“BIM 智慧建造”数字化新技术在桥梁全过程施工中的应用.pdf

：年 增刊（总第期）中国交通信息化 “智慧建造”数字化新技术在桥梁全过程施工中的应用孙运慧，孙明刚，王心智，付新新，孙洪鹏，李驰（龙建路桥股份有限公司，黑龙江哈尔滨 ）摘要：技术在我国房屋建筑领域起步较早，发展较快、较为成 熟，而在公路建设行业起步较晚。本 文主要开发了一套适合桥梁施工的施工项目管理云平台。该平台在黑 河一布拉戈维申斯克（海 兰泡）黑龙江（阿穆尔河）公路大桥（简称：黑河大桥）、七台河冠 军桥以及七台河 生 态环境治理等项目的施工全过程进行应用，依次对各项目建立精细化模型，对项目关键施工节点复杂工艺带塔带索力钢梁步履式顶推施工方法等进行三维 动画模拟，升级完善施工方案，通过无人机、三维（）打印和 等各项技术，结合智，慧建遠的人工智 能、物联网等优势，辅助桥梁全工程施工，突破技术“瓶颈”，较大程度地提高了管理效率、施工效率，提升了工程质量，降低工程成本，经济效 益和社会效益良好，并助力企业全面数字化转型升级。关键词：技术；智慧建造；桥梁工程；打印；无人机技术；虚拟现实（）信息对于人类 的影响是深刻的，建筑工程行业的发展同样受到信息化的影响，建筑信息模型（）技术正是在这样的环境下应运而生。在公路工程建设施工中，基于技术的应用 系统所创建的虚拟模型，有大量的路线走向、道路材料、构造和桥涵材料及结构等信息，包含了完成一个公路工程项目所需要的所有组成部分。桥梁工程作为国家基础设施的重要组成部分和交通系统的节点，它的特殊性体现在设计繁琐、变更频繁、施工工期长、环境复杂以及施工难度大等 方面。技术作为信 息化建设的基础，除本身包含工程项巨结构和材质数据外，还具有可视化、协同化、模拟性、优化性等特点，结合无人机、虚拟现实（）、激光点云等先进技术，可以高效率、高质量、精细化地服务于工程项目建设。本论文主要针对大型桥梁的技术应立模型精细度不低于的整体工程的三维模型。、桥梁路线建模用进行道路设计，桥头接线与既有道路的衔接以及平交路口的设计，提供桥梁桩号、高程数据，形成桥梁道路的路线，创建曲面和道路模型，并在中直接定义相关参数，或者通过文件的导入创建道路和地形的三维实体模型。基于的路线模型如图所示。图基于 路线 模 型用进行研究，开发了一套适合桥梁施工的施工项目管理云平台。、施工准备（一）施工场地布置针对工程施工环境复 杂，根据施工进度计划、施工方案等资料，通过技术，将围栏、道路、临时房屋、材料堆放、加工场地等地进行规划，对拟建建筑物、场地内水电布设及施工所需的各种设施和设备进行周 密规划和合理布局。（二）工程实景模型建立工程正式开始施工前，根据设计图纸、相关标准等，快速建、混凝土构件模型建 立用建立桥梁上、下部构件，使用布尔运算分割和修改三维几何图形，并添加属性材质，通过“搭积木”的方式，建立直观的桥梁结构三维模型。引桥建模如图所示。、钢筋及钢结构模型建立用软件进行桥梁钢筋和钢结 构模型建立，创建主梁钢筋施工模型及主塔施工模型，导 入至通用的结 构分析软件进行分析，优化完成后导出。钢筋建模如图所示。、整体工程结构模型拼装组合在软件中，对桥梁的各部分结 构进行模型拼装，成为整体工程的结构模型。桥梁整体模型如图所示。综合图桥梁整体模型、实景模型建立釆用无 人机技 术，通过无人机航拍，选用软件建 立项目的实景模型，对单体赋予资产属性，实现项目资产管理数字化。通过三维空间量测，确保设备、构筑物安全净空距离。实景模型（无人机技术）如图所示。图实景模型（无人机技术）（三）修正设计缺陷优化施工方案在实体建模基础上，与“虚拟现实”（）技 术相结合，进行虚拟展示、虚拟装配、可视化模拟，对发现 潜在的工艺问题、设计缺陷进行修正。对修正后的工艺、方案和图纸缺陷上报监理单位。技术如图所示。（四）三维施工技术交底图技术在施工前，通过三维（）模型及视频动画对项目重点、难点部分进行可视化模拟，对施工操作空间共享、构件安装工序、施工机械配置规划、材料的运输堆放安排等施工方案的优化进行技术交底，提高施工交底的效率，降低施工过程中 出错的几率，确保施工方案顺利进行，整体工程顺利实施。打印技术如图所示；顶推施工方法模拟如图所示。图顶推施工方法模拟二、智慧建造数字化桥梁建造施工过程在桥梁施工过程中，通过釆用智慧建造的施工项目管理云平台，从质量、进度、安全等方面进行管控，具体过程如图所示。（一）导入模型将建设完善后的精细化模型，导入 施工项目管理云平台。通过构件隔离査询，全方位査看独立构件细部构造，透明模式详细査 看构件内部设计；飞行漫游模式，以任意速度、任意视角漫游整个项目；构件属性查询，查看构件自定义属年 增刊（总第期）丨中国交通信息化图 平台性。项目进度计划通过软件进行编制，由端将总计划进度导入云端数据库供客户端调用。返回客户端，施工单位登录，可以从云端调用。完善确定模拟方案后，依据方案步骤，指导施工，方便操作。（二）桥梁全过程建设施工在整 个施工过程中，以工程模型取代二维图纸，根据三维模型数据，利用对应的桥梁模型，快速验证设计图有无误差，提高深化设计速度。同时，施工时结合模型，快速、准确地验 证施工方案的可行性。并且通过施工项目管理云平台，将文档与构件绑定，实时査看，提高构件管理文件的査看效率。桥梁全过程施工工艺主要有：钻孔桩基础施工一承台施工一桥墩及盖梁施工一支座施工一箱梁预制及安装施工一箱梁简支转连续施工（体系转换）一钢箱梁、钢塔施工一桥面系 及附属工程施工。、钻孔桩基础施工施工工序：成孔施工一钢筋加工及安装一水下混凝土灌注通过模拟制定施工方案，指导实际施工过程。在成孔施工通过模拟制定施工方案，采用技术进行桩长预估、材料分析、进度模拟、质量控制和成本控制。通过模型，计算钢筋用量，完成钢筋加工及安装。通过碰撞分析试验，模拟分析钢筋碰撞，能够对钢筋空 间排布和绑扎进行提前解决了现场的图纸问题，进行钢筋施工深化，及时优化设计，节约工期。对所需节点进行钢筋模型建立，提前解决施工难题，把控施工质量。针对施工过程中钢筋绑扎出错频率高的问题，建立了钢筋模型，通过三维方式向一线工人展示，解决了筋绑扎合格率问题。水下混凝土灌注可通过模型，精确、快速计算混凝土用量，按需生产、避免浪费。、承台施工施工工序：桩头处理一承台钢筋、模板安装一混凝土浇筑、养护。通过模型，快速、精确计算混凝土、钢筋、模板用量。利用模拟功能，对模板进行预拼装，指导现场模板支撑体系的支架搭接。、桥墩及盖梁施工（）下部实体式墩身施工实体墩身釆用一次性整体浇筑。施工工序：脚手架施工一测量放样一钢筋施工护面块施工及加固混凝土拌和、运输、浇筑、养护。通过模型，快速、精确计算混凝土、钢筋、脚手架用量。利用模拟功能，对脚手架进行预拼装，指导现场脚手架安装。（）双柱式墩及盖梁施工釆用定型加工的钢制装配式模板，落地支架，墩柱与盖梁一次浇筑成型方法进行施工。施工工序：测量放样钢筋安 装一模板安装一墩柱混凝土浇筑、养护。通过模型，快速、精确计算混凝土、钢筋、模板用量。利用模拟功能，对预制模板进行模拟，优化设计方案，并进行预拼装，指导现场模板 支撑体系的支架搭接。、支座施工施工工序：吊装支座一支座就位一支座校正一拧紧螺栓。运用技术，优化安装图。通过隔震器及隔震支座模型，准确测量隔震支座的轴线位置、标高等信息。、箱梁预制及安装施工施工工序：预制箱梁底座一存梁台座一钢筋绑扎一模板施工混凝土浇筑一预应力施工预应力混凝土箱梁安装施工。通 过模型，快速、精确计算混凝土、钢筋、模板用量，提前优化预埋件位置，避免 与钢筋干扰。按照优化后方案，设置预埋件。预应力张拉机械釆用预应力张拉施工质量智能控制系统。在预制构件钢筋绑扎、模板安装、浇筑、出厂、吊装 等重 点过程中，通过手持设备扫描二维码的方式将过程信息自动集成到平台，提升管理水平。通过动画模拟关键工艺，指导具体施工。如依托工程黑河 大桥，是一座矮塔斜拉桥，考虑所跨越河流为中俄界河，项目工期紧任务重，为保证项目如期完工，上部主体釆用带塔带索力钢梁步履式顶推 施工方法。同时作为黑龙江省内公路行业特大桥矮塔斜拉桥的步履式顶推施工技术 为首次应用，面临对设备结构不了解、操作不规范，技术交底难等情况，利用建模及动画模拟，通过对带塔带索力钢梁步履式顶推施工方法进行形象、直观、可视的模拟，顺利指导完成施工。综合、箱梁简支转连续施工（体系转换）梁湿接缝连接施工施工工序：一道缝内两侧梁相接面混凝土面凿毛一预埋筋整理、焊接一钢筋安装模板安装一清底一验收混凝土浇筑一养护拆模。现浇连续段施工施工工序：测量放样安装钢筋安装模板安装 支座一浇筑混凝土拆模一土工布覆盖洒水养护。通过 结构树编辑功能实现编码属性与构件的挂接完成信息交互基础工作，通过对模拟时间参数调整可以改变模拟时间 间隔。通过工艺模拟设置（转体）可以实现转体桥梁施工的转体模拟，指导具体施工顺利完成。、钢箱梁、钢塔施工通过模型，直接提取工程数量，根据施工大样图，指导钢结构下料、加工及拼装。辅 助钢箱梁深化设计、优化吊装方案。采用钢箱梁结构，钢结构厂家依据施工图纸做深化设计时，利用对应的钢箱梁模型，可快速验证设计图有无误差，提高深化设计速度。同时，结合模型，可快速、准确地验证箱梁吊装方案的可行性。、桥面系及附属工程施工施工工序：桥面钢筋安装一桥面铺装 防水混凝土施工一方钢护栏施工一泄水孔安装施工伸缩缝安装施工。对于大型桥梁工程所需的临时照明，通过技术，对临时照明所需的不同类型、功率，不同排布间距、方位灯具的模拟，可有效地得出模拟的效果图。对于符合光照强度要求的灯具，再通过成本、功率、使用寿命等进行综 合分析，最终确定适用于大型桥梁施工的最优方案。三、完成三维竣工模型和工程竣工随着在施工过程中，圏纸及工程实体 的局部完善修改，同步修改三维精细化模型，保证最终完成的模型尺寸和材质等属性与 实体工程完全一致性。工程竣工后，从平台导出所需报表，辅助工程验收合格。四、施工中的进度、质量、安全及环保控制措施（一）通过平台进行施工过程进度管理进度管理的侧重 点就是对现场施工作业进度计划的管理，分为：总进度计划、二级进度计划、周进度计划、日常工作计划。、总进度计划总进度计划建立是整个流程的开始，利用数据库中获取的相关资料从实质上把握实施情况，编制一系列高层级的活动和工作项，确定开始和完成时间。完成对主要设备和空间等资源的高层次分配。、二级进度计划在平台中，根据总进度计划，将高层次的活动分解为较小的、更容易控制的工作包；以活动间联系的形式定义逻辑和工序，计算工程量，计算劳动量和机械台班数，确定持续时间。、周进度计划施工队伍根据计划开始时间和 优先 级从二级进度计划中选择在下一周里可以执行的工作；项目经理和施工班组长可以根据模型“建筑组件”这一属性将工作分解为候选任务，并按照工作类型进行分组。、日常工作计划中工序检验管理子系统，时效性强，已完工构件的相应资料当日上传，模型以资料上传与否作为构件是否完工的依据，实时更新工程形象进度，可 以随时了解项目实际进度与模拟进度之间的差别，便于调整施工方案，为工程进度控制提供有力保障。（二）质量控制措施（）模型完成后，应 结合信息模型 应用标准进行模型自检、共检，确保模型及模型信息准确无误。（）注重事前控制，应用施工管理模型（是指维建筑 信息模型 添加时间信息 维 度），实现项目优化控制和可视化管理。（）应用可视化技术，保证建筑构件的空间关系、进度运行情况及随进度形成的质量信息。（）通过移动设备终端采集各工作面质量信息，与计划质量信息对比，发现偏差，对不在统 计控制状态的进行整改，并将整改信息上传，关联至模型。（）应用网络化和数字技术，项目各参与方通过平台，在一定的权限范围内即可査看质量信息，方便远程控制，实现协同管理及集成管理。质量管理界面如图所示。（）结合 优化模型做好各项技术交底，每道工序完成后，必须执行“三检”工作，并做好检查记录。（）对于带塔带索力钢梁步 履式顶推施工等复杂工艺，通过动画模拟，保证所有参建人员熟悉施工步骤，注意施工细节。（三）安全控制措施（）坚持安全生产，以“预防 为主”的方针，对操作人员进行上岗前的业务培训和安全操作规程的学习，经考试合格后方准上岗操作。（）施工前必须对所有施工人员进行安全技术交底，并做好记录，被交底人必须签字。（）利 用建模功能对临边 防 护进行设计，确保 施工安全。（）利用安全管理系统，对不同类型管理需求自动列出相应的安全防范措施，并根据设定的安全管理方法使施工安全性得到保障。安全管理界面如图所示。？：？图危 险 源管理（）全体人员做好新冠疫情防控，测量体温佩戴口罩。（四）环保措施（）利用优势，合理进行施工现场的平面布置计划，做到计划用料，使现场材料堆放降到最低值。（）施工中运输散装材料时，车厢后封闭，避免撒落，料车离场前，派人用水将料槽及车身、轮胎冲洗干净。（）加强施工机械的维修保养，缩短维修 保养周期，使机械保持良好的运转状态，降低机械噪声；运输车辆噪声釆取减低速度的方法进行控制。（）对废料的处理，按要求弃于指定弃土场，尽量减 少对周围环境的污染。施工废水、生活污水不得直接排放，以免污染水源、耕种、灌溉渠道。图安全管理界面（）建立施工安全指标，施工前对整个施工中的各项数据进行预算，在管理中与实际情况进行结合，保证施工安全管理工作的顺利进行。（）对现场施工区域进行危险等 级 划分，如现场施工作业区为非常危险区标注为红色，塔吊半径内有一定危险性标注为橙色，塔吊半径外危险性较小标注为黄色，办公区以及生活区基本无危险标注为绿色。在进入红色和橙色危险区域路口和通道处做警示牌。危险源管理如图所示。（）利用技术，保证及时更新培训内容，更为系统化，更具目标性地对现场安全管理人员和施工人员进行培训。（）使用无人机时，应遵照中华人民共和国飞行基本规则及国务院办公厅关于进一步加强无人驾驶航空器管理工作的通知等无人机使用管理等相关的要求进行。五、效益分析通过实景进行场地规划，优化工程与设备关系，场地利用率可以达到。提供的黑河大桥项目管理数据文件约 份，成本清单及企业定额余条，分解 余条，工序报验 多项；系统节约现场施工组织协调及报验时间 约，大大提高组织管理效率，降低人财消耗。将桥梁工程建 造进行 充 分模拟仿真，通过 动态施工交底，为日后该类桥梁的建设积累了大量技术文件。由于依托工程黑河大桥作为黑龙江省内公路行业特大桥矮塔斜拉桥步履式顶推施工技术首次应用，面临设备结构不了解、操作不规范，技 术交底难等情况，利用建模三维动画模拟方式，将施工方法进行模拟，指导项目顺利完成施工。在指导现场施工方面，具有强有力的管控作用，极大地保证了工程质量，对未来绿色施工、智慧施工及数字化转型升级有重要的意义。年增刊（总第期）中国交通信息化：項目管理云平台面界理管量质综合六、结束语精细化 建模，可选用软件种类较多、灵活方便，如平台软件，平台软件等，实现工程项目全过程数字化施工。应用于桥梁施工的施工项目管理云平台：对整体项目进行进度、质量、安全进行管理，通过信息的高度集成化，提高项目建设施工管理效率？平台对不同软件同时支持多种数据格式，并将业主、施工方、设计方和监理的工作集合到统一平台，进行集中管理，为后期数据传输及处理提供方便。通过模型，形成动画模拟施工方案，帮助施工人员理解整个进度计划的流程，及时对重要施工节点进行控制，合理安排施工顺序、优化施工方案，提高施工效率、减少返工、拆改等现象。可以非常形象直观、三维一体、透视 化、多 角度化、精细化、节点化地对施工过程进行全方位的展示，强有力地管控现场。完善的模型，釆用打印技术，按照所需比例，进行工程主体模型打印，辅以施工计划推演，为施工合理分配工期和工作面提供帮助，同时将桥梁整体结构样式置于沙盘中，全方位展示工程规模。参考文献丨李孟法掩工企 业技术发 展 及探索工业（）：刘丹技术 在 桥 梁设 计 和施工中 的运用】交通世界，（）：高海峰公路工程施工管理的重 要性及管理要点交通世界！（）：陈 昕中国建筑施工行业信息化 发屣 报 告（）智慧供 地应用与发 展介绍中国建 设信 息 化丨巧）：，公 路工程施工信 息模型应用标准】北京：人民交通出版社股份有限公司，！公路工程 掩工安全技 木规范北京：人民交通由版 社股份有隈公司责任编辑孙靖（上接第 页）（七）气象监测管理通过道路上的气象监测设备获取实时的典型气象特征数据，在数字孪生场景中模拟真实天气环境，展示气象环境的实时变化；或通过手动切换的方式模拟展示气象环境的变化，辅助高速公路管理者更好地实施天气预箬管控。（八）历史录像査询通过指定设备、通道、时间、报警信息等要素，检索联网设备历史图像资料，同时可回放、可下载，实现监控录像的调取査询、员工考勤工作和事件稽査的回看査询。五、结束语随着、物联网、大数据等技术的逐步成熟，建设智慧高速 成为解决髙速公路管理难题、维持可持续发 展 的解决方案。本文结合公司桥路占比高、跨江大桥多、桥梁管养难的实际管理需求，提出了建设基于数字孪生技术的长江大桥全域空间应急管控平台的展望和思考。该系统以数字孪生三维模型为基础，通过、全域感知等技术手段，实现长江大桥全要素数字化和虚拟化、交通状态实时化和可视化、管理决策协同化和智能化，为桥梁“管、养、运、服”的全生命周期运行提供有力保障。此外，未来可在数字孪生平台基础上，接入智慧稽査系统，打通各类网联感知数据，为实现“无人值守”收费稽査及“无杆”自由流收费奠定数据及技术基础。参考文献刘大同，郭 凯王本宽等数字孪生技术综述与展望仪器仪 表 学报，（）：戴振宇面向用 户与厫 务主体的智慧高速 体系架构 设计中国市政工程，（）：！伍朝辉，刘振正，石可，等交通场景数字孪 生构建与虚 实融合应用研究系统 仿真学报，彳（）：】张枫，刘 羽陈文 钊数字孪生技术在交通 运 输体系建设中的应用中国交通信 息化（）：责任编辑：孙靖