沪通长江大桥BIM管理系统研发与应用

闫志刚(中国铁路总公司工程管理中心，北京　100844)



沪通长江大桥BIM管理系统研发与应用

闫志刚
(中国铁路总公司工程管理中心，北京100844)

摘要:沪通长江大桥主航道桥为世界上最大跨度公铁两用斜拉桥，主跨1 092 m，技术含量高，施工难度大。为提升该桥建造和管理水平，研发了BIM管理系统，结合GIS实现了精细化BIM建模、可视化交底、图纸管理、施工计划编制、三维施工日志、进度分析、工程量统计、施工监控、钢桥制造信息化等功能，并应用在项目管理中，在大跨度桥梁全生命周期的BIM研究与应用上进行了有益探索。

关键词:沪通长江大桥BIM GIS建模等级信息化管理

BIM(Building Information Modeling)作为一种全新的理念，涉及到一个工程项目全生命周期，从规划、设计、施工到运营维护一系列的技术和管理创新，被称为工程领域中的第二次革命［1］。

BIM从提出至今，已经从概念普及进入到应用发展阶段，不同国家、政府和企业结合各自的文化和管理机制，开展从小范围、企业内的试验到局部范围、多方协同的实践，并逐步向全产业链协同、全生命周期应用迈进。目前，美国、英国、新加坡、日本、韩国等已在建筑工程行业提出了BIM应用要求，并建立了相关的BIM企业级和行业级应用标准［2］。

我国BIM最早应用在建筑业。住建部为推动和加快BIM技术在工程中的应用，2011年已将BIM应用研究纳入“十二五”发展规划。BIM技术在工业民用建筑中有许多成功案例，如北京奥运会主会场鸟巢、凤凰国际传媒中心、上海中心大厦等。BIM技术在轨道交通中应用成熟，主要涉及管线综合、3D漫游、疏散模拟等应用，工程量统计和二维出图功能也逐渐成熟。广州、北京、厦门、南宁、深圳等地建设单位已经开始大力推广和应用BIM技术。

中国铁路总公司高度重视BIM技术在铁路行业的研发和推广应用工作［3］。自2013年4月提出铁路工程信息平台的整体方案以来，铁路信息化建设取得了显著成果［4-5］。目前已完成BIM标准体系的建立、工程建设信息化平台的建设;依托科研项目，进行了铁路隧道设计、施工的BIM研究及应用，基于BIM的路基数字化施工技术应用研究，站房、四电集成的BIM应用等。尤其是2013年12月成立了“中国铁路BIM联盟”，为铁路BIM技术研究和应用提供了组织支撑，构建了创新、和谐的BIM技术发展环境。

1　沪通长江大桥BIM管理系统

沪通长江大桥主航道桥为世界上最大跨度公铁两用斜拉桥，主跨1 092 m;专用航道桥为主跨336 m刚性梁柔性拱桥，另外还有26孔112 m钢桁梁，以及混凝土简支、连续梁桥，技术含量高，施工难度大。因此利用BIM技术搭建项目管理系统，并通过工程应用不断修正完善，不仅对大桥的施工和管理意义重大，而且作为工管中心首批17个BIM试点项目之一，实施过程中的经验和教训可为类似铁路桥梁工程的BIM应用提供参考。

1.1管理系统定位

管理系统主要面向建设、施工和制造单位。通过对沪通长江大桥进行全桥建模，以BIM模型为信息载体，建立集GIS、基础信息、3D电子施工日志、可视化交底、进度管理、报表中心、施工监控、安全质量管理等于一体的多维度项目管理系统。同时积极将BIM理念应用于钢桥制造等方面，从而提升整个项目信息化管理水平。管理系统定位如图1所示。

1.2 BIM信息模型

针对该桥以钢结构为主的特点，选取在钢结构建模上有明显优势的TEKLA软件。以施工图和施工组织设计为依据，建立主航道桥、专用航道桥、112 m简支钢桁梁、南北引桥上部及下部结构的施工BIM模型。

结合TEKLA软件和该桥具体特点编制了建模指南。建模指南规定了建模原则、建模LOD等级(Levelsof Detail)、命名规则等，这些规定直接应用到沪通长江大桥的BIM建模中，保证BIM模型真实、完整地反映设计图纸信息，并综合考虑了制造和施工中的BIM应用。沪通长江大桥建模时考虑了施工组织设计信息(如桥墩施工节段划分)，等级为LOD300。

图1　沪通长江大桥BIM管理系统定位

典型BIM模型见图2。

图2　典型BIM模型

1.3 BIM管理系统基本功能

沪通长江大桥BIM管理系统采用C/S架构，通过采用桌面虚拟云方式，实现将Windows桌面和应用转变为一种按需服务，向任何地点、任何设备的任何用户交付。沪通长江大桥BIM管理系统有7大基本功能模块:GIS模块、基础应用、可视化交底、进度管理、施工监控、安全质量、施工日志和报表中心。限于篇幅，本文仅介绍部分模块。

1.3.1 GIS模块

该系统对包括桥墩、梁体、主塔、临建办公区(见图3)、拌合站、栈桥码头、钢筋加工厂等BIM模型进行处理，使BIM模型与GIS数据相结合，将数据进行发布，使之可以在Web端进行访问，同时与现有系统进行关联，从而实现项目管理平台的GIS功能(见图4)。

图3　临建办公区

图4　GIS中三维浏览漫游功能

管理系统的GIS功能能够实现三维漫游浏览、关键节点标注、距离量测和地下及水下模型查看、构筑物信息查询等多种功能，以便于对桥梁整体状况的了解和把握。

1.3.2可视化交底

可视化即“所见所得”，是BIM的显著特点之一。可视化的结果不仅可以用于效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计和建造过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。在可视化交底模块实现了施工工艺、图纸查看和模型视图3大功能。

1)施工工艺

能够实现录入和修改施工工艺、附加相关文件和预览功能，可以匹配施工工艺到模型(如图5)，实现对施工工艺的实时查看。

图5　施工工艺与模型的关联示例

2)图纸查看

实现了二维图纸信息与其相对应的三维信息模型关联查看(见图6)，并可查看下挂附件如变更设计通知单等，方便图纸管理，提高应用效率。

图6　二维图纸与三维模型的关联示例

3)模型视图

主要包括线路里程、设计属性、施工属性、视点、图纸、工程量统计、施工工艺、问题追踪等功能。

点击模型任意部位，可在右侧设计属性中查看相关属性信息;加载模型之后，若有安全质量问题，会在模型上出现安全质量标签，可直接双击标签查看问题，也可在右侧问题列表中选择，如图7所示。

图7　设计属性查看与安全质量标签管理示例

框选部分模型，可在工程量信息中看到所框选模型的所有材料信息。信息内容可汇总，分组排列并导出报表。

1.3.3进度管理

1)编制施工计划

通过新增或者双击甘特图填写总体、年、月、旬施工组织计划，或者导入已经编好的计划电子表，如Excel或Project格式表格，实现计划与模型的关联，方便现场使用，如图8所示。

图8　施工计划与模型的关联示例

在计划模拟中，选择某一施组计划进行施工动画模拟，设置起始时间和动画速度，即可对已经编译的计划按照时间顺序进行模拟。

2)施工日志

将二维电子施工日志通用表格进行3D扩展，将施工阶段BIM模型与施工进度进行关联匹配(图9)，实现在进度分析中的三维直观展示。

3)进度分析

根据计划和施工日志与模型关联的功能，展示当前进度和计划的对比(超前、正常和滞后)，对滞后工程进行预警，实现对进度的直观把控。

计划进度和实际进度的对比结果有3种展示效果:①在模型中用不同颜色(如图10)来区分已完工、提前开始、正常施工、滞后开始、施工延迟(未开始);②通过折线图来表达;③通过饼状图来分析。

图9　施工日志与3D模型匹配示例

图10　计划进度与实际进度的对比分析示例

1.3.4安全质量管理

实现对不同部门给出问题的汇总，问题提出时会在相应模型中显示安全质量标签，解决问题后才会形成闭环，方便对施工过程中问题的追踪管理。

1.3.5钢梁杆件信息管理

沪通长江大桥钢梁共计25 t，钢梁杆件数量巨大。为了对钢梁杆件进行有效管理，结合物联网技术开发了BIM管理系统钢梁杆件信息管理模块，编制了使用指南，并在沪通长江大桥施工现场应用，如图11所示。在验收、出厂、运输及架设时，通过扫描杆件上挂设的二维码，可以把钢梁杆件的各个状态及杆件照片等信息录入管理系统，实现宏观、有效管理。

图11　钢梁杆件信息管理模块现场应用示意

1.4 BIM管理系统特点

沪通长江大桥BIM管理系统实现了可视化、智能化管理，有以下几个方面的特点。

1)数据管理模式特点:基于BIM平台，将以往的铁路工程结构资料纸质管理和平面数据管理的模式，转变为三维仿真和可视化的数据管理模式，并关联结构生命周期内动态数据信息，实现不同阶段信息的关联查询、追溯管理，最终实现工程结构建造管理水平的整体提升。

2)信息采集模式特点:凭借互联网、物联网技术，改变传统人工操作、手工记录为主的低效模式，换以信息化、数字化手段进行高效自动采集、传输和处理，减少了人工误差，大幅提升数据采集和分析效率。

3)数据应用模式特点:打破了传统的信息孤岛，融合设计、施工数据，将不同阶段的数据进行关联性分析和高效利用，基于BIM管理系统实现“即时查看、过程追踪”等服务，实现信息资源的智能化、专业化的深层次应用。

4)系统开发模式特点:首次引入咨询审核单位，责任任务明确，为模型质量和管理系统的开发提供了有力支撑。

2　结语

1)沪通长江大桥BIM模型采用LOD300等级，考虑了施工组织设计，精细度高，为施工4D需求提供了基础。

2)沪通长江大桥BIM管理系统以集成模型为载体，关联施工过程中的进度、安全、质量、图纸、工程量等信息，利用BIM模型的形象直观特性，为项目的进度、安全质量、成本分析等提供数据支撑，协助管理人员有效决策和精细管理。

3)沪通长江大桥管理系统与拌合站系统对接设计，同时兼容施工监控、钢桥信息化制造等业务子系统，不仅实现了信息的综合管理，而且促进了桥梁工程产业链的升级。

4)沪通长江大桥BIM试点项目起到了典型、示范作用，基于信息化建设“先行先试”的组织和实施经验可供其他试点项目参考和借鉴。

参考文献

［1］潘永杰，赵欣欣.铁路桥梁BIM技术应用［J］铁道知识，2005(1):54-59.

［2］沈东升.BIM技术在铁路工程建设中的应用［Z］.北京:中国铁路总公司工程管理中心，2015.

［3］王同军.基于BIM的铁路工程管理平台建设与展望［J］.铁路技术创新，2015(3):8-13.

［4］金星.铁路勘测设计BIM应用基础研究［J］.铁道建筑，2014(7):136-138.

［5］刘延宏.BIM技术在铁路桥梁建设中的应用［J］.铁路技术创新，2015(3):47-50.

(责任审编李付军)

Research and Development and Application of BIM Management System of Shanghai－Nantong Yangtze River Bridge

YAN Zhigang

(Engineering Management Center，China Railway Corporation，Beijing 100844，China)

Abstract:Hutong(Shanghai－Nantong)Yangtze River Bridge is a cable-stayed highway and railway shared bridge with the largest span in the world.Its main span is 1 092 m，with more technical requirements and great difficulties of construction.In order to improve construction and management，a BIM management system was researched and developed.Combined with GIS，some model functions were realized such as the refined BIM modeling，visualization design explanation，management of blueprint，construction planning，3D Construction Logs，progress analysis，statistics quantities，construction monitoring and informatization of steel bridge manufacturing.T he model functions were applied in this bridge，which gave a beneficial practice on research and application of life cycle performance of large span bridge using BIM system.

Key words:Hutong Yangtze River Bridge;BIM(Buliding Information M odeling);GIS(Geographic Information System);M odeling level;Informatization management

作者简介:闫志刚(1976—)，男，高级工程师，博士。

收稿日期:2015-12-22;修回日期:2016-01-26

文章编号:1003-1995(2016)03-0008-05

中图分类号:U455.1

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.03