黑龙江阿穆尔河公路大桥 协同设计及数字化 施工BIM应用
龙建路桥集团有限公司
1） 复盘回顾：
2015年7月，住房和城乡建设部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，重点提出“到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。到2020年末，以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比率达到90%，以国有资金投资为主的大中型建筑；申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区。”由此可见，BIM在建筑行业的发展将成为十三五规划中的重中之重。2017年初，交通部发布关于征求《关于推进公路水运工程应用BIM技术的指导意见》的函。提出“到2020年，公路水运行业对BIM技术的应用形成广泛共识。相关设计单位具备一定BIM技术应用能力；在技术复杂、意义重大项目中利用BIM技术进行项目管理；利用BIM数据进行钢结构桥梁构件制造加工等的辅助控制，尝试应用自动导引设备；运营管理单位试点应用BIM技术开展养护决策和运营调度；相关企业、研究机构启动BIM技术基础平台开发工作，为推进应用BIM技术奠定坚实的基础”。2016年是BIM认识发展的一年，2017年上半年，公司投入1000万的研发经费，购买MicroStation、ProjectWise、ProStructure、Powercivil、ContextCapture、RM Bridge等软件，同时购买供研发使用的电脑若干，3D打印机4台，以及无人机和VR设备，为黑龙江大桥BIM项目实施奠定基础。在黑龙江大桥实施过程中，自主研发一套CSC—施工项目管理云平台，对黑龙江大桥进行项目信息化管理。公司为解决如何在黑龙江大桥进行BIM实施过程中，积极引进国内985、211高校研究生（如浙江大学、哈尔滨工业大学等），成立BIM中心，为公司注入新鲜血液。在公司技术领导的指导下，拟订了在黑龙江大桥BIM实施的技术路线图（见图1）。
在2017年3月初，黑河夜晚温度还是在-30℃左右，在公司领导带领下，BIM中心进驻黑龙江大桥施工现场现场实施BIM。在实施过程中途出现了很多问题，如设计图纸变更、软件对电脑要求大导致系统瘫痪、突然断电等外界不利因素夹杂，同时还遇到(1) Team成员对软件的操作很生疏，造成建模速度慢，后期修改时间长，缺少时效性；对现场施工流程不熟悉，大大影响了三维建模和动画制作的速度与精度。而且Team成员对Bentley各软件之间的关联程度了解不够，软件之间的穿插利用率低，做不到用最恰当的软件做模型。(2) 整个大桥的三维模型信息多，初次建模耗费时间精力较多，且不能快速出成果。一些复杂的施工结构，运用BIM技术，因为需要处理大量的逻辑关系与数据，无法在短时间内理清，直接造成建模速度大大降低，而且容易影响情绪。(3) 在进行动画制作方面，
图1 BIM技术路线实施图
当进行旋转操作时，模型会在旋转过程中进行缩放，不会保持原有形状。解决方法：（1）进行BIM软件培训，让参加人员更快的掌握应用软件，能够快速建模。（2）对于变形情况，我们可以将我们要旋转的模型定义成共享单元形式，然后再进行操作，这样就不会出现失真情况。
截止到2017年6月10日，完成黑龙江大桥所有建模情况，截止到9月份，CSC系统已经成功运用到黑龙江大桥项目。
黑龙江大桥渲染图
黑龙江大桥指挥部进行BIM技术研讨会
龙建BIM中心黑龙江大桥现场照片
由于大型桥梁工程的是施工管理和施工模拟的难度高，需要在模拟前先成立BIM模拟小组施工方根据前期设计成果，进行施工图设计，并制定施工方案。施工模拟小组根据BIM模型和施工方案执行施工模拟。
黑龙江大桥模型图
CSC项目综合管理系统实现了进度跟踪、顶推监测、质量报验、成本管理以及安全检查。为应对工程可施工周期短，管理环境复杂的挑战，综合管理效率提升25%。建立地形模型及路线等基本设计要素，桥梁完全基于路线轴线进行设计，通过跨世纪二次开发的CSD进一步提升了建模速度，基于参数化功能，高效完成主线桥、引道中桥及跨线桥，道路及涵洞施工模型，大大缩短模型创建时间，提高建模效率35%以上。
基于ProjectWise数据平台的管理系统，为本项目带来的不仅是客观的经济效益，机械效率提高15%，工作效率提高25%，实现了建设方、施工方、监理方和物资供应方的有效对接和沟通。设计文件得以共享和及时更新；在物资采购方面，通过引用BIM技术对工程构件进行精准算量，提高了预算精度，有效解决了物资供应方不能准确判断工程所需材料用量的问题，为施工方和供应链提供了有效的搭接；在验收方面，施工方通过自检后，将检测数据上传管理系统，监理方进行审批，审批通过后，施工方能够实时接收验收结果，迅速组织后序工作的开展；业主方通过管理云平台能够实时掌控工程的设计、进度、成本、安全、质量等方面的信息，从而改进施工方和业主方之间的协作。
2)重难点问题的分析和解决思路：
项目区域属两国交界地区，国际项目管理关系复杂，管理层级多，现场环保要求高，多点自平衡顶推斜拉桥工艺对力学性能、空间位置要求极高，二维管理已很难应对如此复杂的工程，借助Bentley以期实现高效率的BIM协同工作和管理，解决复杂项目环境下管理瓶颈。具体使用情况如下：
充分利用MDL三维核心库支持，OpenRoads的 二次开发功能，以及EC Framework的工程内容管理框架的扩展功能，研发了桥梁三维设计建模程序，并通过EC对构件进行了标准化定义。通过混合编程的方式，研发 PCL参数化建模语言，使得各种结构可以参数化定义，效率提升50倍。
水上平台设计中采用RM Bridge 有限元分析对桩基础、主梁等进行单元模拟，从结构强度、刚度、稳定性等方面优化校核，缩小水上平台布置范围达20%。
OpenBridge Modeler对连续梁精确建模。提高模板拼装、坐标放样精度，确保测量精度达到5mm以内。
基于MicroStation及ProjectWise，搭建BIM项目综合管理系统。实现了进度跟踪、顶推监测、质量报验，成本管理、安全检查的项目5D管理环境。为应对工程可施工周期短，管理环境复杂的挑战，综合管理效率提升25%。
利用ContextCapture建立实景模型，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。通过实景进行场地规划，优化建筑与设备关系，场地利用率达到95%。
通过i-model、3DPDF交底、施工模拟动画绘制，应对复杂工序的工艺控制，为施工过程分析提供极具参考价值的可视化数据。
借助3D打印及VR技术，充分显示出BIM技术在三维立体展示应用方面的强大优势,使项目参与者更加直观地了解项目进展和最终效果。
利用Open Roads路线平纵功能，实现桥梁下部结构以及主梁节段三维模型的精确定位，基于参数化建模语言，定制各类结构物多达60余种。
RM Bridge 帮助优化水工平台结构强度、刚度、稳定性，以满足环保要求。
借助ProStructure，对钢结构及结构钢筋精确建模，以提高建造精度及降低材料损耗。
通过Navigator，更加准确协调施工顺序，减少时间维度上的冲突，改进施工进度安排，使项目在规定时间内完成。
OpenBridgeModeler帮助工程人员基于BIM技术进行桥梁参数化建模，确保桥梁上部结构模型精度等级满足质量要求。
通过LumenRT VR功能，供工程师及时检视设计或施工模型外观，表现力，及时对设计方案进行修正，同时能够使项目参与者如身历其境感受BIM技术所带了的巨大冲击力。
3) 心得体会：
通过负责黑龙江大桥项目BIM实施过程，我受益匪浅，公司领导让我参加各种BIM 论坛，我经常从相距千里的青岛和哈尔滨往返，非常感谢领导给我的这么多机会，我对BIM理念的理解也越来越深刻了，我越来越知道BIM 不仅是动画，而是以工程为基础的，是一种工程技术，或者是一种管理措施。我也知道要想掌握好BIM技术光是软件熟练是远远不够的，专业知识、现场经验才是最重要的，脱离了专业知识那是没用的。
2017年6月，公司机关要求我回机关准备BIM 大赛技术交流，很荣幸得到一等奖。同时申报了国际BE创新奖，并于400多个项目中突围51家，我们很荣幸是其中一家。
一、BIM技术不是一款软件
由于之前没有接触过BIM的时候，总是听说BIM软件、BIM软件认为BIM就是一款软件。经过这次负责黑龙江大桥项目后才知道，这是对BIM的一知半解。在笔者认为，BIM就运用数字化、信息化、参数化将工程项目中的各个阶段、各个专业的数据信息纳入BIM系统之中，然后进行整合、集成、分析、判断，最后为项目提供数据支持，提高项目品质、缩短项目工期、节约工程的成本。而这个信息纳入与整合、分析是需要借助BIM软件来实现的。在工程整个生命周期中，建筑信息模型可以实现集成管理，因此这一模型既包括建筑物的信息模型，同时又包括建筑工程管理行为的模型。将建筑物的信息模型同建筑工程的管理行为模型进行完美的组合，在一定范围内，建筑信息模型可以模拟实际的工程建设行为。
二、BIM技术可以打开管理效率的大门
从国内外应用的成果来看，BIM将为整个产业带来巨大的效益，它可以改善传统的工作流程，打破信息孤岛的壁垒，将设计、施工、运维乃至质量管理、效率管理得到大幅提升。BIM技术可以可以在设计阶段让我们通过3D可视化模型的建立，避免传统多图纸会审时发生的错漏碰缺等问题。并且将传统的点线面的2D图纸，改变成为桩、承台、墩等直观的3D模型。如此一来，就大大提高了项目中参与各方的沟通效率。施工阶段的施工模拟、碰撞检查、3D模型的拓展可以对施工中重点、难点进行提前预演，减少施工返工，对施工中的进度、成本以及物料使用状况等进行全面分析，帮助施工企业改善粗放式的工作模式，实现精细化施工。
三、BIM技术协同各方
传统建筑工作模式中无论是设计与施工之间，还是它们各自阶段之间，信息都是以碎片的方式呈现出来。难以整合与集成，导致了信息之间沟通障碍，延误决策与判断，进而导致整体项目受到损失。BIM技术的应用可以让他们在统一的BIM平台下工作，大家通过统一的BIM模型来进行各自的工作，大家可以清楚看到本阶段或本专业的工作状况与成果。同时，利用多方协同与联动性让各方随意进行编辑与修改，达成模型的统一。大大提高了工作效率，改善传统工作流程。
公司通过在黑龙江大桥负责BIM实施，为BIM技术在路桥领域发展贡献了的一份力量，尽了一份属于企业的责任，也为打造智慧交通奠定坚实基础。
