基于BIM技术的桥梁工程半智能化施工管理辅助系统

基于BIM技术的桥梁工程半智能化施工管理辅助系统

陈 兵，易 侃，班 鹏，王 斐，高云杰

(中建三局集团有限公司基础设施工程有限公司，湖北 武汉 430000)

［摘要］根据目前国内外BIM应用及其在建筑工程中取得的成果，针对BIM技术在桥梁工程的应用提出基于BIM技术的半智能化施工管理辅助系统，以实现工程管理全面的信息共享和智能化。

［关键词］桥梁工程;BIM;综合管理平台;施工管理

BIM技术是数字化建造与集成的支撑技术，BIM技术在国内建筑工程领域的应用已经从BIM1.0阶段进入BIM2.0阶段，从BIM技术在高速公路项目领域的桥梁工程BIM2.0应用进行全方位探索，通过BIM手段加强施工过程管理，提高工程技术、安全、质量、生产进度和商务成本等方面的管理效率和精度，以便更好地实现项目信息化管理与信息共享，使BIM技术在高速公路工程的应用达到半智能化状态。

1 标准与规范的制订

在BIM实施前期，制订相应的BIM标准，对BIM模型的建立及应用进行规划，按照《中国建筑信息模型标准框架研究》，BIM标准主要为面向IT工具的技术规则和面向于建筑行业中的使用规则，即技术标准和实施标准。作为施工企业，必须按照项目管理需求，制订符合项目管理功能和管理要素的BIM实施标准，实施标准包括:资源标准、行为标准和交付标准。

2 BIM综合应用平台的研发及集成

2.1 工作流程

结合高速公路桥梁工程施工管理流程及内容，以BIM－3D模型为载体，施工进度为主线，检验批为基础，施工日志为辅助手段，集成BIM综合管理平台，然后集成安全、质量、临时工程等信息，形成项目工程信息数据库，通过BIM应用平台进行数据比较、调整，进而给管理人员推送相应的施工任务及预警等工作，辅助项目管理进行物质建造的同时实现数字建造。

2.2 BIM平台整体架构设计

BIM平台可以是专门研发的综合管理平台软件，也可以利用Windows操作系统实现，关键技术要按照《中国建筑信息模型标准框架研究》制订技术标准，包括数据存储方式、信息语义标准、信息传递标准3大类，基本功能要能按照项目管理要求进行信息管理和人员管理，同时利用Windows共享、FTP服务器等功能实现全线信息共享。

管理平台分为前台功能和后台功能，在实际操作中，又将前台功能分为三维操作页面和网页操作页面，可根据管理人员的需求和喜好进行布置和功能设置。总体来说，前台提供浏览操作，核心是对后台存储的建筑信息、管理信息进行提取、分析、展示，包括深化设计、检索、施工演示、进度浏览、人员、资金、物流管理等;后台主要是建筑工程数据库管理功能、信息存储和信息分析功能。

基于桥梁工程的信息管理平台架构如图1，2所示。

图1 综合管理平台业务架构组成

图2 综合管理平台技术架构示意

3 施工管理

3.1 现场平面管理

1)场地平面布置 工程开始阶段，首先创建好工程场地模型和工程实体模型，然后将工程周边及现场的实际环境(地貌、植被、气候条件、迁改的管线、房屋、绿化、湖区、河流等影响施工进度的重要因素)以数据信息方式挂接到模型中，建立三维现场场地平面布置，帮助项目做出最理想的场地规划、交通流线组织关系、临建布局等决策，同时在管理平台中根据项目决策增加大临设施工程布置，如项目驻地、梁场、混凝土拌合站、沥青拌合站等。在建设过程中，给大临设施编制Project进度计划并与之关联，可以实现现场平面内临时设施依据现场进度的三维可视化展示，既实现了现场平面合理高效布置，又可对其进行进度监控。

2)环境监控 配置无人机进行航拍，对现场周围环境进行监控，监控视频根据日期进行存档。

3.2 资料管理

资料管理模块可以实现基于云端的工程资料上传及工程资料与模型的关联、工程资料的分类管理与共享。在项目管理中，基于BIM管理平台中的图档协同功能，把设计图纸、二次深化设计、变更、合同、文档资料等信息与模型构件进行关联，同时利用预警功能收集管理人员对预警销项的工作痕迹，收集工程施工过程资料与模型关联，能够汇总任何关于实体工程的资料，可以实现任何时期、任何位置资料的随时、快速访问。

3.3 日常工作管理

1)日常工作提示 根据分项工程开工时间，给每项工程设置时间参数，提前推送施工方案、技术交底、开工报告等技术、物资、人员准备工作提示，并上传电子文档进行闭合销项，通过BIM综合管理平台共享施工文件，让权限内人员可以随时进行方案学习及查询。

2)施工方案模拟 首先将技术方案进行分解，然后通过BIM技术对施工方案进行模拟细化，在过程中及时改正存在的问题，排查可能遇见的风险，对平面位置进行合理布置，对施工机械及人员进行安全疏导，使施工方案更具指导性和可操作性。

3)物资计划统计 通过BIM综合管理平台，结合进度时间流进行物资总计划、月计划、周计划的提取。

4)可视化交底 使用三维可视化技术进行交底及作业指导，制作各工序三维施工动画，利用BIM平台推送功能进行提示，使管理人员能及时了解施工工艺，使交底、项目沟通、讨论、决策都在三维可视化的实体状态下进行，也使管理人员和工人能更直观地理解施工工艺，避免了盲目施工，对工程质量控制可起到显著作用。

5)集成化加工 对于钢箱梁等钢结构、钢模板可采用预制装配的方式进行施工，通过模型的合理拆分及编号，利用BIM平台将拆分的各单独功能块生成二维码，采用三维图形为辅助，然后依靠加工场数控设备扫描该二维码进行单独加工，最后在现场进行各模块的组合和休整。例如钢筋加工场通过数控弯曲机、切断机扫描二维码即可进行钢筋下料及制作等。

3.4 进度管理

1)基本功能 系统自动分析任意节点的实际进度偏差，给出按时、推迟、提前的工序比例，并高亮显示推迟的工序。当某一任务发生延误，自动分析滞后原因及后续受到影响的任务节点，辅助制定纠偏措施。统计任意进度计划节点或工程构件组的资源用量，并与实际投入进行比对，实现成本管理与备料支持。BIM综合管理平台利用横道图、进度曲线、模型对比完成计划进度与实际进度的对比。

2)进度追踪及控制 在BIM模型中利用施工日志及检验批填报做反馈进行平台驱动，显示现场实际施工效果，对于进度的反馈和追踪也可以采用视频监控、三维激光扫描等设备对关键工程或工序进行实时采集。

在项目进度控制过程中，由于很多不确定因素从而导致项目实际进度情况与计划不同时，需要对进度进行修改，尤其是桥梁工程沿线较长，受征拆影响经常会进行跳跃式施工，BIM综合管理平台提供动态联动修改方式，方便直观快捷地对项目进行进度信息修改，进度模型中的相关模型也随之发生变化，既可以通过三维模型进行修改，也可以在进度计划中修改，然后动态联动，确保信息一致，大大简化对施工进度调整的复杂性。

3)进度报表统计及分析 每期进行施工进度的完成工程量、实际开始时间、实际完成时间与计划工作时间的偏差统计分析，生成下期计划完成的任务量等信息。辅助管理者快捷实时查看每一期的工作完成情况及出现偏差的原因分析，同时根据本期所消耗的资源数量，对整个机械物资的招标进场计划进行分析，并通过对下期任务量的分析，对人员等物资设备进行合理调度，管理者也可随时查看目前进度情况，为下一步决策提供依据。

3.5 商务管理

1)快速精确的成本核算 计算机通过识别模型中的不同构件及模型的几何物理信息，对各种构件的数量进行汇总统计，本功能将大幅简化算量工作，节约人力，提升准确度。

2)工程量自动查询与统计 BIM综合管理平台商务板块具有资源和成本信息的预算信息模型，通过此模型系统能识别模型中的不同构件，并自动提取工程构件清单类型和工程量等信息，自动计算工程施工资源用量及成本。

3)进度款支付结算管理 传统模式下工程进度款申请和支付结算工作较为繁琐，基于BIM综合管理建立合同结算清单与模型的关系，明确分包范围和分包工程量清单，按照合同要求能够快速准确统计各类构件的数量，并完成工程量的拆分与重新汇总，辅助结算审计。

计量支付单据和相应数据都会自动记录在BIM－5D系统中，并与模型关联，方便以后的查询、结算、统计汇总等工作。

4)物资耗量模拟 利用BIM综合管理平台，将模型与总进度计划、月度计划、周计划精确关联(详细到各流水分区)，分析得出项目每月、每周及累计各月的混凝土、钢筋等资源及资金计划，以及现场实际物资(资金)消耗量与计划量的对比分析图，并得出资源(资金)分析表、资源进场计划及物资采购计划，实现项目的资源(资金)动态管控。

3.6 质量管理

1)产品质量管理 BIM模型存储了全部建筑构件和设备信息，通过BIM平台，可快速查找所需的材料及构配件信息，如规格、材质、尺寸等，并可根据设计模型，对现场施工作业产品进行追踪、记录、分析，掌握现场施工的不确定因素，监控施工质量。

2)技术质量管理 通过BIM软件平台动态模拟施工技术流程，再由施工人员按照仿真施工流程施工，确保施工技术信息传递不出现差错，减少不可预见情况的发生。

对已经施工完成的工程实体，在工程拟定位置设置二维码，二维码中包含工程属性及施工信息，可以通过手机、IPAD等终端进行扫描读取，及时了解本分项工程的施工信息及属性，需要进行成品保护的注意事项等内容。

3.7 安全文明管理

1)仿真模拟 根据安全管理标准化等文件要求，依据现场情况对安全防护等设施进行布置，然后通过仿真模拟进行全方位的检查，对风险系数较大的危险源进行灾害分析，并制订相应的措施及安全应急预案，对所有危险源进行现场交底及信息推送，对应急预案进行模拟，辅助现场进行演习。

2)动态检测 基于BIM技术将传感器植入项目需要监控的工程中，通过传感器进行临时工程沉降观测及应力监测。在某点的应力或者沉降超过拟定范围时，系统自动报警给予提醒，并将所有资料整理存档。

3)安全巡查 通过现场一线人员的巡查反馈，上传安全隐患点实际情况的照片、视频和文字记录，BIM综合管理平台根据反馈及整改情况向相关责任人发送敦促整改指令及回复。

3.8 参建方协同管理

通过BIM终端将业主和参建各方实时链接，对其职责及权限进行划分，让各方参与信息共享及数字化建造过程。通过云端流程协同管理，处理项目各参与方的往来流程，下发项目的各项指令，做到有据可依，有责可追。

项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图片和视频资料的提交、审核、审批及利用(监理、业主审批签字流程等协同内容等)。

4 结语

基于BIM工程项目信息管理系统的上述功能及实施方法概述，确保桥梁工程领域的施工管理能实现以下目标:通过BIM技术实现工程建造全过程可视化、信息化;提升项目青年员工管理水平，使管理水平及成熟度提高1～2年;辅助项目施工生产管理达到半智能化、项目资源配置精准化，依靠模型达到物理信息全面融合;辅助项目安全管理体系良好运行，对现场施工平面管理做到规划、校核和预警;配合项目质量管理体系运行，做到提示、高效、准确、严谨、有序;后期在BIM发展的基础上，链接高速公路拌合站ERP系统、钢筋加工场等数控管理设备以及各种终端，实现BIM3.0智能化物理信息融合，通过大数据、云计算、智能设备等及时、灵活、智能化处理问题。

参考文献：

［1］ 刘占省，赵雪锋．BIM技术与施工项目管理［M］．北京:中国电力出版社，2015.

［2］ 丁烈云．BIM应用·施工［M］．上海:同济大学出版社，2015.

［3］ 清华大学 BIM课题组．中国建筑信息模型标准框架研究［M］．北京:中国建筑工业出版社，2011.

［4］ 李文平，郭红领，任剑波，等．BIM在EPC公路工程中的应用模式研究［J］．建筑经济，2014，35(9):31－34.

［5］ 张建平，余芳强，赵文忠，等．BIM技术在邢汾高速公路工程建设中的研究和应用［J］．施工技术，2014，43(18):92－96.

［作者简介］陈 兵，项目常务经理，工程师，E－mail:[e-mail]

［收稿日期］2016-06-24