山区千米级桥梁的BIM初体验

随着科学技术不断的发展， 以及公路水运建设行业中BIM技术应用日趋成熟， BIM技术已经被广泛应用到高速公路工程建设当中。

万州环线高速公路是以BOT+EPC模式承建，同时万州环线项目主要管理者拥有乐清湾项目BIM技术实际应用管理经验，再加上数字化的专业研发管理团队，该项目可真正实现BIM+全生命周期应用。

考虑基于BIM技术的高度可视化、数据可追溯性，联合数字化团队共同打造了自主产权的全生命周期信息化管理平台，用于辅助建设过程中的安全、技术、质量、进度、人员等各项管理，加快推进数字化转型进程，从而提升山区高速公路内在质量和外在品位。

万州环线项目是以新田长江特大型桥梁为主的控制性工程，全线涵盖路、桥、隧，集“投、建、运”为一体的山区综合高速公路项目。全长23.077公里，采用BOT+EPC模式实施，实行“一门两牌”管理模式。概算批复50.14亿元，建设期42个月，运营期30年。项目控制性工程为新田长江大桥，大桥全长1770米，主跨1020米，为国内山区首座应用全生命周期BIM+技术的千米级桥梁。

为打造标准化、工厂化、信息化、智能化品牌工程，特引进了BIM技术和数字化公司研发团队。成立了各参建单位BIM小组，项目公司小组负责牵头、组织、推进项目的BIM工作，数字化公司研发团队负责咨询、研发、优化本项目BIM工作，监理单位小组负责协作、审核相关BIM工作并提出合理化建议，施工单位小组负责建模、应用、采集等BIM工作并确保相应数据的真实性，后续将纳入运维单位小组负责本项目的运维、分析、养护等工作。

与此同时，项目为有效推进BIM技术应用，编制了BIM实施方案，并下发了全生命周期信息化管理平台的《推进机制》与《专项奖励办法》，以激发BIM应用的积极性。

该山区大跨桥梁工程应用了自主研发的全生命周期信息化管理系统，以进度工序为主线，结合“人、机、料、环、法”，实现全过程信息化管控，自开工应用以来，系统已积累有效数据超500万条。

设计阶段BIM技术应用

该项目的BIM技术设计阶段应用共包括6项内容：BIM+正射影像实景建模、主塔承台位置比选、锚碇基坑开挖方案比选、锚碇锚体方案比选、主塔方案优化比选、施工场地布置模拟优化。

1.BIM+正射影像技术应用

BIM+正射影像技术是利用原始地形图，通过Civil 3D建立原地形曲面，并根据现场实测地形进行修正，形成了地形图的三维模型。再使用无人机进行正摄影像航拍，并利用航拍图处理软件对航拍图像进行拼接。最后通过Infraworks等软件建立精度较高、信息较全的三维地形实景模型，利用高度整合的模型进行一系列应用。

2.主塔承台位置比选

在设计阶段，发现大桥北岸索塔承台临水背路，高陡岸坡处；南岸承台仅临水，地势相对平坦。运用BIM模型技术，根据初步设计图纸对新田长江大桥建模，结合三维地形图与卫星影像，发现北岸主塔承台、桩基涉水施工，需要搭建水上平台作业，进行多种方案比选。

通过BIM模型技术，设计了四边形承台和八边形两大类共12种主塔承台方案比选，通过比选，最终确定四边形承台后移9.5米为最佳方案。四边形后移9.5米承台方案，南北岸主塔承台均由涉水施工到无涉水施工，避免对长江水体污染。同时，节约水上平台搭建费用约300万，节约工期30天。

3.锚碇基坑开挖方案比选

新田长江大桥南岸锚碇基坑开挖初步设计为矩形基坑，6级边坡,边坡坡率均为1:0.5，边坡坡率最陡1:0.5，最缓1:0.75，开挖方量177267.15立方米。由于新田长江大桥南岸所处区域为顺层地质，锚碇基坑开挖风险较高。

通过BIM建模提出了锚碇基坑优化建议，将锚碇基坑调整为六边形，同时放缓第六级与第七级边坡坡率，最陡边坡1:0.5，最缓坡率1:1.5，降低锚碇基坑开挖风险，减少锚碇基坑开挖方量7138.53m3。

4．锚碇锚体方案比选

对新田长江大桥南北岸锚碇锚体经过多个方案的优化，南北岸共减少混凝土约1.27万方。

5．主塔方案优化的比选

新田长江大桥跨越长江黄金主航道，建设初期积极响应绿色施工号召，为保护长江两岸既有生态环境，大桥索塔依照既有地势，利用BIM技术模拟、仿真，确定采用高低塔结构形式，减少土方开挖，减少混凝土约0.5万方。

施工阶段BIM技术应用

1．人员管理

通过 “人员一卡通”与平台人员管理模块相结合，实现人员信息动态管控，可实现人员实名制信息、违章扣分、安全教育培训安全技术交底记录等情况的实时查询。

2．进度管理

通过BIM协同管理平台对施工形象进度进行模拟，同时将已完工构件产值进行自动累计叠加，可将进度计划与实际完成工程量进行模型对比，简单、直观地展示进度计划对比完成情况。通过选择三维模型中的构件，可进行现场报检验收。将模型信息与现场施工台账相结合，点击模型构件，即可显示相应的信息，达到了信息的关联性、可追溯性。

3．技术管理

工艺工序库：BIM协同管理平台按照WBS清单最小施工构件，结合现场实际施工报验工序，形成施工工序清单表，经审核通过后，在平台中形成工序工艺库；明确线上工序报验工作流程，使工序报验标准化、规范化，规避现场人员对施工工序不清楚作业。并对施工构件提供关联施工图纸、技术方案、交底记录、质检合格资料，为运维阶段提前做好信息传递、数据共享等工作。

工序报验：BIM协同管理平台严格执行线上工序报验，由技术员发起报验、质检员质检、现场监理复检；报验完成后于模型中颜色高亮区分，点击构件后可直观显示施工信息、进度状态；做到线上工序报验信息流转，责任到人，杜绝了报验流程不规范问题，目前已形成常态化使用。

4．重点创新内容

（1）日周月排查管理：系统内置了安全检查标准、安全隐患排查清单、安全问题库、安全整改督办等。结合“日、周、月”排查机制，技术员和班组长开展班组日排查、各部门负责人开展周排查、项目经理组织月排查，将检查出的问题照片、描述上传系统，系统会实时推送给相关责任人，进行处理和整改，各级管理人员可线上督导问题整改。后续安全监督部可以通过此系统快速生成安全管理内业资料，提高监管效率。目前已常态化应用，整改排除安全隐患3941条、质量问题1597条。

（2）安全风险动态管控：根据安全风险评估在系统中进行安全风险公示、告知和动态管控。项目管理人员在施工过程中针对不同的风险等级采取不同的安全管理措施。以工序进度为主线，用红橙黄蓝四色显示工程在不同阶段的风险状况。如桥塔施工中2019年6月份，未施工的桥塔属于高风险，桥塔施工完成后演变为绿色，从而体现出风险已消除，实现全过程安全风险的动态管控。

（3）安全生产条件核查：第一方面是每个分项工程开工前，从人、机、料、法等方面开展安全条件核查，一是危险性较大的分项工程专项施工方案编制评审情况，可查看专项施工方案内容；二是人员教育培训、技术交底和班前交底情况；三是特种设备从检验检测、人员持证、维修保养等7个方面进行核查，检查特种设备管理7个百分百是否做到；所有条件具备后，分项工程可以进行。第二方面是开展关键工序的安全生产条件核查，针对高风险的关键工序施工前，要求班组长、技术员、安全员、副经理、监理根据检查清单，对所有影响安全的关键环节进行安全条件核查，并通过手机APP进行审批，直至符合验收确认条件后方可进入到下道工序施工，实现以工序安全保施工安全。

例如塔柱施工，在爬模班组完成自行检查后，项目质检组将通过爬模操作人员及通讯设备是否到位；爬架爬升混凝土强度是否大于20Mpa；预埋件位置与设计位置是否一致；受力螺栓及挂座是否安装牢固等12项检查全部确认通过后，方可开始爬架爬升几个方面确保施工安全。

运维阶段BIM技术应用

1.课题承担

在施工阶段提前规划运维阶段内容，结合《运维阶段设备设施监控监测管理子系统》课题研发，包括实施设施设备管理、桥梁健康监测、养护工程管理、动态评估预警、统计病害分析、智能巡检APP等方面，目前已初步具备验收条件。为该项目运维阶段提供数字化系统支撑，数据的同步保障，信息的传递共享，实现真正意义上的BIM+全生命周期管理。

2.系统数据情况

万州环线项目正处于建设阶段，主要依托驸马长江大桥项目进行研究，目前根据确定的设施设备监测手段，通过协议对接使监测数据实时上传平台。

桥梁健康监测系统利用安装在桥梁各部件中的传感器，实时获取构件状况。传感器共分为桥面风荷载、温湿度、雨量、振动、变形、位移、GPS监测等几类，用webservice的方式获取传感器实时数据。

除湿机系统利用安装在桥梁各部件中的温湿度传感器，实时获取温湿度信息。超出湿度阈值，开启除湿机，降低前端湿度，保证部件的健康状况。前端共有16个传感器，目前系统可接入传感器实时数据。

3.联合招商局路检

新田长江大桥将联合招商局重庆公路工程检测中心有限公司进行健康监测，有利保障运维阶段数据的准确性。

“智慧工地”应用

1.现场视频监控系统应用

对新田长江大桥主塔、锚碇、隧道、匠心培育园、钢筋集中配送中心、拌和厂等重要工点安装视频监控系统。管理人员可通过电脑客户端或者手机端，实时查看施工现场情况。做到全时段实时监控，保证现场文明施工。

2.安全帽识别及电子围栏预警

通过在各工点安装视频监控，应用AI智能识别技术，自动识别分析作业人员安全帽佩戴及跨越电子围栏情况，加强了施工现场的安全管理，降低事故发生频率。

3.塔吊安全预警系统

塔吊安全监控管理系统：通过高度、角度、回转、吊重、风速等传感采集设备，结合GPRS与无线通讯，实时将塔机运行全过程数据留存并传输至塔吊黑匣子上，提醒操作人员集中注意力、谨慎操作。

通过将塔吊的数据实时同步提醒，有效预防塔吊超重、超载、碰撞、倾覆等安全事故，增强了塔吊司机的安全意识，极大降低了安全监督人员的工作强度。

4.智慧展厅建设

智慧工地管理中心主要集成施工人员外场定位系统、施工车辆外场定位系统、视频监控系统、门禁管理系统、LED显示大屏、场外环境监测系统、塔吊监测系统组建、劳务人员及安全教育管理系统。通过这套智慧工地平台，实时了解现场施工动态，为管理者和决策者提供数据支撑。

智慧工地管理中心集成了BIM综合协同管理平台、智慧工地管理平台、施工现场视频监控系统、微创微改成果展示、应急现场指挥部等功能，作为整个施工现场的动态指挥中心。

5.安全VR体验馆

产业工人生活园的安全体验馆，旨在为工人提供安全教育时，通过亲身体验各种安全防护用品的使用及出现危险时瞬间的感受，让安全理念以更感性的方式深入人心，提高工人的自我安全防范意识。

目前，万州环线项目基于BIM的信息化生产管理平台已经建立完成，并在项目中投入使用。现场施工人员可以利用该BIM平台系统，通过手机终端进行施工过程信息的采集及录入，可通过该系统进行项目信息浏览、施工过程信息完成保存、施工4D形象进度管理、项目施工过程质量安全管理及人员信息安全管理等应用，实现了对山区大跨悬索桥施工全过程的信息化管控，有效的提高了项目信息化与项目管理的深度融合。

设计阶段，通过BIM+正射影像路线比选、油砂互通优化选址、锚碇开挖及锚体优化、主塔承台位置比选等初步设计方案的优化；施工阶段，应用BIM技术对施工图进行及便道临建厂站布置优化，项目场地建设共优化挖方31656.7方，填方29739.5方。新田长江大桥主塔及锚碇优化后，主塔混凝土减少约0.5万方，锚体混凝土减少约1.27万方，基坑开挖减少约13.1万方，为项目创造了较大效益。同时通过全生命周期信息化管理系统，提升了项目管理水平，降低管理成本，通过综合分析，应用BIM技术节约生产及管理费用共计3000万元。

来源：桥梁杂志/王东