BIM+物联网助推信江航运枢纽项目数字建造

毛苇 江西信江船闸通航中心

BIM这个词语是英文单词Building Information Modeling的缩写，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM可实现以工程数字化为核心的工程全生命期管理，为水运工程建设提供新的技术，为水运提质增效带来机会。

信江航运枢纽项目数字建造是依托于信江项目建设而开展的数字化应用，包含BIM应用管理、物联网应用等多个场景。信江航运枢纽项目由八字嘴航电枢纽和双港航运枢纽两个项目组成，项目投资概算63.97亿，其中八字嘴航电枢纽投资概算43.86亿，双港航运枢纽投资概算20.11亿；主要工程包括船闸、泄水闸、电站厂房、鱼道、左右岸连接土坝、库区防护、进场道路、管理区房建、金属结构制造、机电设备采购及安装。

1.基于BIM平台的智慧管理应用

数字建造：通过BIM技术应用，结合GIS和物联网，在建造中将原材料信息、试验数据、施工过程中的质量检验和评定资料、计量支付和变更管理数据、责任人和相关人信息等与BIM模型永久关联，形成工程模型大数据。

1.1 指挥控制中心

1.2 数字质量监管

数字质量监管以BIM+物联网技术为抓手，实现质量验收图表化（首件N+验收），质量巡检信息化，质量督查远程化，通过BIM、电子质检体系和实名认证完善建立责任人质量履职信息档案，每个构件从班组、监理到项目办人员自动生成质量责任登记表，包括质量验收、材料产地批号和试验室检测数据全部与构件关联，实现质量责任可追溯、项目构件全过程数字化。

1.3 数字安全管理

着力推行网格化安全管理，实行手机端安全巡检，人员积分制管理，配电箱、设备二维码管理等功能，利用BIM技术为项目建设系上“安全带”。以人员实名制管理为例：

项目办重点推行一线班组标准化，设立产业工人培训基地，实行全员实名制管理，信息合格准入后按照不同工种发放对应颜色二维码；推行安全教育积分制，管理人员现场巡检过程中，对有违章行为的作业人员进行扫码扣分，积分不足6分时，回炉再培训，培训合格后方可上岗。

1.4 数字进度控制

项目每月25号前通过BIM平台分层报送下月施工进度计划，每天18点前利用手机端进行实际进度录入，平台通过不同的颜色显示进度滞后情况（其中银色代表计划进度；蓝色代表已完工；绿色代表按时完工；黄色代表滞后1-3天；橘色代表滞后3-5天；红色代表滞后5天以上；紫色代表提前完工）并导出进度分析对比表，同步短信推送实现进度预警功能，随时了解项目实际进度和计划进度的差别，并生成进度分析报告，便于调整施工方案，提高现场进度管控，合理调整施工计划及资源投入。

1.5 数字金属结构制作与安装

数字金属结构制作与安装利用BIM平台自定义添加属性的特点，结合二维码技术，实现构件尺寸、重量、材料信息、安装和验收等信息的全过程管理，保证金属结构的区域化、信息化管理，实现安装和预埋件的无差别对接。当前已进场的金属结构（人字门、平面定轮钢板门等）均已经张贴二维码，现场扫码即可获取施工过程信息。

1.6 电子档案管理

电子档案数字管理平台由三大业务子系统和一个数字认证签字系统组成：计量支付管理、质量管理（内业资料填报）、电子档案管理，平台以档案价值为核心，以信息资源整合与共享（计量支付管理和质量管理数据）为基础，将工程建设过程中生成的、有价值的重要档案信息资源借助信息技术进行数字化的收集、管理和提供利用，实现建设项目档案管理智能化、信息化。

1.6.1 计量支付管理

计量支付管理主要包括：合同管理、计量支付、变更管理等；通过对各参建单位的信息登记、合同审批、计量支付全过程信息化收集，依托云计算及移动互联网技术、大数据分析、电子签章，建立起协同、整合、高效的动态工程造价管理体系，按设定的业务流程进行线上申报、审批，生成有效的PDF格式电子文件，作为档案的基础资料，便于归档。同时实现计量清单与质检资料管理互通，系统通过验证质检资料的签批情况判定是否给予计量，对资料不齐全的系统自动判定不予计量。

(2)制作纸桥：学生综合运用科学、技术、工程、艺术和数学等知识建造纸桥，教师对制作过程进行指导，学生记录制作过程中遇到的困惑与经验，以便后续交流反思。

1.6.2 质量管理

结合本项目实际情况，项目办组织各参建单位讨论制定、规范了《港口集团信江航运枢纽项目施工管理表格》、《港口集团信江航运枢纽项目船闸工程质检表格》、《港口集团信江航运枢纽项目泄水闸工程质检表格》、《港口集团信江航运枢纽项目围堰工程质检表格》、《港口集团信江航运枢纽项目电站厂房质检表格》等用表。通过系统将传统的纸质报送转换成线上填报，按设定的业务流程进行线上申报、审批，解决文件在各单位部门之间来回等候审批、盖章等繁琐工作，通过平台电子签章功能，自动生成合法有效的PDF电子文件，且同步完成了电子档案资料的收集工作，便于归档。

1.6.3 档案管理

电子档案管理实现与各业务系统（计量支付系统、质量管理系统、试验系统等）对接功能，建设过程中产生的各类文件经过电子签章后，快速进行分类整理、案卷编制、收集组卷、归档管理，自动生成封面、卷内目录、脊背、备考表、案卷目录、档号，最终以电子档案形式长期保存，全过程无纸化，保证电子档案的真实性、完整性、可用性。

2.基于BIM技术的精细化施工应用

2.1 基于BIM技术的自动化钢筋加工系统

项目应用自主研发基于BIM技术的自动化钢筋加工系统进行快速钢筋建模，15天完成了主体结构全部钢筋模型的绘制工作。速度较传统钢筋建模提升5倍，建模后即可由模型数据直接生成钢筋下料单。系统充分考虑钢筋保护层的控制，建模过程中将钢筋尺寸计算准确，通过三维模型逐步校准。相比传统下料方式，三维模型可反映出更多的空间信息，可保证钢筋下料尺寸精准无误。此算法可得出钢筋加工的理论最优解，本工程东大河钢筋综合利用率可达99.2%，西大河一枯期钢筋综合利用率可达99.3%，相比传统工程减少了4%左右的钢筋损耗。钢筋加工车间采用自动化设备加人工辅助的模式进行钢筋加工工作，使最终综合功效达到最高。

2.2 无人机航测

在超大深基坑施工过程中，人工测量难以实现对不规则地形数据的快速采集，从而造成对土方作业实际进度信息掌控的滞后。不能及时找到问题进行纠偏，导致难以保证施工的顺利进行。本项目采用无人机倾斜摄影技术对土方、砂石料等进行方量测量，可对不规则物体进行快速测量，实现土方的日出工程量，精细控制土方开挖，也可实现混凝土骨料的精细控制，避免因材料准备不足造成窝工。运用三维倾斜摄影技术，其直接经济成本可比传统方法减少近0.5%-1.0%。

2.3 BIM-AR

以BIM模型为基础，结合最新的AR增强现实技术，进行现场AR增强现实交底。辅导班组长和工人利用手机微信扫一扫，AR识别相关图纸，自动从云端抓取相应图纸的三维模型，形象的展示出相关构件建成后的状态，让现场人员更加容易理解图纸。

2.4 BIM-VR

VR虚拟现实交底，沉浸式的体验工程项目完工后各个部位的构件形态，以及各个构件的基础属性信息，直观的感受项目基本情况，更好更快的理解图纸，融入项目。VR安全体验近乎真实的模拟触电、坍塌、高处坠落、车辆伤害、淹溺、机械伤害等20多项不同场景的安全事故。沉浸体验会将培训人员置身真实的灾害场景中，让人充分认识到灾害预防的重要性，并学会对应的安全防范知识和正确的逃生措施。

3.基于物联网的智慧工地管理应用

智慧工地平台是利用互联网、物联网+5G技术，从施工现场抓起，集成人员、安全、环境、材料等关键业务数据，打造了“端+云+大数据”的业务体系和新管理模式。实现劳务、安全、环境、材料各业务环节的智能化、互联网化管理，提升建筑工地的精益生产管理水平，实现“互联网+”与建筑工地的跨界融合，促进行业的数字化转型升级。现有系统包括：远程视频会议、远程督查、AI事件分析远程监控、拌和站、试验数据实时监控、环保监测、安全监测等。

3.1 AI视频分析

八字嘴和双港施工重点区域和主要路口一共设置监控点37处，每个监控设备均植入本项目独立开发的AI程序算法，可自动分析安全行为，如是否佩戴安全帽、安全绳和口罩，并识别现场物品堆放是否满足安全文明施工要求，如果出现违规行为，可自动识别并预警，将预警分析结果发送到各区域网格员，网格员通过现场及AI识别平台处理，智能识别、事件自动分类、自动取证、智能预警，使现场管理部门将更多精力投入到处置过程中，大大提升了项目管理要求、提高违规事件处置效率、降低人工成本。

3.2 试验机远程数据采集监控

自动采集试验机试验过程和结果数据,通过传感技术、移动通讯技术、互联网技术应用，完成试验过程中试验数据的采集，并上传监控平台，从源头保证试验数据的真实性；业主、监理和工程管理人员能及时掌握水泥、混凝土和钢筋的检测质量以及马歇尔试验数据、软化点试验数据、针入度试验数据等沥青各大指标。通过平台就可以查询、统计、分析、追溯各工程项目工地试验室的试验检测数据，同时根据试验检测标准进行数据分析，实现不合格数据的短信报警。

3.3 拌合站生产质量监控

每个标段的拌合站均安装拌合站监控系统。系统自动采集每盘混凝土的浇筑部位、强度等级和出料时间，自动分析每盘混凝土配合比，不合格的通过钉钉推送，相关人整改，同时实现拌合楼混凝土生产数据汇总，辅助工程进度决策。

3.4 检测云系统

试验室实现所有参数在试验过程中及时录入系统，一经采集不可更改。关键参数试验检测数据如混凝土试件抗压强度、水泥胶砂抗压抗折强度、钢筋拉伸试验实现自动采集与传输，所有报告、记录系统内自动生成，试验报告网上审批签发，确保检测报告真实有效。

3.5 双轮铣数字化指挥系统

在西大河防渗墙施工研发使用双轮铣数字化智慧系统，该系统通过数字化模块实现制浆系统自动化操控，引入精密传感、图像识别，移动端APP等技术“增智增慧”，实现精细监测施工参数。将数据加密传输至云端，将实际施工的数据自动引入检验批，自动生成记录及评定表格等，大幅提高了资料编制效率和数据准确度，确保可查可溯，科学核算成本。与传统双轮铣防渗墙施工相比，减少技术人员和资料员50%以上工作量，大幅提升工作效率和现场设备管理水平。

4.项目总结

自开工建设以来，信江航运枢纽项目数字建造应用成果斐然。本项目作为江西省交通运输厅2018年公路水运建设工程BIM技术推广应用试点工程，并参与《江西省公路水运BIM应用导则》编制；2019年，八字嘴航电枢纽被列为“交通部科技示范项目”，作为全国唯一一个入选的水运项目，数字建造部分占据其示范内容的40%；2020年基于信息化应用的网格化安全管理被交通部评为“平安交通创新案例”在全省推广。荣获12项省部级BIM大赛奖项，包括2021年度中国公路学会“交通BIM工程创新奖”一等奖、中国建筑业协会第六届BIM大赛一等奖、第一届中施企协BIM大赛一等奖、第四届“优路杯”全国BIM技术大赛金奖、第五届“科创杯”BIM大赛一等奖、第十二届“创新杯”建筑信息模型（BIM）应用大赛二等成果、2020年度公路学会“交通BIM创新奖”二等奖等。

项目将BIM+应用与管理大纲相结合，在实施过程中切实根据项目需求，深入挖掘项目应用，加强自我总结，努力提升，将港口集团信江航运枢纽项目基于BIM+智慧管理的模式打造成行业标杆，助力水运项目建设管理。