢，優(yōu)化了工期，提高了管理效率與質(zhì)量，使各參與方、各部門之間的溝通協(xié)作更加高效，提高了項(xiàng)目施工信息化水平，實(shí)現(xiàn)了4D-BIM應(yīng)用于大橋建設(shè)施工領(lǐng)域的價(jià)值。具體創(chuàng)新點(diǎn)包括以下五點(diǎn)：

（1）動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理和施工模擬：實(shí)時(shí)掌握大橋施工進(jìn)度，動(dòng)態(tài)分析項(xiàng)目完成情況，高效管理實(shí)際與計(jì)劃進(jìn)度，輔助大橋施工安排和整體施工工藝。

（2）跨平臺(tái)質(zhì)量與安全精細(xì)化管理：通過手機(jī)微信端實(shí)現(xiàn)質(zhì)量安全問題的填報(bào)、整改和審核。質(zhì)安問題云端存儲(chǔ)并推送，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的協(xié)同質(zhì)量與安全管理，提升管理效率與信息化水平。

（3）三維技術(shù)交底：充分運(yùn)用4D-BIM的信息集成和可視化優(yōu)勢，提供3D作業(yè)指導(dǎo)書功能，現(xiàn)場施工人員更深入地理解施工技術(shù)交底。

（4）鋼梁信息化管理：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和二維碼技術(shù)，應(yīng)用預(yù)制件管理功能和二維碼云打印技術(shù)，集成鋼梁信息并實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)源頭追溯，實(shí)時(shí)掌握鋼梁生產(chǎn)進(jìn)度，精準(zhǔn)把控項(xiàng)目推進(jìn)。

（5）云平臺(tái)的跨平臺(tái)優(yōu)勢：以應(yīng)用廣泛的微信小程序克服工地環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)條件差等問題，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度填報(bào)、質(zhì)量安全問題填報(bào)和鋼梁物料狀態(tài)填報(bào)等內(nèi)容，推動(dòng)了BIM技術(shù)的實(shí)際落地。

4.2 綜合效益

4D-BIM在大橋工程建設(shè)應(yīng)用的綜合效益主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理。運(yùn)用新的管理手段，突出方便、快捷、易用，實(shí)現(xiàn)多參與方、跨平臺(tái)的無紙化管理，節(jié)省了管理成本、時(shí)間成本。

（2）信息集成及應(yīng)用。集成建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理以及監(jiān)測方的海量信息，利用云端數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息的共享、分析和應(yīng)用。

（3）智慧橋梁。應(yīng)用BIM技術(shù)的大跨度橋梁智能建造，把BIM與智能檢測、故障預(yù)測、結(jié)構(gòu)健康管理等技術(shù)進(jìn)行融合，為實(shí)現(xiàn)大橋智慧管養(yǎng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 結(jié)論

在信息化發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，未來BIM發(fā)展終將走向多專業(yè)、多參與方、多階段的綜合集成應(yīng)用。而具有通用性、可擴(kuò)展性、靈活性的BIM平臺(tái)將成為BIM發(fā)展的必然趨勢。五峰山長江大橋項(xiàng)目的4D-BIM云平臺(tái)技術(shù)集成應(yīng)用正是對BIM發(fā)展模式的一次嘗試與探索。五峰山長江大橋是千米級公鐵兩用懸索橋，規(guī)模大，技術(shù)復(fù)雜，施工難度高，對項(xiàng)目管理要求高，傳統(tǒng)施工管控模式難以滿足大橋的施工管理需求。將BIM技術(shù)引入大橋建設(shè)，針對大橋構(gòu)件多、場地復(fù)雜、安全質(zhì)量突出等需求，以4D-BIM云平臺(tái)為依托，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理和施工模擬、跨平臺(tái)質(zhì)量與安全精細(xì)化管理、三維技術(shù)交底、鋼梁信息化管理等核心應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，4D-BIM綜合應(yīng)用切實(shí)提高了橋梁施工管理的信息化水平，提升了施工效率、安全與質(zhì)量，為橋梁建設(shè)的BIM技術(shù)應(yīng)用提供了新的方法和應(yīng)用示范。