BIM技术在商登高速郑州境段跨南水北调总干渠特大矮塔斜拉桥中的应用
河南省公路工程局集团有限公司
伴随经济的发展与进步，我国的桥梁朝着大跨、高强、轻质、多功能发展，具有结构设计复杂、异性构件多、施工环境复杂、施工要求高、后期需要定期管理维护等特点，对于桥梁建设和运营有着越来越高的要求。近年来BIM技术的兴起，为桥梁建设提供了先进的辅助工具，能帮助工程项目有效控制成本和工期，有助于实现更高品质的工程。
一、项目概况
施工单位：河南省公路工程局集团有限公司
BIM咨询：鲁班BIM团队
商登高速郑州境段跨南水北调总干渠南水北调特大矮塔斜拉桥位于新郑市周庄北侧约500m处，上跨南水北调总干渠，桥梁中心桩号K159+506.75。桥梁全长936.5米，全桥共分5联，主桥采用整幅设计，引桥分幅布置。主桥全长551m，跨径布置为（143+265+143）m，上部为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，塔高45m，采用塔梁固结、墩梁分离，墩顶设支座的结构形式，是目前国内同类已建在建矮塔斜拉桥跨径最大的桥梁工程，工程造价约2.83亿元。
图1 项目实体图
南水北调特大矮塔斜拉桥是目前国内同类已建在建矮塔斜拉桥跨径最大的桥梁，该桥结构特殊，施工难度大，工期紧，任务重，是商登高速郑州境段关键线路上的重点、难点及形象工程。在施工过程中“高标准、严要求、重管理”，运用绿色施工及新技术应用的管理理念。通过引入BIM技术，建立一套在项目管理中的规范流程及应用模式，积极探索和积累精细化施工管控的新方法，逐步改善传统粗放型的管理模式，为其他项目推广运用BIM技术奠定基础；通过采用BIM新技术的信息化的管理手段，提高施工效率，节约施工成本，提升项目科技含量。全力打造品质工程，争创国优工程。
二、BIM应用点
2.1 BIM模型建立及维护
1 族库建立 BIM在桥梁方面的应用不同于房建项目，基于Revit软件开发的族库尚未包涵市政工程方面，如桥梁、路基、隧道等方面，本项目进行了基于Revit桥梁方面的族库建设，以利于后期更多桥梁工程BIM的快速建模及应用。
图2 族库
2 南水北调特大桥地形模型建立 因桥梁工程本身对地形地貌勘测数据要求高，本项目利用设计院给出的CAD地形图，导入到Sketch Up自动生成的三维地形模型，地形地貌数据更加直观，也提高了模型的准确性。
图3 三维地形模型搭建
3 BIM建模及应用标准建立 建立BIM建模标准，使本项目实现规范化标准化精确快速建模。
建立BIM应用标准，对每一个应用点都详细说明操作规范和流程，形成标准化管理，同时给公司提供了BIM应用的范本。
图4 BIM建模及应用标准
4 变更管理 建立变更管理制度，随设计变更实时更新维护模型，及时与现场人员交底。
图5 变更图纸上传
2.2 图纸审核＆碰撞检查
1 图纸审核 根据设计院提供的桥梁图纸进行三维建模，利用Revit创建出三维模型，能直观地反映设计方案，检验设计的可操作性，检查到图纸相互矛盾、在施工前能预先发现存在的问题，帮助图纸审核。
BIM团队在建模过程中，发现混凝土专业图纸问题5个，钢筋专业图纸问题3个。以主桥32#箱梁为例，主桥箱梁边跨部分平面图中，箱梁轮廓线有明显错误，向施工方提出问题，与现场确认，避免了现场施工后才发现问题导致返工，节约了工期和成本。
图6 图纸问题
2 碰撞检查 针对项目施工过程中存在的劲性骨架、预应力管束与钢筋碰撞的难点，提前发现出共性碰撞点148个，找出碰撞问题发生的原因，并及时在施工前将预见的问题解决，可以避免后期的返工问题，节省了工期和成本。
图7 劲性骨架与钢筋碰撞
2.3 工程量计算
1 图纸工程量审核 基于模型，可以很精确的计算出相应构件的工程量。在本项目中，我们经过多次测算、最终确认模型的工程量比图纸工程量更为精确，两者的误差值平均在3m?左右。精确的模型量，让我们更好的把控混凝土的损耗率。
图8 边跨32#箱梁
2 工程量快速提取 可以通过LuBanBE平台，按照构件的不同属性进行提量，节约时间80%大幅度提高效率。
图9 快速提取
2.4协同管理
1 质量安全管理 使用移动终端（智能手机、平板电脑）采集现场数据，建立现场数据资料，与BIM模型即时关联，方便施工中、完工后数据的统计管理。经过严格筛选及确认被授权的管理人员通过鲁班BIM浏览器实时得到通知并查看。
图10 质量安全管理
2 问题跟踪与处理 现场发现有安全或质量问题需要整改时，可即时通过手机端应用鲁班BIMView发布问题整改协作，推送给相关负责人进行整改，整改后拍照回复协作，做到问题跟踪及闭合。现场质量和安全样板部位也可使用协作发布，作为表彰及展示。
图11 BIM协作整改发布
2.5 可视化＆虚拟建造
1 可视化交底 鲁班BIM团队建立了主桥25#箱梁内外模板、混凝土、钢筋、预应力管束、齿板等模型，通过模型可以直观了解到整个箱梁的形状以及细节，提前发现预应力管束、钢筋之间的碰撞，进行事前控制。
图12 箱梁碰撞问题交底
2 场地布置漫游模拟 根据施工场地以及周边道路情况，应用鲁班BIM技术模拟整个施工场地布置，包含办公区、生活区、材料存放、施工车辆进出口位置，塔吊安放位置等，可形象模拟现场的真实情况。也可进入结构内部查询构件情况。
图13 施工场布
3 进度模拟 使用鲁班BE的沙盘模式进行进度模拟，可对每一个构件都赋予施工工序、施工时间、完成状态，方便进行管理。同时可以对任一时间的施工进度状态进行统计，显示出每一个构件的施工状态。可由成本部门根据数据，计算得出当前进度的实际成本。
图14 进度模拟
2.5 工程档案与信息集成
为确保施工过程中形成BIM平台资料的标准化管理，鲁班BIM顾问与河南省公路工程局BIM负责人及相关领导确定了《BIM运用平台资料管理办法》，明确了资料的上传、管理、应用要求，保证了竣工模型资料信息的完整性、规范性，为公司后续的项目创造了典范。
在施工过程中，可以把各种工程资料如质保资料、设计变更单、设备维护资料等与模型构件一 一对应，可在模型中快速搜索，形成了数字化、结构化、可视化BIM数据库。
项目竣工后，根据相应BIM数据模型，方便运营维护，大大提升物业管理能力。
图15 资料管理
2.6 创新应用——二维码
1 预制构件追踪管理 桥梁施工中很重要的一环就是梁场预制构件的管理，通过“BIM+二维码”技术可以实现预制箱梁追踪管理。工程施工的不同阶段，使用BIM平台的沙盘模式可用不同颜色区分构件的不同状态，对于预制箱梁，有生产、运输、安装、湿接缝施工、已验收等状态。每一道施工工序开始时，扫描构件的二维码，将构件状态信息更新至当下施工状态。管理人员可以通过二维码手册，使用鲁班BIMView手机软件扫描，轻松获取构件施工状态信息，实现对预制箱梁的追踪管理。
图16 二维码扫描得到状态信息
2 材料管理
材料进场管理：建立专门的BIM材料管理模型，以模型为信息储存单位导出二维码。材料进场前由相关人员对材料进行检查并核查产品合格证、供货证明等相关证明材料，检查通过后，扫描二维码更新为到货状态，视为材料进场。
材料信息管理：已到货的材料需在BIM平台记录相应的基本信息，包括名称、类别、状态、数量、存放位置等。将材料对应的二维码制作成册，查询时使用鲁班BIM View手机软件进行扫描，即可获取材料基本信息、堆放位置、库存数量等，实现材料信息化管理。
三、BIM应用价值
（1）取得了良好的经济效益。
在项目实施过程中，各应用点都发挥了重要的作用，产生了经济效益。图纸审核，由建模及碰撞检查发现图纸问题及碰撞点并提前解决，产生经济效益26.5万元；工程量核对，由模型量与图纸量、实际量比较分析，对现场纠偏，产生经济效益28.5万元；协同管理，由鲁班BIM平台的协作功能，及时把控现场问题，产生经济效益27.6万元；可视化交底，由BIM模型进行三维技术交底，使交底过程更便利，产生经济效益39.5万元。
（2）社会效益
可视化及虚拟建造的应用提高了安全教育效率、施工质量学习水平，更符合绿色施工理念。协同管理的应用使现场问题得到了及时且高效的解决，管理人员对现场施工的管控度更高，更易于进行安全管理、质量控制，减少材料浪费。通过BIM技术替代传统管理模式进行项目管理，实现了以模型为基础进行技术质量、商务、施工、安全、物质等部门的管理工作，更利于集团公司提出的精细化管理。
（3）提升公司形象，提升公司竞争力
本项目目前已获得中国图学学会2017年第六届“龙图杯”全国BIM（建筑信息模型）大赛施工组优秀奖与第三届“科创杯”BIM大赛施工组三等奖，河南省首届“匠心杯”工程建设BIM技术应用大赛二等奖，河南省第二届“中原杯”BIM大赛单项组三等奖。提升了公司形象，获得了行业对公司BIM技术应用的认可和肯定。此外，本项目已经发表了2篇论文，已经完成了3篇QC，《BIM+二维码”技术在商登高速南水北调大桥项目施工阶段中的应用》、《BIM技术在商登高速南水北调大桥项目施工阶段中的综合应用与实践》；《预应力管道串浆堵塞的技术攻关》；《提高大跨度斜拉桥项目整体施工绿色节水技术》；《攻克大跨度现浇箱梁100m以上预应力孔道后压浆质量难题》，后续还在对技术创新的一系列项目梳理和完善，提升了公司在行业的影响力。
四、结语
基于鲁班BIM的桥梁可视化施工技术应用在施工前进行碰撞检查，施工方案进行模拟和优化，可以有助于工程项目查漏补缺，提高工程质量。通过鲁班BIM施工可视化进行虚拟施工演示，使施工人员对施工工艺流程和标准有更清晰的认识，提高施工人员的技术水平，减少安全事故的发生。此外，基于鲁班BIM的桥梁可视化施工管理有助于现场技术人员合理制订施工方案和计划、精确掌握施工进度、优化施工资源，对整个项目的进度、资源和质量进行动态管理和控制。相信随着BIM技术的不断发展与成熟，基于BIM的桥梁可视化施工必将提高我国桥梁建设的技术水平和管理水平。
