基于BIM技術(shù)的橋梁工程半智能化施工管理輔助系統(tǒng)

陳 兵，易 侃，班 鵬，王 斐，高云杰

(中建三局集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司，湖北 武漢 430000)

［摘要］根據(jù)目前國內(nèi)外BIM應(yīng)用及其在建筑工程中取得的成果，針對BIM技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用提出基于BIM技術(shù)的半智能化施工管理輔助系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)工程管理全面的信息共享和智能化。

［關(guān)鍵詞］橋梁工程;BIM;綜合管理平臺;施工管理

BIM技術(shù)是數(shù)字化建造與集成的支撐技術(shù)，BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)從BIM1.0階段進(jìn)入BIM2.0階段，從BIM技術(shù)在高速公路項(xiàng)目領(lǐng)域的橋梁工程BIM2.0應(yīng)用進(jìn)行全方位探索，通過BIM手段加強(qiáng)施工過程管理，提高工程技術(shù)、安全、質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度和商務(wù)成本等方面的管理效率和精度，以便更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息化管理與信息共享，使BIM技術(shù)在高速公路工程的應(yīng)用達(dá)到半智能化狀態(tài)。

1 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制訂

在BIM實(shí)施前期，制訂相應(yīng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，對BIM模型的建立及應(yīng)用進(jìn)行規(guī)劃，按照《中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究》，BIM標(biāo)準(zhǔn)主要為面向IT工具的技術(shù)規(guī)則和面向于建筑行業(yè)中的使用規(guī)則，即技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。作為施工企業(yè)，必須按照項(xiàng)目管理需求，制訂符合項(xiàng)目管理功能和管理要素的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)包括:資源標(biāo)準(zhǔn)、行為標(biāo)準(zhǔn)和交付標(biāo)準(zhǔn)。

2 BIM綜合應(yīng)用平臺的研發(fā)及集成

2.1 工作流程

結(jié)合高速公路橋梁工程施工管理流程及內(nèi)容，以BIM－3D模型為載體，施工進(jìn)度為主線，檢驗(yàn)批為基礎(chǔ)，施工日志為輔助手段，集成BIM綜合管理平臺，然后集成安全、質(zhì)量、臨時工程等信息，形成項(xiàng)目工程信息數(shù)據(jù)庫，通過BIM應(yīng)用平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、調(diào)整，進(jìn)而給管理人員推送相應(yīng)的施工任務(wù)及預(yù)警等工作，輔助項(xiàng)目管理進(jìn)行物質(zhì)建造的同時實(shí)現(xiàn)數(shù)字建造。

2.2 BIM平臺整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

BIM平臺可以是專門研發(fā)的綜合管理平臺軟件，也可以利用Windows操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)要按照《中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究》制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)存儲方式、信息語義標(biāo)準(zhǔn)、信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)3大類，基本功能要能按照項(xiàng)目管理要求進(jìn)行信息管理和人員管理，同時利用Windows共享、FTP服務(wù)器等功能實(shí)現(xiàn)全線信息共享。

管理平臺分為前臺功能和后臺功能，在實(shí)際操作中，又將前臺功能分為三維操作頁面和網(wǎng)頁操作頁面，可根據(jù)管理人員的需求和喜好進(jìn)行布置和功能設(shè)置?？傮w來說，前臺提供瀏覽操作，核心是對后臺存儲的建筑信息、管理信息進(jìn)行提取、分析、展示，包括深化設(shè)計(jì)、檢索、施工演示、進(jìn)度瀏覽、人員、資金、物流管理等;后臺主要是建筑工程數(shù)據(jù)庫管理功能、信息存儲和信息分析功能。

基于橋梁工程的信息管理平臺架構(gòu)如圖1，2所示。

圖1 綜合管理平臺業(yè)務(wù)架構(gòu)組成

圖2 綜合管理平臺技術(shù)架構(gòu)示意

3 施工管理

3.1 現(xiàn)場平面管理

1)場地平面布置 工程開始階段，首先創(chuàng)建好工程場地模型和工程實(shí)體模型，然后將工程周邊及現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境(地貌、植被、氣候條件、遷改的管線、房屋、綠化、湖區(qū)、河流等影響施工進(jìn)度的重要因素)以數(shù)據(jù)信息方式掛接到模型中，建立三維現(xiàn)場場地平面布置，幫助項(xiàng)目做出最理想的場地規(guī)劃、交通流線組織關(guān)系、臨建布局等決策，同時在管理平臺中根據(jù)項(xiàng)目決策增加大臨設(shè)施工程布置，如項(xiàng)目駐地、梁場、混凝土拌合站、瀝青拌合站等。在建設(shè)過程中，給大臨設(shè)施編制Project進(jìn)度計(jì)劃并與之關(guān)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場平面內(nèi)臨時設(shè)施依據(jù)現(xiàn)場進(jìn)度的三維可視化展示，既實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場平面合理高效布置，又可對其進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)控。

2)環(huán)境監(jiān)控 配置無人機(jī)進(jìn)行航拍，對現(xiàn)場周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控視頻根據(jù)日期進(jìn)行存檔。

3.2 資料管理

資料管理模塊可以實(shí)現(xiàn)基于云端的工程資料上傳及工程資料與模型的關(guān)聯(lián)、工程資料的分類管理與共享。在項(xiàng)目管理中，基于BIM管理平臺中的圖檔協(xié)同功能，把設(shè)計(jì)圖紙、二次深化設(shè)計(jì)、變更、合同、文檔資料等信息與模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時利用預(yù)警功能收集管理人員對預(yù)警銷項(xiàng)的工作痕跡，收集工程施工過程資料與模型關(guān)聯(lián)，能夠匯總?cè)魏侮P(guān)于實(shí)體工程的資料，可以實(shí)現(xiàn)任何時期、任何位置資料的隨時、快速訪問。

3.3 日常工作管理

1)日常工作提示 根據(jù)分項(xiàng)工程開工時間，給每項(xiàng)工程設(shè)置時間參數(shù)，提前推送施工方案、技術(shù)交底、開工報(bào)告等技術(shù)、物資、人員準(zhǔn)備工作提示，并上傳電子文檔進(jìn)行閉合銷項(xiàng)，通過BIM綜合管理平臺共享施工文件，讓權(quán)限內(nèi)人員可以隨時進(jìn)行方案學(xué)習(xí)及查詢。

2)施工方案模擬 首先將技術(shù)方案進(jìn)行分解，然后通過BIM技術(shù)對施工方案進(jìn)行模擬細(xì)化，在過程中及時改正存在的問題，排查可能遇見的風(fēng)險(xiǎn)，對平面位置進(jìn)行合理布置，對施工機(jī)械及人員進(jìn)行安全疏導(dǎo)，使施工方案更具指導(dǎo)性和可操作性。

3)物資計(jì)劃統(tǒng)計(jì) 通過BIM綜合管理平臺，結(jié)合進(jìn)度時間流進(jìn)行物資總計(jì)劃、月計(jì)劃、周計(jì)劃的提取。

4)可視化交底 使用三維可視化技術(shù)進(jìn)行交底及作業(yè)指導(dǎo)，制作各工序三維施工動畫，利用BIM平臺推送功能進(jìn)行提示，使管理人員能及時了解施工工藝，使交底、項(xiàng)目溝通、討論、決策都在三維可視化的實(shí)體狀態(tài)下進(jìn)行，也使管理人員和工人能更直觀地理解施工工藝，避免了盲目施工，對工程質(zhì)量控制可起到顯著作用。

5)集成化加工 對于鋼箱梁等鋼結(jié)構(gòu)、鋼模板可采用預(yù)制裝配的方式進(jìn)行施工，通過模型的合理拆分及編號，利用BIM平臺將拆分的各單獨(dú)功能塊生成二維碼，采用三維圖形為輔助，然后依靠加工場數(shù)控設(shè)備掃描該二維碼進(jìn)行單獨(dú)加工，最后在現(xiàn)場進(jìn)行各模塊的組合和休整。例如鋼筋加工場通過數(shù)控彎曲機(jī)、切斷機(jī)掃描二維碼即可進(jìn)行鋼筋下料及制作等。

3.4 進(jìn)度管理

1)基本功能 系統(tǒng)自動分析任意節(jié)點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)度偏差，給出按時、推遲、提前的工序比例，并高亮顯示推遲的工序。當(dāng)某一任務(wù)發(fā)生延誤，自動分析滯后原因及后續(xù)受到影響的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，輔助制定糾偏措施。統(tǒng)計(jì)任意進(jìn)度計(jì)劃節(jié)點(diǎn)或工程構(gòu)件組的資源用量，并與實(shí)際投入進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)成本管理與備料支持。BIM綜合管理平臺利用橫道圖、進(jìn)度曲線、模型對比完成計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對比。

2)進(jìn)度追蹤及控制 在BIM模型中利用施工日志及檢驗(yàn)批填報(bào)做反饋進(jìn)行平臺驅(qū)動，顯示現(xiàn)場實(shí)際施工效果，對于進(jìn)度的反饋和追蹤也可以采用視頻監(jiān)控、三維激光掃描等設(shè)備對關(guān)鍵工程或工序進(jìn)行實(shí)時采集。

在項(xiàng)目進(jìn)度控制過程中，由于很多不確定因素從而導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度情況與計(jì)劃不同時，需要對進(jìn)度進(jìn)行修改，尤其是橋梁工程沿線較長，受征拆影響經(jīng)常會進(jìn)行跳躍式施工，BIM綜合管理平臺提供動態(tài)聯(lián)動修改方式，方便直觀快捷地對項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)度信息修改，進(jìn)度模型中的相關(guān)模型也隨之發(fā)生變化，既可以通過三維模型進(jìn)行修改，也可以在進(jìn)度計(jì)劃中修改，然后動態(tài)聯(lián)動，確保信息一致，大大簡化對施工進(jìn)度調(diào)整的復(fù)雜性。

3)進(jìn)度報(bào)表統(tǒng)計(jì)及分析 每期進(jìn)行施工進(jìn)度的完成工程量、實(shí)際開始時間、實(shí)際完成時間與計(jì)劃工作時間的偏差統(tǒng)計(jì)分析，生成下期計(jì)劃完成的任務(wù)量等信息。輔助管理者快捷實(shí)時查看每一期的工作完成情況及出現(xiàn)偏差的原因分析，同時根據(jù)本期所消耗的資源數(shù)量，對整個機(jī)械物資的招標(biāo)進(jìn)場計(jì)劃進(jìn)行分析，并通過對下期任務(wù)量的分析，對人員等物資設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)度，管理者也可隨時查看目前進(jìn)度情況，為下一步?jīng)Q策提供依據(jù)。

3.5 商務(wù)管理

1)快速精確的成本核算 計(jì)算機(jī)通過識別模型中的不同構(gòu)件及模型的幾何物理信息，對各種構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，本功能將大幅簡化算量工作，節(jié)約人力，提升準(zhǔn)確度。

2)工程量自動查詢與統(tǒng)計(jì) BIM綜合管理平臺商務(wù)板塊具有資源和成本信息的預(yù)算信息模型，通過此模型系統(tǒng)能識別模型中的不同構(gòu)件，并自動提取工程構(gòu)件清單類型和工程量等信息，自動計(jì)算工程施工資源用量及成本。

3)進(jìn)度款支付結(jié)算管理 傳統(tǒng)模式下工程進(jìn)度款申請和支付結(jié)算工作較為繁瑣，基于BIM綜合管理建立合同結(jié)算清單與模型的關(guān)系，明確分包范圍和分包工程量清單，按照合同要求能夠快速準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各類構(gòu)件的數(shù)量，并完成工程量的拆分與重新匯總，輔助結(jié)算審計(jì)。

計(jì)量支付單據(jù)和相應(yīng)數(shù)據(jù)都會自動記錄在BIM－5D系統(tǒng)中，并與模型關(guān)聯(lián)，方便以后的查詢、結(jié)算、統(tǒng)計(jì)匯總等工作。

4)物資耗量模擬 利用BIM綜合管理平臺，將模型與總進(jìn)度計(jì)劃、月度計(jì)劃、周計(jì)劃精確關(guān)聯(lián)(詳細(xì)到各流水分區(qū))，分析得出項(xiàng)目每月、每周及累計(jì)各月的混凝土、鋼筋等資源及資金計(jì)劃，以及現(xiàn)場實(shí)際物資(資金)消耗量與計(jì)劃量的對比分析圖，并得出資源(資金)分析表、資源進(jìn)場計(jì)劃及物資采購計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的資源(資金)動態(tài)管控。

3.6 質(zhì)量管理

1)產(chǎn)品質(zhì)量管理 BIM模型存儲了全部建筑構(gòu)件和設(shè)備信息，通過BIM平臺，可快速查找所需的材料及構(gòu)配件信息，如規(guī)格、材質(zhì)、尺寸等，并可根據(jù)設(shè)計(jì)模型，對現(xiàn)場施工作業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行追蹤、記錄、分析，掌握現(xiàn)場施工的不確定因素，監(jiān)控施工質(zhì)量。

2)技術(shù)質(zhì)量管理 通過BIM軟件平臺動態(tài)模擬施工技術(shù)流程，再由施工人員按照仿真施工流程施工，確保施工技術(shù)信息傳遞不出現(xiàn)差錯，減少不可預(yù)見情況的發(fā)生。

對已經(jīng)施工完成的工程實(shí)體，在工程擬定位置設(shè)置二維碼，二維碼中包含工程屬性及施工信息，可以通過手機(jī)、IPAD等終端進(jìn)行掃描讀取，及時了解本分項(xiàng)工程的施工信息及屬性，需要進(jìn)行成品保護(hù)的注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

3.7 安全文明管理

1)仿真模擬 根據(jù)安全管理標(biāo)準(zhǔn)化等文件要求，依據(jù)現(xiàn)場情況對安全防護(hù)等設(shè)施進(jìn)行布置，然后通過仿真模擬進(jìn)行全方位的檢查，對風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大的危險(xiǎn)源進(jìn)行災(zāi)害分析，并制訂相應(yīng)的措施及安全應(yīng)急預(yù)案，對所有危險(xiǎn)源進(jìn)行現(xiàn)場交底及信息推送，對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行模擬，輔助現(xiàn)場進(jìn)行演習(xí)。

2)動態(tài)檢測 基于BIM技術(shù)將傳感器植入項(xiàng)目需要監(jiān)控的工程中，通過傳感器進(jìn)行臨時工程沉降觀測及應(yīng)力監(jiān)測。在某點(diǎn)的應(yīng)力或者沉降超過擬定范圍時，系統(tǒng)自動報(bào)警給予提醒，并將所有資料整理存檔。

3)安全巡查 通過現(xiàn)場一線人員的巡查反饋，上傳安全隱患點(diǎn)實(shí)際情況的照片、視頻和文字記錄，BIM綜合管理平臺根據(jù)反饋及整改情況向相關(guān)責(zé)任人發(fā)送敦促整改指令及回復(fù)。

3.8 參建方協(xié)同管理

通過BIM終端將業(yè)主和參建各方實(shí)時鏈接，對其職責(zé)及權(quán)限進(jìn)行劃分，讓各方參與信息共享及數(shù)字化建造過程。通過云端流程協(xié)同管理，處理項(xiàng)目各參與方的往來流程，下發(fā)項(xiàng)目的各項(xiàng)指令，做到有據(jù)可依，有責(zé)可追。

項(xiàng)目各參與方信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖片和視頻資料的提交、審核、審批及利用(監(jiān)理、業(yè)主審批簽字流程等協(xié)同內(nèi)容等)。

4 結(jié)語

基于BIM工程項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)的上述功能及實(shí)施方法概述，確保橋梁工程領(lǐng)域的施工管理能實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程建造全過程可視化、信息化;提升項(xiàng)目青年員工管理水平，使管理水平及成熟度提高1～2年;輔助項(xiàng)目施工生產(chǎn)管理達(dá)到半智能化、項(xiàng)目資源配置精準(zhǔn)化，依靠模型達(dá)到物理信息全面融合;輔助項(xiàng)目安全管理體系良好運(yùn)行，對現(xiàn)場施工平面管理做到規(guī)劃、校核和預(yù)警;配合項(xiàng)目質(zhì)量管理體系運(yùn)行，做到提示、高效、準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)、有序;后期在BIM發(fā)展的基礎(chǔ)上，鏈接高速公路拌合站ERP系統(tǒng)、鋼筋加工場等數(shù)控管理設(shè)備以及各種終端，實(shí)現(xiàn)BIM3.0智能化物理信息融合，通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能設(shè)備等及時、靈活、智能化處理問題。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉占省，趙雪鋒．BIM技術(shù)與施工項(xiàng)目管理［M］．北京:中國電力出版社，2015.

［2］ 丁烈云．BIM應(yīng)用·施工［M］．上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2015.

［3］ 清華大學(xué) BIM課題組．中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］ 李文平，郭紅領(lǐng)，任劍波，等．BIM在EPC公路工程中的應(yīng)用模式研究［J］．建筑經(jīng)濟(jì)，2014，35(9):31－34.

［5］ 張建平，余芳強(qiáng)，趙文忠，等．BIM技術(shù)在邢汾高速公路工程建設(shè)中的研究和應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2014，43(18):92－96.

［作者簡介］陳 兵，項(xiàng)目常務(wù)經(jīng)理，工程師，E－mail:78318974@qq．com

［收稿日期］2016-06-24