山区超宽特大型拱桥建设期BIM协同管理平台研究及应用分析

郑鹏鹏、闫振海

（1.贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001；2.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京 100088）

0 引言

2023 年2 月，中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，进一步明确各行各业的数字建设发展方向。交通基建领域尝试通过新型的BIM、人工智能、云计算等技术推动行业转型升级，提高基建项目建设的质量和效率，高质量完成数字交通建设。

山区桥梁建设需考虑山区地形、地质及水文的特点，整体向着“更大、更长、更柔”的方向发展，建设过程面临很多的技术和管理问题，亟须技术、方法革新。对此，闫振海[1]等对上承式钢管混凝土拱桥BIM 模型技术和管理技术进行了研究，赵伟[2]等对平塘特大型桥斜拉桥进行BIM 管理技术的研究。很多学者在桥梁BIM 技术研究方面开展了多方面的工作。但是，在山区超宽特大型拱桥建设期BIM 协同管理平台的研究不够深入，更多局限于单点应用。

依托贵州仁遵高速大发渠超宽特大型桥项目，以项目生产需求为导向，利用大数据、物联网、云计算、多终端等技术，开展山区超宽特大型拱桥建设期BIM协同管理平台研究，以达到“提质增效、降本溯源”的目标。

1 总体技术路线

1.1 总体框架

BIM 协同管理平台是以BIM 模型为载体，利用BIM 技术“完备性、关联性、一致性、联动性”[3]的特点，结合物联网、大数据、云计算及多终端等技术，实现山区超宽特大型拱桥的可视化协同管理，缩短工期，减少沟通成本，提高工程质量。

具体而言，结合大发渠超宽特大型桥项目的特点，研发可视化的BIM 协同管理平台，实现基于BIM模型的施工全过程信息管理[4]。BIM 协同管理平台通过“岗位级”应用，实现传统二维化工作模式的信息化和可视化；在信息化和可视化的基础上，实现“项目级”的自动化，最大限度地解放现场的劳动力；最终，实现整个集团项目的智能化施工。

BIM 协同管理平台采用GIS+BIM 的模式，系统管理整体架构为“数据同源，多终端协同”的工作模式，即一个数据中心，包含PC 端、移动端和网页端在内的多终端。

1.2 逻辑架构

在总体架构下，开展系统逻辑架构研究，遵循“标准先行、保障安全”的原则，BIM 协同管理平台主要从数据感知层、基础设施层、数据层、应用服务支撑层及应用层进行系统架构搭建，最终实现施工过程进度、质量、安全、物料、成本、3D 可视化等业务的可视化管控。

2 BIM 协同管理平台关键技术研究

2.1 模型轻量化技术

要实现模型和三维实景的高效集成，无论对于硬件设备还是软件都是一个极大的考验。在BIM 协同管理平台研发过程中，关键技术之一是BIM 模型的轻量化，轻量化的目的在于使十几GB 甚至几百GB 的模型按照一定的规则轻量化，保证BIM 模型和三维实景模型的可操作性。具体模型轻量化技术研究路线如图1 所示。

图1 模型轻量化技术路线

从上述技术路线可以看出，模型轻量化主要是通过自主研发转换程序，实现三维实景和模型信息分离，然后分别从三角网mesh 面和模型信息两方面着手进行轻量化。其中，三角网mesh 面轻量化的原则在于保证原有结构物形状精度的情况下，对三角网mesh 面进行删减优化，减小模型体量；模型信息的轻量化主要是依据现场实际需要，将多余冗赘的信息删除优化，减少信息体量。

2.2 多平台融合技术

BIM 协同管理平台是开放式、集成式平台，山区超宽特大型桥梁涉及物料系统、预制梁厂管理系统及成本管理系统。多平台融合技术主要从编码处理、建立中心数据库和业务层三个方面进行研究。编码处理可采取各系统统一编码的思路，由于不同的系统涉及的专业业务逻辑不同，所有系统编码统一的难度较大；大发渠超宽特大型桥编码采用另外一种处理方式，即采用编码映射的方式实现不同系统之间数据互通。

但是，若有多个系统分别两两编码进行映射，工作量较大，而且容易出现错误。故大发渠超宽特大型桥建立中心数据库，编制中心编码并提供标准化接口，各系统以中心数据库为中心进行集成，效率得到提升。数据层打通之后，各系统之间的业务数据需要进行集成整合，业务层需合并重复业务模块。

BIM 协同管理平台利用自身的优势，进行多平台集成。多平台融合技术路线如图2 所示。

图2 多平台融合技术路线

3 案例分析

3.1 工程概况

大发渠超宽特大型桥全长1448.5m，主桥为410m的上承式钢管混凝土拱桥，桥梁宽38.25m，位居同类型桥梁前列，是仁遵高速RZTJ-5 合同段关键性工程。采用标准跨径的40mT 梁，结构如图3 所示。

图3 项目概况

3.2 BIM 协同管理平台

3.2.1 BIM 模型的建立

（1）模型建立

大发渠超宽特大型桥根据自身钢结构的特点，选用最适合钢结构的BIM 软件Tekla Structures。在大发渠超宽特大型桥BIM 技术路线的顶层设计下，根据最新的施工图纸，结合现场的施工组织设计，建立不同精度的BIM 模型。项目BIM 模型精度根据需求进行分类（见表1）。

表1 BIM 模型精度

同时，BIM 模型建立完成之后，需赋予每个构件独立唯一的ID，实现每个模型构件“一物一码”。与该构件有关的信息均通过该ID 进行信息集成与交互，该ID 在大发渠超宽特大型桥指WBS 编码。

（2）WBS 编码研究

BIM 协同管理平台进度、质量、安全等业务数据的采集分析，以及与外界信息化系统交互的核心为WBS 编码，故WBS 编码应作为基础性工作首先开展。大发渠超宽特大型桥WBS 编码研究原则为：依据《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2017）以及现场的施工组织设计进行编制。

3.2.2 BIM 协同管理平台研发

结合大发渠超宽特大型桥的特点，开发BIM 协同管理平台，主要包含岗位级的信息化、可视化的功能和项目级决策的自动化功能模块，如图4 所示。

图4 BIM 协同管理模块功能

上述功能模块坚持“多终端数据同源”的思想，故大发渠超宽特大型桥BIM 协同管理平台采用多终端协同的模式。其中APP 端主要利用移动端便携的特点，将物联网等技术用于数据信息采集和便捷查询，PC 端主要以BIM 模型为载体，以模型构件为基础单位进行信息高度集成，实现进度、质量、安全等多业务信息集成，Web 端主要通过网页端实现基本信息和数据管理。

4 结论

通过对山区超宽特大型拱桥建设期BIM 协同管理平台的总体架构、逻辑架构、轻量化技术及多平台融合关键技术研究，并进行工程实例的验证，得出如下结论：

其一，BIM 协同管理平台研发应坚持标准先行，保障安全的原则，加强顶层规划设计；

其二，模型轻量化及多平台融合技术是制约BIM协同管理平台研发的关键因素，关键技术的解决可以提高BIM 协同管理平台的可操作性及使用性能；

其三，BIM 协同管理平台的使用，可极大提高施工现场的管理沟通效率，达到提质增效、降本溯源的目的，助力桥梁产业转型升级。