基于BIM技术的丞相河特大桥数字协同管理系统的设计与实现

何 鑫

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的全生命周期管理过程[1]。它将整个建筑生命周期中建筑物的所有几何特征、构件功能信息、施工进度和施工过程控制信息集成到数字模型中，以数字集成技术进行项目规划、工程设计、组织施工以及运营维护，它具有可见性、协调性、仿真性、优化性和可绘制性5个特征。

丞相河特大桥是山西省首座双塔斜向双索面PC矮塔斜拉桥，上部结构采用双塔斜向双索面PC矮塔斜拉桥+预应力混凝土连续T梁，下部结构主桥采用薄壁Y形空心墩，桥台采用柱式台、肋板台。该项目结构复杂，工序较多，施工难度大，安全质量和监控要求高，管理协调困难。因此创建可视化、唯一性、共享性、实时性、延续性、数据无限扩充的全生命周期BIM数字协同管理系统显得尤为重要。

1 系统总体设计

1.1 设计思路

丞相河特大桥BIM数字协同管理系统是以项目的BIM模型为基础，通过系统集成使项目的所有数据、信息、模型等均实现协同化交互和传递，实现工程项目信息集成与共享[2]。本系统的设计思路如下。

1.1.1 BIM基本特点

在道路桥梁工程建设项目过程中，BIM模型是其生命周期综合管理的基础，项目的每个参与者都需要传输和获取工程节点中的数据。随着工程的推进，会产生庞大的数据量。所以将工程各阶段按照节点进行划分，分别建立有效的BIM模型用以保存数据信息，在每个阶段分别识别和分类不同的专业工程信息，通过前序阶段模型数据的提取，可以扩展和更新后续阶段的模型。BIM模型也可以控制工程进度，针对不同的时间节点展示最新的进度信息。

1.1.2 BIM数据库构建

我国公路工程领域企业之间发展情况各不相同，各企业之间的信息共享程度和工程管理集成度也不尽相同，因此，建立一套基于BIM的独立数据库用于保存工程中的交互数据就显得尤为重要。使用者通过不同权限访问数据库中的工程数据信息，通过对不同构件进行分类编码，保证各构件数据的独立性，为之后数据模型的建立提供可靠的数据基础。

1.1.3 BIM数据安全访问

在传统的公路工程领域，数据多以纸质形式进行存储，针对不同专业、不同类型的工程信息，纸质资料显然无法完美应对。与此同时，纸质资料存在易丢失、不易查找等天然缺点，而数据的电子化存储可以有效解决上述问题，将不同专业、不同时间节点的数据有效统一在同一个BIM模型中，将工程进度信息进行有效整理，不同权限的用户访问相应模块的数据信息，真正做到数据的安全访问。

1.2 总体设计方案

建设管理项目管理系统与常规项目协同管理系统不同，它以建设管理的管理目标为前提，以进度与质量管理、安全管理、成本管理、资料管理为核心，一般不集成项目过程中的管理审批流程，而仅将过程中的信息进行收集、传递和展示[3]。

因此本系统设计的出发点是允许项目的所有参与者均可在系统中完成信息的交互，通过项目管理者的统筹管理将各参与者紧密结合起来。针对协同管理概念和现行的相关BIM标准，本系统应满足如下功能：

a）保障工程信息的有效提取。b）保障各构件数据的独立性。c）保障BIM数据的安全访问。d）实现BIM数字协同管理的基本操作。

因此BIM数字协同管理系统的构建首先需要建立BIM数据模型，然后将数据信息集成到BIM数据模型中，最后在系统中将模型与相关工程信息进行有效整合，完成工程信息的统一管理。

1.3 系统架构

在现有协同工作环境的基础上，结合建设方、设计方的相关数据，将参与方的工作数据进行有效整合，最终达成整体协同管理的目的。同时整合图纸管理、施工进度统计、质量安全追踪、监理日志、立项变更、巡检整改等模块数据，结合施工管理需求，按照相关标准进行开发。

系统基于C#高级程序设计语言和.NET框架进行开发，C#是一种强大的、面向对象的程序开发语言，是专为.NET框架开发而设计出的语言。.NET框架可以在各种计算机上运行，从服务器、桌面机到PDA，还能在移动电话上运行，具有多平台的优势，同时使用行业标准的通信协议，还能提供更加安全的执行环境。

2 系统功能实现

图1 BIM数字协同管理系统功能模块

本系统具有组织架构清晰、多用户多部门、安全可靠、数据集成管理等特点，管理者通过登录系统，实现多专业多单位的统一管理，满足工程信息管理的要求，做好数据统一编码工作，建立统一的云架构数据服务中心，为本项目提供信息化、智能化的管理服务。具体功能模块如图1所示。

2.1 用户与权限管理

本系统对参与本项目的各个单位、各类人员信息进行有效维护，对项目人员身份进行唯一识别编码。根据人员角色进行相应权限设置，赋予相应的管理操作权限，实现用户分级分权机制，非授权用户不能进行访问和操作功能，实现工程信息安全性和保密性要求。

2.2 图纸协同管理

根据工程设计图纸编制管理办法对设计图纸文件库进行信息化细类划分，并依据用户所在部门和级别分别设置管理、审批、读、写的权限，做到图纸管理责任到人。用户根据其权限在本系统中进行图纸管理，包括上传、更新、查阅、下载等相应操作，实现图纸协同管理，保证本项目所有人员均依据同一套图纸进行日常工程，防止图纸传递错误，更新不及时造成的信息延误或者工程返工。

2.3 施工进度监控、统计

基于BIM技术对施工现场进度信息进行及时采集，将工程实际进度展示在系统中，提供工程月报文件查询、现场签认查询功能。通过将计划进度和实际现场签认进度进行对比，直观展示实时与计划进度的差异，并将理论费用与实际费用进行直观对比，为业主提供管理实施依据。图2通过对比可直观反映工程的完成情况。

图2 施工费用进度统计

2.4 三维形象进度展示

图3 三维形象进度展示

基于BIM多维信息化模型技术，在三维形象进度图上显示相应部位的进度情况。以3D模型工程进度表现方式实现实时动态显示功能，在三维模型上实时反映工程施工的进度情况，即分项工程或工序开工、完工等时间节点以及工程量完成情况。在图3中，“已完工”部分、“正在施工”部分和“尚未开工”部分均做出了标注。

2.5 质量、安全跟踪

该模块内容包括现场质量问题隐患排查、现场安全问题隐患排查和施工人员违章作业排查处理三块内容。利用施工人员身份唯一识别码，录入违章作业人员信息，违章作业时间和内容，定期提供问题统计分析报告，辅助管理。

2.6 监理日志

监理工程师通过上传工程变更、签认施工记录、监理抽检记录、分项工程质量评定、完工证书等资料，可以直观反映工程进度和档案工作的同步性，让施工、监理、业主等单位管理人员及时全面了解工程进度、质量和档案工作完成情况。如图4所示。

图4 监理日志

2.7 工程资料、文件管理

本系统通过建立覆盖个人、部门、单位文件库，并依据用户所在部门和级别分别设置管理、审批、读、写的权限，做到工程资料管理责任到人，用户根据其权限进行上传、更新、查阅、下载等相应操作，使工程资料的安全性和保密性得到保障。

2.8 项目知识库工程

本系统通过建立项目知识库工程，对知识库文件进行细类划分，用户根据相应权限进行查询、下载操作。知识库内容包括：标准规范、管理制度文件及项目管理手册、会议纪要与评审意见、专题研究成果文件、科研成果文件、专家经验知识库、安全生产管理教育知识库。

2.9 信息化数据接入与展示

将远程视频监控信号及其他信息化数据接入本系统，并对各类传感器数据进行可视化编辑形成图表，使管理人员对施工现场和各类设备的运行情况进行有效监管，及时发现危险状态和违章操作。

2.10 监控巡检整改管理

监控中心值班人员通过监控中心巡检数据，发现施工现场各类安全质量、文明施工等问题，对相关工地负责人发出整改指令。整改任务完成后形成处理记录，实现“发现—整改—提交”的闭合式管理，实现管理标准化。

3 结论

丞相河特大桥项目通过BIM数字协同管理系统的应用，极大地提高了建设工程质量水平，节省了投资，节约了资源，缩短了工期，为本项目全过程方案优化、科学决策、虚拟建造和协同管理提供技术支撑，为建设工程提质增效、节能环保创造条件。BIM技术的应用促进了项目设计、建设、养护和运营管理协调发展，提高了项目的社会经济效益，对整个项目全生命周期信息的畅通传递具有积极意义。