BIM技术在马滩红水河特大桥施工阶段质量管控中的应用

谢 军，李博勤，孙 辉，刘 慧

（1.广西交通职业技术学院，广西 南宁 530007；2.广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011；3.广西工业职业技术学院，广西 南宁 530003）

0 引言

近年来，交通运输部陆续颁布《交通运输部办公厅关于印发推进智慧交通发展行动计划（2017－2020年）的通知》《交通运输部办公厅关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》等指导性政策文件，强调充分利用BIM技术加强公路水运工程全生命期管理。施工阶段质量管控作为工程建设全生命周期管理的重要环节尤其重要，关乎提高施工质量、提升工程品质、提高管理效率和效益。

在交通基础设施建设领域，应经济发展的需要，特大型桥梁工程项目越来越多，建设管理人员往往对项目的成本及工期比较重视，但对施工质量管控的重视程度明显不足。工程质量管控方面存在的问题突出，主要表现为：施工人员专业技能不足，对设计图纸、施工技术方案理解不到位；质量问题反馈机制延迟，审批环节缺乏有效衔接；不按设计或规范进行施工；各个专业工种相互影响等。对此，本文以马滩红水河特大桥工程为例，由广西路桥工程集团有限公司联合广西交通职业技术学院BIM工程技术研究中心等多家单位组成BIM产学研联盟，组建实施团队，分析工程施工质量管控重难点，确定BIM技术实施主线，展开六个应用点的探索与实践。

1 工程项目概况

马滩红水河特大桥是柳州至南宁高速公路改扩建工程中来宾绕城线中的一座特大桥，跨越红水河，位于来宾市兴宾区铁路二桥及湘桂铁路红水河双线特大桥下游约4.3km，全桥总长约553m。主桥桥跨布置：计算跨径L＝320m的钢管混凝土拱桥；主桥长336m。引桥桥跨布置：柳州侧引桥采用5×30m先简支后连续的预制小箱梁桥，南宁侧引桥采用2×30m先简支后连续的预制小箱梁桥，引桥长210m。主桥桥面全宽54.4m，按两幅桥设置，单幅桥桥面总宽25.5m，单幅桥主桥横断面布置为：2.5m（吊杆及检修道）＋0.5m（防撞护栏）＋19.5m（行车道及硬路肩）＋0.5m（防撞护栏）＋2.5m（吊杆及检修道）。引桥桥面全宽49.4m，按两幅桥设置，单幅桥桥面总宽20.5m，单幅桥横断面布置为：0.5m（防撞护栏）＋19.5m（行车道及硬路肩）＋0.5m（防撞护栏）。主桥主要施工工艺采用广西路桥工程集团有限公司国家级专利工法——缆索吊装工艺。桥型总体布置如图1所示。

图1 桥型总体布置图

2 实施架构

2.1 BIM项目实施团队搭建

为保证本项目BIM实施路线顺利进行，分别在公司、项目部层面建立以公司BIM中心主任为首的两级BIM团队，公司BIM中心负责BIM技术应用方向把控、标准编制、各专业建模及应用工作；项目部BIM小组由执行经理牵头与公司BIM中心对接，分专业落实到个人，确保BIM每一项应用有现场负责人对接，为BIM应用的落地提供了可靠保障。BIM项目实施团队组织架构见表1。

表1 BIM项目实施团队组织架构表

2.2 软硬件环境

本项目依托广西路桥工程集团BIM中心和广西交通职业技术学院BIM工程技术研究中心，采用了1台中心服务器，25台高性能图形工作站协同工作模式开展BIM技术实施，综合运用了Revit、Catia、Digital Project、Navisworks、Lumion、Unity3D 等 十 余 款BIM软件；运用了南方天行HO1300八旋翼5镜头无人机、南方测绘法如（faro）X330地面三维激光扫描仪等四款高精度测量设备，为项目的实施提供软硬件基础支持。

3 应用实践

3.1 模型创建

本项目建模软件采用REVIT、CATIA同步进行，分别建立了大桥全桥梁模型。REVIT模型易于轻量化处理，以便打通基于PIP的项目管理平台数据端口，使现场人员手机移动端流畅应用；CATIA模型精细度高，模型准确，辅助参数化建模出图、工程量计量环节。REVIT软件的特点在于横平竖直的规则物体建模速度快、通用族库丰富；CATIA软件特点是建模精确、异性曲面建模功能强大、参数化建模出图及算量能力强。两款软件均与IFC格式同源。综上所述，通用构件采用REVIT快速建模；构造奇特复杂或后期变更比较大，部分采用CATIA参数化建模。

3.2 施工图深化

通过建立本项目各专业模型，在REVIT软件中进行整合，即可进行碰撞检查。在集成模型中可以快速有效地查找碰撞点，出具详细的碰撞检查报告。如检测出柳州岸塔架前纵缆风和拱肋第一道横撑之间存在碰撞（如图2所示）；南宁岸塔架前纵缆风和拱肋第一道横撑之间存在碰撞（如图3所示）；拱座混凝土冷冻管和型钢劲性骨架存在碰撞（如图4所示）等。拱座混凝土冷冻管和型钢劲性骨架分属不同图纸，且CAD绘图多采用标准段局部示意，凭空间思维合图能力发现碰撞问题几乎无法实现，当前仅能通过现场施工到具体工序才能发现问题。采用BIM分专业建立三维模型，合模可迅速发现问题，将问题反馈给设计方提出修改建议，并根据设计变更再建模、再检测，直至全部解决设计问题。整个过程是一个循环过程：设计—建模—检测—修改（设计）。这将大大减少设计人员的重复劳动和错误率，并使施工单位牢牢抓住设计变更主动权，避免因此而导致的成本增加与工期延误所造成的经济损失。

图2 柳州岸塔架前纵缆风和拱肋第一道横撑之间的碰撞检查模拟图

图3 南宁岸塔架前纵缆风和拱肋第一道横撑之间的碰撞检查模拟图

图4 拱座混凝土冷冻管和型钢劲性骨架碰撞模拟图

3.3 施工工艺模拟优化

大桥起拱处非标准段格子梁吊装方案无碰撞模拟意义较大。首先，双幅拱桥内侧两拱肋距离很近，格子梁吊装存在很多隐形碰撞问题。采用BIM建模软件（REVIT或CATIA）预先精准建立大桥拱肋模型，然后采用BIM动画模拟软件（Navisworks或Demial）预演练各种可能的格子梁吊装方案（如图5所示），再将模拟的动画交由项目部技术负责人甄别出最具可行性的无碰撞吊装方案，最后依据此方案来指定加工人员焊接吊装所需的格子梁形状和大小，并提前告知施工班组各格子梁吊装的最佳路径。

图5 格子梁吊装施工工艺模拟图

3.4 AR技术可视化交底

本项目通过Revit软件对南宁岸1＃～12＃拱肋节段和检修梯、格子梁标准段主横梁、拱座及其型钢劲性骨架、法兰盘、交界墩、引桥小箱梁以及左幅1＃桥墩等21个复杂结构节点按LOD400的建模精度进行建模，将模型导入到unity3D引擎，在施工图纸中添加识别图标，生成3个基于安卓系统的手持移动端APP安装包。

将手持移动端APP安装包推广至项目管理人员及劳务施工人员手机上进行安装和操作演示，通过手持移动端扫描对应图纸，可自动识别并呈现出多个角度的三维立体模型。基于AR技术可视化交底，可实现复杂构件精准交底，使施工重点、难点部位可视化，提前预见相关问题，确保工程质量。部分构件AR展示如图6～7所示。

图6 法兰盘展示图

图7 1＃拱肋节段展示图

3.5 二维码物料追踪

马滩红水河特大桥为分离式双向钢管混凝土拱桥，全桥拱肋分为96个节段。每个节段由单片拱肋、上弦管、下弦管、腹杆等构件组成。桥面系采用钢格构体系，由钢纵梁、钢主横梁、钢次横梁和钢－混凝土组合桥面板组成。全桥钢构配件体量庞大，且多数钢构配件均需多道加工程序，加上每道加工场地用地受限，容易导致钢构配件零件出现规格型号混淆、成品堆放数量难以统计等物料质量管控问题。

项目组采用上海同筑信息科技有限公司自主研发的PIP物料追踪系统，对拱肋阶段、预制构件模块、钢格构件模块、附属设施等设备设施通过二维码信息进行云平台数据管控，将图纸信息、构件信息、复杂节点三维图、剖面图等样式融入二维码中。二维码与每个构配件一一对应，通过手持移动端扫描可查看物料溯源信息，以指导现场施工，同时与公司物资管控系统实现数据对接，使物料管理更加精细化，提高施工现场质量管控等工作的效率。二维码及物料信息如图8所示。

图8 二维码及物料信息示例图

3.6 项目协同管理平台

BIM在施工阶段的质量控制与管理的最大优点就是提高了施工单位项目部内部员工间对实时质量信息的沟通效率，而且大大改善了施工单位与其他项目参与方的沟通机制。基于BIM的项目协同管理平台，项目组采用由上海同筑信息科技有限公司研发的Project Information Portal工程管理平台（简称：PIP），以工程信息的高度集成共享为目标，为建设、施工、监理、设计、第三方咨询等参建单位提供基于BIM技术的资源共享、高效协作的专业解决方案。平台实现了多专业BIM模型与二维施工图、工作文档、工程资料的构件级关联，并与质量、安全、进度、成本、环境等项目管理要素有机结合，同时高度贴合我国工程建设项目组织架构和管理机制。该平台可通过web端和移动端（iPad、手机）跨平台信息共享同步应用。

本项目施工阶段质量安全管控从两个方面对桥梁施工过程中的质量安全问题进行有效控制：（1）通过BIM模型多角度浏览，让现场管理人员利用模型进行现场工作的布置和实体的对比，直观快速地发现现场质量问题。（2）通过BIM施工管理平台对现场质量安全问题进行拍照和文字记录并关联至模型，实现跟踪留痕。以标签图片的形式在模型中展现现场和处理情况，使工程项目全过程管理各方通过BIM管理平台对质量安全问题进行直观管理，实现无缝连接、共享数据和信息，达成精细化管理、降低能耗的目标。每一个质量安全闭合事件要经过发起人、经办人、督办人、验收人四个权利人，在事件闭合后，事件处理全过程在平台上可以随时查看。马滩红水河特大桥BIM项目协同管理平台应用岗位人员表见表2。

表2 马滩红水河特大桥BIM项目协同管理平台应用岗位人员表

4 结语

BIM技术在马滩红水河特大桥施工阶段质量管控的应用探索与实践，其效果可总结为三个方面：（1）项目利用BIM技术实现了涵盖模型创建、施工图深化、施工工艺模拟优化、AR技术可视化交底、二维码物料追踪、项目协同管理平台等多项应用的桥梁施工阶段质量管控综合BIM应用，指导拱肋、钢格构梁施工顺利进行，为大桥跨参与方、跨专业的BIM应用积累宝贵的经验与数据。（2）本项目联合产学研联盟单位参加各级BIM大赛获奖项三次，分别为第五届“龙图杯”全国BIM大赛综合组三等奖；2017年广西建筑信息模型（BIM）技术应用（广西建工杯）第二届职工技能大赛施工管理组二等奖；广西首届“八桂杯”BIM技术应用大赛院校组二等奖。（3）初步总结出一套基于大桥桥梁施工阶段质量管控综合BIM应用以及校企产学研联盟深度合作的解决方案，为BIM推广应用提供经验指导。

总之，随着BIM应用技术的不断深化与推广，BIM技术在桥梁施工阶段质量管控中的应用会越来越广泛，并将成为建设管理转型升级的重要手段之一。