基于BIM＋智慧工地精细化协同管理平台架构

刘守宇，宋海港，周亮，朱留洋

（1重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆 400016；2重庆科技学院 建筑工程学院，重庆 401331；3中铁大桥局集团第八工程有限公司，重庆 400026）

0 引言

桥梁跨度的增加和结构的复杂化是轨道桥梁发展的重要标志，在更多新材料、新工艺的加持下，低碳、环保成为政府部门对现代桥梁建设的重要要求，而桥梁建设工程中，过程越来越复杂，信息化程度也越来越高。在这种形势下，管理并利用项目施工中的工程数据是轨道桥梁项目建设的重要要求。一般来说，项目施工过程中涉及建设单位、设计单位、施工单位、监理部门、物料供应商等。在数据审查的过程中，各部门的条件各有差别，共享信息的程度较低，掌握的工程资料较少。倘若在项目施工过程中沟通较少，就会使施工出现偏差，造成工期延误、成本增加等一系列问题。

为了减少此类情况发生，就需要采取更加有效的方法。目前基于BIM技术的施工管理平台在实际工程中得到了一定的应用[1-6]，不仅能够优化数据与信息的传输，还可以清除多余的信息，更加全面和高效地记录整个施工过程。参与建设的各方在管理平台上可随时查看施工进度情况，增强了各个单位之间的信息互通，避免了信息传递延迟、权责不清等问题，降低了工程成本，加快了施工进度，提高了施工质量，增强了信息化传输能力。

1 轨道桥梁建设与管理中的指令性控制问题

随着城市轨道交通的蓬勃兴起，具有更加节能、便利等优势的轨道交通方式成为大城市发展的必然条件。而仅仅通过指令性的控制无法有效掌握设计、施工的进度和质量，直接造成了进度上的滞后、工程质量的缺陷。由于轨道交通项目难以有效进行协同，协调不畅常常导致深化设计深度不足、广度不够、工程量测算偏差大等问题，造成了资源的浪费、建造成本的增加、工期的延后，出现质量和安全问题等。

这些问题不仅降低了管理效率，也在各个层级上造成了管理成本的增加，影响各阶段的质量。通过信息化的方式实现对工程项目的强力管控，解决手段落后的问题，成为项目建设管理方面临的挑战。针对轨道交通项目存在的这些问题，通过引入BIM协同管理平台，解决施工现场沟通困难、信息不协调的诸多问题，可为施工管理向着精细化发展提供一种相对有效的方式。

2 工程概况

重庆市轨道交通十号线二期南纪门长江轨道专用桥，位于重庆南滨路站与七星岗站之间，最南边是南滨路站地铁隧道。大桥上跨南滨国际裙楼，并于南滨国际两座塔楼中间穿过，上跨南滨路，跨越长江进入渝中区，上跨滨江公园、长滨路、中兴路、南区路与拟建的雷家坡立交引入七星岗站地铁隧道区间，上游距重庆长江大桥约450m。全桥长1222.35m（含桥台及挡墙范围），主桥采用五跨高低塔双索面半漂浮体系斜拉桥，跨径布置为（34.5+180.5+480+215.5+94.5）m；引桥采用三跨等截面连续梁桥，跨径布置为（2×70+65）m，主桥及引桥主梁均采用钢箱叠合梁的形式，桥塔为门型桥塔形式，其中南主塔高160m，北主塔高229m。

3 协同管理平台的构建

3.1 系统整体框架的设计

以轨道交通建设过程，尤其是以施工阶段现场信息化、可视化管控为落脚点，开发基于BIM技术的智慧工地管理系统[7]，对系统架构进行设计，形成将BIM技术与智慧工地技术深度融合，面向工程建设，尤其是轨道交通建设实施阶段的信息化管控系统。协同平台模型在逻辑设计上包含五个层次，分为标准层、数据层、平台层、应用层和用户层。各参与方在应用层进行操作，工程项目的各种数据由数据层集成，传输至平台，平台对这些数据进行分析和应用。

标准层是构成开放式BIM平台基础的模型标准、数据标准及应用标准。数据层、平台层则共同构成了协同工作平台的运行系统，数据层包含有BIM模型数据、GIS数据以及视频监控，各项数据源于工程建设过程的不同阶段，随着工程的进展而变化。在施工管理工作中，各相关主体都可及时提取与共享所需信息，通过数据层对项目各阶段信息数据进行查看与修改，再借由平台层的接入，通过使用BIM的数据共享及信息跟踪等服务，将平台实际应用到项目中去，实时掌握安全隐患动态以及整改情况，并将这些信息反馈给相应的参与方。应用层包括安全管理、质量管理、进度管理、成本管理与协同管理等，管理者可通过PC端或移动端实时掌握工程质量问题和工人安全情况，了解工程的进度状况等。基于BIM+智慧工地集成工作平台的系统架构如图1所示。

图1 BIM+智慧工地集成工作平台系统架构

3.2 系统的功能架构

为了满足实际需求，将BIM模型、智慧工地与施工管理平台融合到一起，打通了各方数据，避免了信息传递延迟、权责不清的问题。基于BIM技术的智慧工地平台方案架构主要包括五方面：进度管理、质量管理、安全管理、成本管理和协同管理。各系统功能，如图2所示。

图2 BIM+智慧工地集成工作平台功能架构

3.2.1 安全管理

运用BIM技术识别各个模块，在平台上展示隐患点、隐患等级和隐患状态，并进行三维可视化，确保现场安全。如果隐患超标，在系统中设定要求，及时修正，并向责任人报告。安全管理控制点和实施点可在平台上标识，合理组织安全管理人员进行有效的安全监控。

3.2.2 质量管理

在项目施工前，可以建立该项目的BIM模型，利用BIM技术的可视化特性模拟关键施工过程。施工人员根据模拟施工过程中可能存在的相关问题以及可行性，来完善施工方案，同时也能对整个施工环节加深认识。在工程建设中，通过比较BIM模型和现场施工，可以实时验证工程的施工质量。此外，质量信息可以与现场智能平台进行连接，找出不同级别的质量问题，及时采取措施，避免质量事故的发生。将工程项目的相关施工技术和方案内容添加到平台上，使各方人员都能实时查看、验证质量。施工完毕后，施工单位在平台上进行质量验收，形成验收记录并保存在系统中。

3.2.3 进度管理

项目组成部分通过BIM技术与进度表相连，通过网络图的形式，展示具体的进度和时间。在平台上可以实时监控施工项目的具体进度，进行对比之后，确认进度是否出现偏差，可有效防止过大偏差的产生。

3.2.4 成本管理

运用BIM模型来掌握成本变动的各种因素，规范化的管理使工程投资在设计、施工和运营方面更加合理。通过立体化的建模，将施工的成本信息与实体建筑相互关联。项目的每个阶段对应相应的BIM模型，倘若在施工中发生变化，则依据动态的BIM模型数据库，更新施工的相关信息，共享施工数据。参建各方人员及时掌握施工变更的情况，使施工方案更加合理。

3.2.5 协同管理

通过建立标准模型库的方式，在BIM+智慧工地管理平台上，实现各参与方之间的信息协同。运用互联网，使平台作为媒介协调各单位之间的信息，让各方能够及时掌握施工的具体情况。

3.3 实现桥梁运营平台设计的关键技术

3.3.1 主体与BIM建模及模型维护

以南纪门长江轨道专用桥为例，无论在质量管理方面，还是安全管理方面，均建立施工阶段BIM桥梁模型。主体模型包含基础、桥墩、主塔桥台、钢箱叠合梁、桥面系、景观、机电及导向标示等模型，根据相关资料整合调整优化BIM模型，使模型深度结合图纸，满足项目需求，确保图和模型一致，真实反映设计情况。通过对其进行施工模拟及重点抽查，如发现存在不合格的情况则退回修改，直到达到可以指导现场施工的要求，并且对其进行记录，从而达到为下一个项目提供参考的作用。南纪门长江轨道专用桥BIM模型，如图3所示。

图3 南纪门长江轨道专用桥BIM模型

3.3.2 附属BIM模型建模及模型维护

以南纪门长江轨道专用桥为例，通过建立各阶段桥梁附属BIM模型，从安全管理方面，包含主体范围内场地地形及既有建筑物建模、周边管网建模、施工平面布置建模、施工各类临时设施建模（含预应力体系、临时支架、模板、栈桥、施工平台、安全文明）、施工机械设备建模等，利用BIM模型对施工过程进行模拟，查看是否存在安全隐患，是否超出安全等级，若超过等级，则对其进行整改，整改之后再重新模拟。通过反复模拟施工过程使其达到安全等级要求。南纪门长江轨道专用桥施工部分模型，如图4所示。

图4 南纪门长江大桥施工模型

3.3.3 专业整合协调冲突检测

通过整合各专业BIM模型，建立标准的模型库，提交专项技术分析及冲突分析报告，通过平台协同，确保施工前消除所有错漏及隐患，达到施工信息的协同管理，确保各参与方所获得的信息一致，包含设计图面表达问题、普通钢筋与预应力穿束直接碰撞、临时措施设施与设计构件的碰撞等，确保消除图纸错漏，如图5所示。

图5 构件主筋碰撞检查

3.3.4 施工综合评审制度

建立施工综合评审及交底机制，所有施工内容需要在施工1～2月前完成BIM施工综合评审，即在BIM数据支撑下，进行图纸、技术、模型、质量、安全进度等全方位综合评审，消除全部设计错漏碰缺，针对隐患做到提前防范，做到管理前置，防范未然，提升施工管理品质。

综合评审制作、评审组织及跟踪协调，确保达到施工交底、施工指导的目的。从技术、安全和进度层面提出的相关评审要求，见表1。

表1 从技术、安全和进度层面的相关评审要求

4 结语

本文以南纪门长江轨道专用桥为例，构建了包含五个层次的基于BIM技术的智慧工地协同管理平台。管理平台包含安全管理、质量管理、进度管理、成本管理及协同管理五大功能模块，以BIM模型为载体，建立数据库，利用BIM技术对施工过程进行模拟，以消除安全隐患，帮助项目团队提高管理水平。同时，通过建立标准模型库，使工程信息得到了高效的整合与共享，更好地协同各方对项目进行管理，有效提升了轨道交通项目工作管理效率与质量，对其他的轨道桥梁项目具有一定的参考意义。