BIM技术在大型跨海通道工程中的创新应用

文 | 中路高科交通检测检验认证有限公司

/ 六个应用重难点/

大型跨海工程建设规模大、工程类型多、技术难度高、施工组织复杂，为项目的建设管理带来了巨大的挑战，而BIM技术的普及和数字化、网络化、智能化的发展趋势为解决管理难点指明了新的方向。

重难点一：桥梁工程领域BIM生产能力与期望值严重不匹配

在设计阶段，大量桥梁工程BIM项目选择了先设计、后翻模的方式，整体建模仅能达到初步设计程度，如果想达到施工深度程度，只能挑选个别节点应用，需要探索出一条桥梁正向设计的技术路线，提升设计品质和设计效率。

重难点二：各参建方的BIM模型与成果难以兼容

在桥梁全寿命周期建设过程中，“设计-施工-运维”阶段重复建模，导致工作效率低下且难以实现业务数据的有效传递，需要探索一套大型跨海桥梁BIM技术应用体系，充分发挥BIM的信息集成与传递作用。

重难点三：GIS平台与基于CAD图形引擎开发的BIM软件兼容性差

当前项目管理所使用的BIM平台普遍基于GIS平台开发，但是GIS平台与基于CAD图形引擎开发的BIM软件兼容性差，导致BIM模型在通过格式转换进入GIS平台时效率很低；此外，GIS平台对三维模型的显示效率低，不能矢量化展示BIM模型的几何细节尤其是内部构造，同时对CPU/GPU的性能要求高，只能在高性能图形工作站上运行，制约了BIM的普及应用，亟需研发高性能“BIM+GIS”平台，让普通电脑和手机都能流畅运行，充分发挥BIM技术的管理价值。

重难点四：管理效率难以提升

大型跨海桥梁工程参建单位众多，而进度、质检、计量与档案的工作衔接完全依赖BIM技术在大型跨海通道工程中的创新应用的点对点沟通，效率低下且错误难以避免，导致管理效率难以提升。由于各项业务未形成易于维护的协同编码体系，业务协同也难以通过信息化手段实现，需要建立统一的BIM协同管理编码体系，打通业务断链，提升工程管理自动化水平。

重难点五：传统档案管理模式难以满足项目管理需求

大型跨海桥梁工程建设规模宏大、建设周期长、参建单位多、标段所在地分散，基于这些特点，传统档案管理模式在规范性、同步性等方面难以满足项目管理需求。现有行业内电子签名体系普遍采用物理密钥，难以适应移动化的办公需求。此外，由于管理思路相对传统，电子档案在建设管理中没有得到充分利用，需要基于BIM技术全面推广移动电子签名与电子档案利用体系，推动行业向“无纸化、移动化、便捷化”发展。

重难点六：项目进度和安全管理面临较大挑战

大型跨海工程施工工艺复杂、施工监控要求高、海上安全问题突出，给项目的进度和安全管理带来较大挑战，需要利用智能化技术及智能化设备对人员、机械、材料、环境进行数据自动化采集、传输和智能化监控，实时掌握现场动态，进一步通过BIM技术提高物联网监控的可视化水平，辅助项目决策和远程调度管理。

/ 五项主要工作/

结合施工项目——黄茅海跨海通道工程的重难点及BIM技术应用需求，“BIM技术在黄茅海跨海通道工程中的创新应用”项目组以“数字化”和“信息化”为手段践行现代工程管理理念，制定了数字化五大主要工作内容。

BIM标准与咨询

数字化的应用点众多，为保证项目数字化工作的统一性、协调性和兼容性，项目组开展了标准体系的制定工作。项目组通过编制总体规划和实施方案，确立了数字化的应用目标、工作要求和应用策略；通过制定项目级数字化标准，明确了建模交付、分类编码、数据接口和技术应用的标准；通过制定各参建方数字化工作实施方案，指导BIM技术应用和数字化工作开展。此外，为了保证数字化应用实施的落地性，项目组还开展了全过程咨询工作，有力保障了数字化工作有序开展。

BIM 技术应用内容

BIM模型应用

项目组建立的桥梁BIM正向设计体系，进一步统一了BIM建模平台与建模标准，将设计BIM模型的信息充分传递到施工期，避免施工模型大量重新翻模，解决了施工期BIM技术应用成本高、效率低、信息丢失严重等问题，真正发挥设计期BIM技术成果的价值。在施工阶段通过建立BIM模型与工程编码的映射关系，实现工程进度、质量检验等关键资料及结构化数据的关联，并可多维度地筛选、分析和展示BIM模型的结构化业务数据，真正改变点对点的传统交流方式，切实发挥BIM协同管理价值。

BIM协同管理

项目组打造了统一的BIM协同管理平台，各系统实名认证、统一账号、单点登陆，提高了系统的使用便利性。管理平台集成项目管理模块，各单位依托系统开展日常工作，实现项目办公的自动化管理。在统一工程管理编码的基础上，各业务系统彼此建立联系，形成了“工序报验-进度管控-质量监督-计量支付-档案管理”业务主线，提升工程管理自动化水平。

BIM数字建造

项目组利用施工现场物联网通讯基础设施，通过智能传感的方式监测施工现场的基本生产要素，实时采集现场数据，监控人员、设备、物料、环境的情况，实现施工现场的可视化管控，及时识别和发现施工过程中的风险。同时，结合BIM模型，实现物联网数据的可视化展示，达到了施工质量智能化监控的目的。

远程信息指挥

以项目管理平台和智慧工地平台的数据为基础，项目组研发了项目级和标段级信息指挥平台。通过项目的地理位置、BIM、无人机航拍、视频监控、施工单位上传的业务数据等多维度信息全面掌控现场动态，并通过切片、切块、旋转、钻取等操作方式，分析多维数据，使得参建人员可以从多个角度、多个侧面观察业务数据，从而更加深入地了解包含在数据中的信息，进而实现业务数据动态展示和预警信息在线发布，高效实现项目远程管控和调度指挥。

/ 七大技术创新点/

创新点一：基于BIM的桥梁正向设计工程体系

建立一套高效、全面的桥梁BIM正向设计工程体系，提出桥梁参数化、模块化、结构化的建模方法论，实现大跨斜拉桥异形塔柱钢锚梁的BIM参数化设计和跨海主桥基础的正向设计，极大程度地减少重复的建模、出图工作，提高了设计质量和设计效率，满足高标准的数字化交付要求。

三维建模方法论及技术实现建立各个部件参数化、模块化、结构化的BIM模型，支持动态优化设计内容，数据具备可延伸性，支撑公路工程信息化、数字化应用。

基于BIM 的桥梁正向设计工程体系

二维图纸与三维模型“共库”为解决项目大量装配式桥梁二维设计图纸与三维模型批量生产的问题，使两者共用一套数据库，通过自动化出图工具与自动化建模工具分别批量生成图纸及高精度三维模型，极大地提高了设计效率。

工程设计数据结构化通过桥梁BIM正向设计解决方案，将项目设计过程数据、设计图纸表格非结构化数据（文档储存数据）变成结构化的数据。这种方式保证了工程数据的可靠性和完整性，更为将来智能化设计奠定了大数据基础。

创新点二：基于BIM的全寿命期矢量交付

通过建立项目建模及交付标准，实现BIM模型在“设计-施工-运维”阶段的矢量交付。全桥施工模型完全由设计矢量模型深化而来，充分继承设计信息并大大提升模型工作效率。施工模型及关联建设数据也将矢量化交付到运维期，实现基于BIM的工程信息全寿命期溯源。

设计期向建设期交付通过统一BIM建模平台与建模标准，将设计BIM模型的信息充分传递到施工期，施工期可直接根据管理需求在设计矢量模型上深化形成施工期模型，避免施工模型大量重新翻模，真正发挥设计期BIM技术成果的价值。在施工阶段通过建立BIM模型与工程编码的映射关系，实现工程进度、质量检验等关键资料及结构化数据的关联，真正改变传统点对点的交流方式，切实发挥BIM协同管理价值。

建设期向运维期交付建立建设期数据向运营期的交付标准，实现数据库、系统和模型的有效传递。建设期数据库应设置权限并向运营期开放，保证建设期数据库可访问、调用。建设期系统应部署在本地机房或私有云空间，保证建设期系统可登录、查阅和操作。根据运营期的管理需求和管理粒度，深化建设期交付的矢量化模型，最大程度地实现模型在全寿命周期的利用。

创新点三：脱离GIS平台，实现矢量三维模型和三维GIS数据的同步自动瓦片化加载

研发基于CAD图形引擎的专业“BIM+GIS”平台，攻克超大体量BIM模型加载技术，支持矢量BIM模型导入和自动LOD加载，丰富模型显示细节的同时降低了计算机性能需求，最终实现黄茅海全线精细模型在主流配置电脑和平板上流畅加载，让BIM技术能够充分发挥管理价值。

3D模型瓦片化与动态LOD大幅降低对计算机性能的要求。基于CAD平台研发，借助3D模型瓦片化和动态LOD技术，实现超大模型的加载，支持大体量模型、多源数据加载，支持Revit、Inventor、AutoCAD、Microstation、OpenRoads等主流CAD设计软件矢量3D模型的导入，普通主流配置的电脑都可以流畅运行。

集成丰富的模型浏览工具，提升模型的可用性。支持基于模型层级的模型树、构件树，提升模型管理的便利性；支持多种剖切操作，可以按照平面、形状、元素、范围创建刨切体，并进行刨切操作，便于更清楚的了解结构实体；支持多种捕捉模式（关键点、交点、中心等）和选择模式（点选、框选）；支持精确测量点位、长度、工程量等。

创新点四：基于BIM平台实现多源数据的融合加载，致力于打造“工程一张图”

研发多源数据融合可视化技术，融合展示BIM模型、卫片、倾斜摄影等多源数据，关联设计、工序、隐患、质检等信息，实现进度、质量、安全、现场影像、关键人员和关键设备的可视化管控，形成BIM工程要素一张图，打造大型跨海工程项目管理的工具级应用。

BIM模型、卫片、倾斜摄影融合加载针对瓦片化矢量3D模型、倾斜摄影和卫片采用不同的加载机制，在保证平台高效运行的前提下实现多种地形地貌数据的无缝融合，并进一步实现媲美游戏引擎的可视化展示和媲美CAD引擎的矢量化展示。

核心业务数据的融合加载通过关联项目的统一编码体系与核心业务数据，实现结构化数据、定位关联数据及其他业务数据等多源数据的融合加载，支持通过模型直接查询设计、工序、隐患、质检等信息，支持模型与计划进度、质量隐患、安全隐患、视频监控的联动，实现核心业务数据的三维化索引与展示。

基于BIM 平台的多源数据融合加载

创新点五：海上桥梁段核心业务实现基于BIM的100%协同

基于BIM协同管理编码体系，研发“进度-质检-计量-档案”常态化业务协同管理系统，支持根据现场工序验收数据，一键生成计量清单，自动附带工序验收和质量检验资料，支持质检资料滞后自动扣款，大大提升核心工作流程的自动化水平，显著提高海上桥梁建设管理效率。

海上桥梁BIM协同编码体系在《公路工程质量检验评定标准》、广东省三级清单管理的框架下，制定大型跨海桥梁BIM协同编码体系，完善与简化单位、分部及分项工程编码与分项工程量清单编码之间的关联关系，增强项目管理编码协同体系的可维护性。

核心业务协同管理通过编码协同，将现场工序验收、隐患排查、管理审批、质量检验、计量支付等相关业务匹配和关联，支持根据现场工序验收数据，一键生成计量清单，自动附带工序质检资料，实现计量审批红绿灯管控和质检资料滞后管控等功能。

创新点六：基于BIM的移动电子签名与电子档案协同管理

基于分布式密钥存储技术，项目建立移动电子档案服务体系，首次通过手机实现电子签名审批，保证电子档案与业务管理同步产生、同步归档，最终达到95%的档案电子化率；承担国家档案局科技项目“基于BIM技术的大型跨海工程电子档案协同管理研究”，通过BIM模型开创性实现三维化的电子档案管理，支撑基础设施数字化转型。

移动电子签名与电子档案服务体系通过建立数字证书服务体系、项目管理信息化业务体系和电子档案管理体系，实现基建程序管理审批用表、项目收发文、合同造价文件和质量检验文件与业务管理同步产生、同步流转、同步归档，实现95%的档案电子化率，推动行业“无纸化、移动化、便捷化”管理。通过移动CA技术实现桌面端和移动端全平台电子签名，支持随时随地办公审批和工程资料及时签名，极大提升项目管理的时效性和便捷性。

基于BIM实现电子档案的三维化利用在传统档案系统的基础上，项目建立档案编号与构件编码的映射关系，将关键档案文件自动关联到构件模型上，支持通过工程编码或BIM模型直接查看构件相关的电子档案，提升电子档案利用效率。

创新点七：基于BIM的大型跨海桥梁数字孪生建造体系

项目打造基于BIM的数字建造平台，利用智能化装备实现海上人员、环境、设备、安全、质量的智能状态感知，并与BIM模型关联，实现人员违规AI识别、海中栈桥测速、塔吊状态监测、罐车轨迹定位、航道主动预警、大体积混凝土温控的可视化展示和主动预警，辅助项目决策和远程调度管理。

数字工地与智能建造体系项目布设网络基础设备满足施工信息化使用需求；全线关键施工区能实现远程视频监控；通过智能视频分析监督作业人员安全规范施工；接入混凝土拌和站、钢筋加工车间、大型机械设备、现场环境等数据，完成数据集成，可实现远程监督和可视调配现场；针对悬臂钢梁吊装、拼装等施工工序，研发钢梁可视化建造平台，保证梁体智能、高效、安全施工建造。

基于BIM的远程协同指挥建立标段信息化看板系统，抽取、统计和聚合各个系统的数据，通过“BIM+GIS”、大数据可视化分析等技术，对大桥建造全过程管理信息化数据及智能监测控制等数据进行三维动态可视化展示、预警，并在信息指挥中心联动可视对讲集中调度平台，通过大屏监控项目的整体运行情况及关键指标，辅助项目管理智慧决策和可视化调度管理。

中路高科交通检测检验认证有限公司

项目的完成单位——中路高科交通检测检验认证有限公司（以下简称“中路检测”）是中路高科交通科技集团有限公司的全资子公司，实际控制人为交通运输部公路科学研究院。中路检测于2017 年被交通运输部认定为“建筑信息模型（BIM）技术应用交通运输行业研发中心”（认定单位和参建单位均排名第一），是交通行业内最具专业性的信息化研发国企单位，集产品设计、功能研发、性能测试于一体的完整全专业生产线，包含200 余人的专业研发团队，具有高新技术企业、CMMI3 级、信息系统集成与服务资质三级认证。