BIM 技术在牟汶河大桥改扩建施工中的应用

申 威，赵 杰，李向阳，崔永林

（1.泰安市公路事业发展中心，山东 泰安 271000；2.山东省交通规划设计院有限公司 全寿命周期BIM 技术应用研发中心，山东 济南 250031）

1 工程概况

牟汶河大桥是山东省S103 济枣线泰新高速立交桥至新泰泗水界段改建工程的节点性工程，桥梁全长847.04 m，与路线90°正交，该桥对既有旧县大桥进行维修加宽再利用。加宽桥梁采用42×20 m 空心板结构，柱式台，柱式墩，桩基础。改扩建技术标准为设计速度80 km/h；荷载等级为公路I 级；设计洪水频率为 1/100；地震动峰值加速度为0.10 g。通过对牟汶河大桥开展BIM 技术专项应用，合理指导施工，提升了施工组织和建设管理水平。

2 专业精细化模型为BIM 技术应用提供基础

本桥属于旧桥加宽再利用，桥梁新结构与旧结构形式不同，为确保实现构件级精细化施工管理，需建立LOD3000 以上的专业化精细模型。通过自主产权的公路桥梁建模软件，设计数据文件直接进行模型创建，利用参数数据自动化生成模型，并携带标准的属性和编码信息，便于模型应用管理，见图1。

图1 改扩建桥梁精细化模型创建

3 基于BIM 进度推演，合理调配施工资源

3.1 基于BIM 的施工资源分析

泰安市徂汶景区计划于2020 年4 月开始进行国家级湿地公园景区验收，届时将进行牟汶河河道蓄水、栽植荷花等准备工作，要求牟汶河大桥改扩建施工在2020 年3 月底前完成河道内全部下部结构施工。因此，原计划2020 年7 月20 日前完成牟汶河大桥左幅加宽盖梁及其他新建盖梁（左右幅）施工需提前至2020 年3 月底。

项目施工工期紧，任务重，需要通过合理化地施工和人员设备投入来保障按时完成建设工作。项目利用BIM 技术合理安排工期和人员设备，按照时间节点倒排工期，分析关键制约要素。

模拟根据桩基础的总数与所提供的1 台钻机钻一根桩孔所用的时间，以及一个桩施工组的人数、设备数量，将桩基础施工分为三个大组。把时间元素赋予BIM 模型，再通过桩基础模型进度推演，获得桩系梁、墩柱及盖梁所需的施工组数量、人数和设备数据，见图2。

图2 基于BIM 模型的进度推演分析

通过结合现有施工设备和人员进行倒排分析，发现制约点在桩基础施工班组,见图3，对桩基础班组人员需求明显过高，需要增加桩基施工设备投入。

图3 人员设备投入分析结果

3.2 工期调整后施工计划合理性分析

桩基施工完成后，受新冠疫情影响，后续桥梁结构施工计划产生了较大的变化和调整，结合实际施工进度情况，项目部重新进行了施工组织计划安排。通过基于BIM 模型构件与施工计划关联，将时间维度与三维模型实现联动，合理统筹施工组织计划。

根据施工组织计划，采用Fuzor 软件进行了4D仿真分析，见图4。存在的问题：（1）墩柱施工完成后，盖梁施工前需至少7 d 养护时间，按照施工组织计划，2020 年5 月12 日完成6#墩柱施工，2020年5 月22 日完成该处的盖梁施工，盖梁施工所需工期为10 d。墩柱与盖梁工期过近，墩柱养护时间不足。（2）根据施工计划，一套墩柱模板使用周期为2 d，以6#为例，施工班组有柱模板3 套，6#左右幅共新建6 棵墩柱，理论需要4 d 施工时间，计划施工时间为是3 d，故需要增加模板。（3）施工班组潘炳柱组需要施工7/8/17/18/19 五排盖梁，但盖梁模板只有底板3 套、侧板1 套，按盖梁10 d 的施工时间计算，无法在计划时间内完成，需增加模板方能满足工期要求。

图4 利用Fuzor 进行施工组织4D 仿真

通过问题排查，分析墩柱和盖梁施工的关键时间节点，内置混凝土养护时间限制条件，对施工组织计划进行合理调整；通过增加盖梁模板合理调整施工安排，确保满足施工工期控制节点要求。

4 高精度无人机倾斜摄影应用

无人机倾斜摄影测量技术能够提供三维点云、三维模型、真正射影像、数字表面模型等多种成果形式。通过无人机倾斜摄影对桥址区范围内0.98 km2开展航摄工作，为项目BIM 应用提供高清三维实景模型，见图5。

图5 无人机倾斜摄影获得三维实景模型

为了验证三维实景模型的精度，在获得的实景三维模型上根据所做标记量取10 个控制点的空间三维坐标，并与现场RTK 实测三维坐标值进行对比计算，结果见表1。可以看出，平面误差为±2.6 cm，高程误差为±1.5 cm，满足实际应用需求。

表1 模型误差对比

5 基于BIM+GIS 的信息平台化集成应用

在获取了施工现场实景模型、BIM 模型、施工过程信息、设计图纸等多种来源的数据后，基于统一的BIM 信息编码，开展基于GIS+BIM 的施工信息平台化集成应用，见图6。

图6 现场视频与倾斜摄影和BIM 模型的平台集成

（1）基于施工进度数据可以在平台中查看施工进度，通过接入现场视频监控能够实时查看现场施工状态，并将进度信息与之对比。（2）通过施工过程中计量、质量、安全等文档和BIM 模型构件的关联挂接，实现基于桥梁构件的施工信息集成查询。（3）通过设计图纸与BIM模型的关联方便查看设计图纸，也可以通过点击BIM 模型构件查看基础设计信息方便施工管理和使用。见图7。

图7 BIM 与设计施工信息实现可视化挂接

6 结语

通过建立精细化的专业扩建桥梁模型，并开展施工期的BIM 技术应用，在施工内容开展前规避问题，确保人员设备投入与工期的匹配，制定成本与工期更合理的施工方案。（2）利用BIM 技术支撑，通过仿真分析可以发现施工过程中的技术难点、施工难点，及时排除安全隐患，提升过程计划、资金支付、安全隐患排查多方面的控制能力。（3）BIM技术在公路交通行业专业化建模、贴合施工实际开展应用方面还处于起步阶段，仍然有很多亟待解决的问题，需要结合项目实践开展针对性应用，真正服务于施工和项目管理。（4）BIM 技术的深入应用需要施工现场的信息化支撑、建设方的集成管控、设计方的信息支持等多方的协作，才能使项目开展的更为顺畅有效。