基于BIM信息化平台的转体桥梁工程精细化管理——以昆楚高速上跨成昆铁路桥

谢瑞龙，李毓，黄永强，李勇兵，谢沁芸

（1重庆市建筑科学研究院，重庆 400016；2云南省交通运输厅，云南昆明650031；3云南昆楚高速公路投资开发有限公司，云南昆明 650030；4昆明乐宁教育信息咨询有限公司，昆明 650032）

0 引言

转体桥梁属于桥梁工程中比较特殊的一种施工方法，桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作浇筑或拼接成形后，通过转体就位的一种施工方法。它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。根据桥梁结构的转动方向，它可分为竖向转体施工法、水平转体施工法（简称竖转法和平转法）以及平转与竖转相结合的方法，其中以平转法应用最多。主要应用于上跨峡谷、河流、铁路、高速公路等不能做支撑的情况。转体桥的转体系统由下转盘、上转盘、球铰、滑道、牵引系统组成，转体过程一般通过千斤顶对拉牵引索，形成旋转力偶，实现转体。

1 工程概况

昆楚高速（勤丰至和平试验段）主起点K60+622，位于禄丰县大德村，路线由东向西布线，全长733m。其中大德大桥跨越成昆铁路（大德站与勤丰营站间），跨越铁路立交桥为该项目的重点工程。上跨成昆铁路立交桥工程分为左右两幅，左幅桥梁全长254m，右幅桥梁全长294m，造价约7000万。该工程采用转体施工，整幅进行转体，将T构逆时针方向转体66°至成桥位置，速度0.016～0.02rad/min，重量约15000t，一次转体就位，转体作业时间约60min。

转体桥梁施工环境复杂、施工难度大、要求高、工期紧、协调关系多、信息量巨大，传统施工管理中亟待解决以下问题：（1）传统桥梁设计与施工阶段严重脱节，全过程管理无从谈起；（2）项目管理粗放化严重，缺乏精细化管理与先进技术的融合；（3）业主在整个管理过程中参与度低，缺乏应有的话语权；（4）项目实施过程中信息量巨大，参建各方难以及时获取有效信息，实现协同管理。鉴于此，该项目拟采用基于BIM技术的工程管理信息化平台来实现转体桥梁工程从设计到施工再到运维的全过程信息化管理，从而实现项目精细化管理，保证项目的质量、安全、进度、成本、环保等目标的实现。

BIM的价值在于工程设施全生命的信息管理，BIM技术的应用围绕工程设施的设计、施工、运维等过程展开[1-2]。

在设计阶段，采用BIM核心建模软件进行建模，可以与专业分析软件进行数据交互，实现节能分析、环境分析、客流量分析、结构分析、统计算量等功能，并且可以很方便地进行方案比选和优化；利用模型的三维特性，可以通过虚拟漫游、3D打印等技术更好地进行方案展示；利用构件的空间几何信息，可以检查多专业设计带来的管线碰撞、空间冲突，提高设计质量；利用模型的三维属性，可以自动生成图纸，并且在某一处设计发生变更时，可以进行关联性的自动修改[3]。

在施工阶段，可以利用模型的三维可视化特性，将各构件与施工进度数据关联，形成建造过程的动画，即“4D”BIM；在结合各构件的建造费用(或资源)，形成3D模型+时间+成本的“5D”BIM；在施工过程模拟中，可以考虑场地内的施工机械运动(如车辆路线、塔吊旋转等)，并检验整个施工过程中是否存在空间冲突[4]。应用BIM技术，还可以提高施工的精度和自动化程度：从BIM模型中提取空间数据，导入GPS中，可以实现辅助放样；对于施工过程监测数据，可以通过BIM技术进行三维可视化的云图式呈现；对于工厂预制构件，可以将几何数据导入加工机械中，提高预制构件的加工精度；对于构件植入RFID芯片，结合物联网技术，可以提高物资信息的管理效率。对于大体型的结构物，在结构建成后，可以通过三维激光扫描数据与设计数据的比较检验施工质量。

在运维阶段，BIM在建筑领域主要应用在空间管理、资产管理、维护管理、公共安全管理、能耗管理等几个方面。空间管理包括空间分配、空间规划、租赁管理等，资产管理包括日常管理、资产盘点、折旧管理、报表管理等，维护管理包括维护计划、巡查管理和报修管理等，公共安全管理包括火灾报警、安全防范、应急联动，能耗管理包括数据采集、数据分析和报警管理等。其中，桥梁结构可以借鉴的领域主要包括资产管理和维护管理[5]。

BIM的出现，使交通道路从传统的二维设计转变为三维设计。使用基于BIM的软件系统，先进行结构的三维设计，然后通过生成二维的工程图，再将工程图交付施工现场[6]。在设计过程中可以随时直观地看到结构的三维模型，这个三维模型不同于CAD中的三维模型，它包含结构构件名称、生成方法、与其他构件的逻辑关系等信息[7]。BIM使设计过程中协同更简便。BIM将整个设计整合到一个共享的三维信息模型，各设计人员通过共享的三维模型进行分项设计，同时可以查看到其他设计人员的动态，随时发现相冲突的地方，并及时调整自己的设计。修改后的设计可以及时反馈到其他设计人员，将原来设计人员的口头沟通转化为软件系统识别，极大地提高了设计效率，保证了信息传递的完整和准确性[8]。

在BIM技术的革新中，工程界的许多领域，如建筑、市政、工业等领域，都从其强大的信息整合能力受益，公路工程中的BIM应用也正在蓬勃兴起。可以预见，BIM技术在公路工程规划、设计、建设及运维阶段的项目管理方面可以发挥巨大的作用。

BIM技术应该是一个工程全生命周期的应用，涵盖了从规划到设计再到施工，最后到运维阶段的一系列的应用，理论上应该是包罗万象的。在我们实际应用过程中，在规划、设计阶段更多的是应用可视化这一特点，如三维协同设计，设计过程三维化，所见即所得，再通过工具应用实现多专业多角度的仿真分析及评价，例如方案比选优化、碰撞、视距分析等，最后提供BIM模型及数据信息成果，为后续的建设期及运维期提供应用基础，这些应用大部分都是工具级的，可以利用现有的BIM软件原生的工具及一些二次开发的工具来实现[9]。而在建设及运维阶段更注重的是信息的管理，模型这个时候更多的是作为一个信息的载体和管理的对象，通过信息应用在施工阶段可以实现施工组织推演、进度、投资、质量、安全等方面的高效、精准管理，运维过程能够对资产及养护信息进行集成管理，而这些应用大部分都是需要利用集成的平台来进行的，也就是平台级的应用。所以BIM技术在公路工程上的应用应该是包含工具及平台的庞大的系统性应用[10]。

目前国内主要的BIM管理平台分为两类，第一类是专业软件公司制作的通用性管理平台，如鲁班、广联达、品茗等；第二类是一些咨询公司根据业主需求定制开发的平台，如设计院、软件开发公司等。鲁班是国内较早进行BIM数据管理平台开发的公司，目前其产品主要涉及建筑工程平台、路桥市政平台、智慧城市平台。鲁班平台利用云服务器进行底层建模数据的提取与处理，最终供应用端使用。该平台具有良好的用户体验。品茗公司在数据管理平台方面起步相对较晚，但其发展思路和模式与鲁班类似。广联达的数据管理平台主要依赖其BIM5D管理平台，但是该平台以单机版的形式进行推广，使得企业的数据集成难度加大。国内定制开发的平台主要是设计院和软件开发公司，设计院的平台虽然从界面上看内容涵盖丰富，但是毕竟由于专业的限制，使得平台在开发过程中更多的是站在设计方角度进行开发的。定制开发是目前很多大型项目采用的主要方式，该方式的主要优势在于信息存储安全、功能个性化定制、界面优化简介、使用便利高效。

2 基于BIM技术的项目信息化管理平台应用

2.1 平台功能规划

基于BIM技术的项目信息化管理平台的主要用途，是为了更好地实现施工过程的精细化管理，因此良好的功能规划将决定系统的成败与管理效果。根据工程项目管理理论以及工程实践，该项目的信息化管理平台的主要功能包括：信息化管理、质量管控、投资管理、进度管理、安全管控等几个部分，具体详见图1。

2.2 平台整体构架

平台的整体框架涵盖项目准备阶段、施工阶段和运维阶段。利用云服务器和云计算功能实现从BIM模型创建到PC端管理平台以及移动端APP的管理应用，详见图2。

2.3 平台信息管理功能模块

图1 基于BIM技术的项目信息化管理平台功能规划示意图

图2 基于BIM技术的项目信息化管理平台整体框架示意图

根据管理需要及档案归档要求，建立在线档案库，实现资料的在线归档及分类查阅。在通过模型沙盘快速拾取各部位（构件）的质量、安全、投资、进度、信息及相关施工方案、施工图、会议纪要、监理通知外，可督促项目资料的同步编制，随时检查档案完整性，确保项目竣工验收阶段快速完成档案验收并归档移交，提升项目档案管理水平，详见图3。

2.4 平台进度管理功能模块

通过计划进度的导入，自动生成项目计划进度预演，进一步细分年、月、日施工任务量，辅助制定项目用地计划、拆迁计划、材料采购计划、试验检测计划、资金使用计划等；随着实际进度的填报，自动生成项目形象进度及项目进度偏差展示；对于关键线路延期自动预警，项目管理人员实时掌握项目进度情况并对偏差做出及时调整，确保项目进度的整体可控，详见图4。同时，进度管理还可以完成施工进度仿真，详见图5。

图3 基于BIM技术的项目信息化管理平台信息管理功能模块示意图

图4 基于BIM技术的项目信息化管理平台进度管理功能模块示意图

图5 基于BIM技术的项目信息化管理平台施工进度仿真块示意图

此外，在实际工作中，项目的平台还可以用于计划进度与实际进度的比对。通过工程管理平台电子沙盘模块，与无人机现场巡视结合，使工程形象进度更加直观，丰富。图6中18#墩桩基进度差异经比较后，BIM模型有直观的展示，施工方立即增加设备确保18#墩侧边坡围护结构的形成，方便后续承台的施工。

图6 基于BIM技术的项目信息化管理平台进度差异分析示意图

2.5 平台协同管理功能模块

实现了对施工方案报审、现场施工报验、中间计量申请、质量安全协同处理、专题报告审批等多方协作事项，实现了在线任务填报、参建管理人员在线审批，提高了沟通效率，加快了任务处理速度；通过任务流程的在线查询，实时掌握任务审批进展，实现了各项协同任务的在线发起与逐项处理解决，提升了整体管理水平。该项目的平台协同管理主要应用点包括：任务协同、方案审批协同、质量整改协同、安全问题协同，详见图7、图8、图9。

图7 基于BIM技术的项目信息化管理平台任务协同管理示意图

图8 基于BIM技术的项目信息化管理平台质量整改协同管理示意图

图9 基于BIM技术的项目信息化管理平台安全问题协同管理示意图

项目平台利用PC端和手机APP端实现信息联动管理，对质量整改问题实现协同。

3 平台应用点小结及效果分析

3.1 应用点小结

该项目基于BIM技术的项目信息化管理平台对桥梁工程进行管理，主要应用点如下：

（1） 信息管理

建立在线档案库，实现资料的在线归档及分类查阅。通过模型沙盘快速拾取各部位（构件）的质量、安全、投资、进度信息及相关施工方案、会议纪要、监理通知等，并督促项目资料同步编制与完整性的检查，确保项目竣工时快速完成档案验收并归档移交，提升项目档案管理水平。

（2） 进度管理

通过计划进度的导入，模拟建造过程，辅助制定项目用地计划、拆迁计划、材料采购计划、试验检测计划、资金使用计划等。实际施工进度的填报，自动生成项目形象进度及偏差展示，对于关键线路延期自动预警，实时掌握项目进度情况并对偏差做出及时调整，确保整体进度满足要求。

（3） 投资管理

收方记录、工程变更与中间计量资料的实时与模型关联实现在线查阅，形成竣工工程量。

（4）协同任务管理

对施工方案报审、现场施工报验、中间计量申请、质量安全协同处理、专题报告审批等多方协作事项，实现了在线任务填报与审批，提高了沟通效率，加快了处理速度。通过任务流程的在线查询，实时掌握审批进展，实现了各协同任务的在线发起与逐项处理解决，提升了整体管理水平。

3.2 应用效果分析

（1）通过可视化管理平台

实现了项目管理信息在线归档与实时查阅、项目进度模拟与形象进度展示及偏差分析、协同任务的在线处理，提高了整个项目整体管理水平，节约了硬件投资约62万，达到了信息化工程管理目标。

（2）前置管控理念

成功植入设计师、工程师理念，在项目前期规避了大量的返工风险，防范了重大安全、质量事故的发生，提高了转体结构桥梁的工程质量，成果斐然，优化主墩及20—22#墩（台）支架现浇施工工艺，节省施工时间，目前已为工程节约改造成本48万，为实现优质工程打下坚实基础。

（3）工程技术交底

成功应用BIM模型、三维深化图和施工动画技术交底，对重大施工方案进行论证及优化，同时快速提高各参建单位人员的整体技术水平。

（4）队伍建设与人才培养

建设单位培养了大量BIM人才、积累BIM应用经验，通过该工程BIM建模及项目管理平台应用，再加上BIM技术人员的实践应用，大大提高了单位的BIM整体技术和信息化服务水平。

4 结论及展望

该项目将BIM建模、碰撞检测、施工动画仿真、无人机三维实景建模、三维激光扫描等多种前沿技术融入到转体桥梁项目中，将多种数据信息集成化开发出基于BIM技术的项目管理信息化平台，为实现转体桥梁精细化施工管理奠定了坚实的基础。实践证明，BIM技术在发现图纸错误、技术交底、工程量统计、碰撞检测、信息集成等方面较传统管理模式具有无可比拟的优势，该技术的实施为项目管理带来了巨大的技术经济效益，具有良好的推广前景。随着科技的不断进步，BIM技术必将获得更大的发展，BIM+3D打印、BIM+IOT、BIM+GIS、BIM+新工法交底、BIM+VR、BIM+AR、智慧工地等新技术必将逐步进入项目精细化管理领域。