BIM在桥隧的应用

一、BIM应用前期准备1.1项目概况新建郑州至万州铁路河南段自郑州东站引出、经郑州航空港区东侧设郑州南站，西南行经长葛、禹州、郏县、平顶山，越过伏牛山区余脉至南阳，经邓州入湖北省境内。由中铁十五局集团承建的ZWZQ-7标站前工程，起讫里程DK227+778.385～DK265+420.14，正线长度37.642km。标段起于方城站，途径方城县清河乡、赵河镇、社旗县桥头镇、南阳市宛城区红泥湾镇三县区四乡镇。标段起点邻近S331省道，线路跨越S103省道、S333省道、X013乡道及多条通村道路，与13处110KV以上高压电力线交叉，DK244+384处跨越南水北调干渠。位于河南省南阳市方城县赵河镇上跨南水北调中线干渠1-（74+160+74）m连续梁-拱特殊结构工程，由第二分部中铁十五局集团五公司承建。连续梁-拱为典型的梁-拱组合结构。施工体量大，工艺复杂，施工周期长而又面临节点工期目标紧的现状，不可控因素多。尤其是跨越南水北调中线干渠范围的施工，对下穿干渠水质实行“零污染”要求。因此在面对诸多不利因素和风险量，如期顺利完成该项工程，对施工企业的综合管理水平是一项严峻的考验。另外该结构已被列为本标段的控制性工程，同时也是郑万铁路河南段全线的重点控制性工程之一。为此，集团公司领导高瞻远瞩，拟定在426#～481#墩2.014Km范围内作为BIM技术实施的范围。以BIM技术作为辅助施工管理的手段，同时确立围绕以该连续梁-拱作为BIM实施的核心的目标，力争顺利的完成该项工程，实现各项既定目标。图1.174+160+74m连续梁-拱成桥效果图1.2BIM应用规划基于此本项目引入BIM技术，力争通过BIM技术的应用妥善解决构件工程量审核，三维可视化交底，深化设计出图指导施工，进度管理，质量安全管理，成本管理探索6个层面的问题。在解决问题的同时，合理设置创效点；通过不断总结和深化应用，最终实现创造效益最大化。创效主要表现在经济效益和社会效益两个方面，因此需要制定详细的BIM实施规划，具体的规划流程如下：图1.2-1BIM实施规划流程图1.3组建BIM中心前期，在集团公司和五公司两级相关主管领导，两级科技信息部的全程参与下，最终选定广联达BIM5D作为本项目的BIM平台服务商。然后在全公司范围内选择具有一定电脑软件操作基础，责任心强，施工经验丰富，善于沟通表达的技术人员作为BIM实施的专业人员。BIM实施的组织机构分为公司和项目两级。公司级由公司董事长/总经理作为“一把手”主管领导，公司总工程师作为主要的分管领导，科技信息部部长作为实施的具体责任人，科技信息部主管BIM人员负责直接与项目BIM中心沟通对接，并予以全面指导和检查督促项目级BIM应用。项目级由项目经理全面领导，以BIM中心为核心，相关业务部门辅助参与，一线工点技术员、安全员全程参与的线性垂直管理体系。由成立的BIM中心根据项目特点，建立各类BIM规章制度。由项目工程部提供最新的设计图纸。由BIM中心根据高速铁路线性工程的要求，制定建模规则，按照设计图纸组织建模工作。用AutodeskRevit分别建立桩基、承台、加台、桥墩、连续梁、拱肋、预制简支箱梁、桥面构件等族库，用Teklastructures建立160m钢管拱肋模型；并对族库构件全部予以参数化，方便后期使用。将审核通过的模型导入BIM5D平台，将编排好的工期计划导入平台，完成BIM实施的准备工作。召开一线技术人员、专职安全人员进行BIM5D手机移动端的使用培训工作。实施阶段由BIM中心负责定期维护模型，每天不间断的实时采集一线施工信息。并将构件实际工期信息录入平台，根据进度管理方案模拟情况，将工期现状直接反馈至项目领导。负责督促培训一线技术人员和专职安全员正确的使用BIM5D移动端，并且适时的指导；尤其是加强进度、质量安全模块的应用。同时还负责BIM产品功能升级后的数据更新和对下新功能交底工作，最终形成一个闭合的管理回路。图1.3-1BIM实施组织架构图1.3.1BIM中心管理职能1.制定项目BIM技术发展规划，建立BIM管理工作机制，做好国家BIM相关政策、文件的动态跟踪与发展趋势研究。2.主导建立基于BIM实施的组织保障体系，保证BIM实施工作的正常运转、支持业务工作并持续优化改进。3.通过对BIM技术的导入和应用，为各相关部门及项目部提供信息化支撑，做好相应软硬件的技术支持。4.规范和整理项目在施工质量、进度、物资管理、成本控制、安全文明施工等方面的即时信息，为项目领导层提供管理和决策依据。5.根据设计方案，结合项目工程策划及施工组织设计完成BIM基础模型、4D模型、5D模型及现场同步模型的建模工作，在项目全生命期的各阶段及时交付相应模型。6.根据项目BIM应用策划及BIM工作模式的分析与判断指导和监督项目部BIM技术应用工作。7.选择专业强、综合实力强、技术能力强、产品链长、服务有保障的软件供应商建立长期合作伙伴关系，合理借助外部资源保证公司BIM技术的顺利实施。8.制定BIM系统采购、权限分配、运行信息系统安全等方面的相关制度。9.制定BIM设备购置、管理、应用、维护、维修及报废等方面的相关制度。10.项目部制定项目实施管理制度，明确项目管理的任务、时间进度等内容，预计项目进行中可能发生的变更和风险，有效地管理、控制、处理项目进程等问题。11.数据维护制度，包括BIM模型数据标准、数据归档格式、访问权限等，形成统一的基于BIM技术的协同平台，避免产生数据在不同工作流程中无法传递和运转的情况。12.培训管理制度，对于通用的BIM技术知识、实施流程、各环节交付标准等，制定整个BIM实施团队的培训计划；对于专职岗位，如BIM模型师等则制定专门的培训课程专项进行。表1.3-2参与BIM应用部门职责任务表（可点击图片查看大图）1.3.2BIM工程师岗位职责1.研究建筑行业BIM技术发展方向，制定项目BIM技术发展战略规划。2.负责建立与完善BIM中心工作标准。3.组织制定BIM中心年度工作计划和目标。4.组织项目BIM应用策划并制定实施方案。5.负责对项目部BIM实施工作进行监督与考核。6.负责BIM应用相关技术产权的积累，组织项目内部与外部的技术交流活动。7.制定BIM实施团队的培训计划，组织业务技术知识的学习。8.完成上级领导交办的其他工作。1.4软硬件配置1.4.1软件配置1.4.2硬件配置二、项目应用难点2.1构件工程量审核传统常规的手段难以解决的构件工程量精确审核，尤其是复杂异形难以计算工程量的构件，通过BIM建模来解决工程量审核的问题。本项目双曲线托盘、顶帽、不规则散水坡，连续梁节块，张拉齿块，吊杆横梁均是复杂异形构件，常规方法难以计算，且计算精度不高。难以对设计图纸给出的数量精确复核，因此也谈不上责任成本的准确核算控制了。2.2深化设计出图高速铁路构件搭建，在设计上基本上都采用通用图；通用图在各条线上也有使用，图纸的精度应该较高。但是从钢筋建模的角度却发现，本项目仅在钢筋环节上就存在108处错漏项。二维图纸复核受剖、立面图限制不直观，很难在时间紧凑的图纸审核阶段就能全面发现问题。很多时候边施工边发现边处理问题，中间还存在着与设计单位沟通的时间问题；这一弊端大大的限制了施工效率，也正因如此体现出了BIM应用不可替代的技术价值。复杂构件钢筋识图下料和正确安装排布，一直以来是困扰技术人员和作业班组的难题。二维图纸给出的剖面图、断面图等有限，很难直观的判别。而0#块的钢筋却又极为密集，因此采用Revit钢筋建模样下料；同样可以实现BIM三维交底可视化，对传统技术有了很好的补强作用。74+160+74m连续梁通用图给出了几个钢束相对坐标的控制断面，而没有出具每个节块分界线处的相对坐标。而钢束孔道坐标的定位精度，在很大程度上能够影响施加的有效预应力，而采用BIM技术就能够非常有效的解决该问题。利用强大的剖面出图功能，能够准确提取任意断面任意位置处的孔道相对坐标。2.3进度管理传统常规的工期控制方法，通常是用Excel编制好工期表格，打印成纸质版后作为项目领导工期管控使用。但是该种方法很不直观，也无法表达清楚彼此工序之间的逻辑关系，更不用说工期滞后预计时间，局限性很大。但是利用BIM进度管理的功能，就能够妥善解决此问题。即在现有施工段的划分，施工作业班组，施工机械，模板等要素配置下，及时的实施预警，采取合理的纠偏措施，优化工期，避免因工期滞后，造成大量施工作业人员窝工，材料无序的占用，施工机具资源浪费，甚至在原有基础上为了赶工又加大了上述投入，加剧了项目的经济风险。采用BIM进度管理完全能够消除上述经济风险。2.4物资管理项目物资管理是关键环节。施工过程中，经常会遇到施工主材、地材供应不上，施工队伍降低工效等料的情况。材料受价格浮动，重要节假日供料渠道不畅等因素影响；或者是为了不影响进度，不得已提前在价格相对较高的时候大量备料。这样容易造成资金时间价值的浪费和不利于节约成本。这也是一直以来，施工单位经常面对的问题，有效解决的方法不多。物资部门平时掌握的数量来源于工程部，获取面窄不利于物资管理。2.5质量安全管理质量安全是工程建设行业永恒的主题。但是受本项目点多面广的影响，实际配置的质量安全数量人员再多，也难以有效的消除各类隐患。缺乏一个信息共享推送的平台，质量安全管理精力、物力投入大，却仍不能取得满意的效果。2.6施工现场管理施工现场所有参与管理的人员都有义务管好质量、安全工作，同时充分利用冗余现的场时间学习图纸和规范。但是实际情况是，没有一款能够有效集成共享信息的平台，项目管理层，业务部门负责人，技术人员，质检人员，专职安全员手里能够收集到的信息有限，也不能实现共享。收集到的信息全部呈碎片状，无法整合到一起共享使用。这就造成了现场的各类技术和安全风险源得不到解决，彼此发现的共性问题，而对方并不知晓，更谈不上及时监管和消除。无法打通的信息障碍通道，造成了共同遗漏的管理盲区。这样加剧了管理精力的无限投入，同时也难以发挥出有效的管理作用。另外技术人员每天的工作量很大，长时间的背着纸质版的图纸和规范也不现实，而信息时代借助手机APP就能够快速的实现查看任意图纸和规范，甚至于其他各类数据，这就需要一个完备实时更新的数据库和一款支持手机APP使用的平台。针对上述项目难点，利用BIM技术的强大功能，力争妥善解决二维图纸工程量审核难，钢筋排布不合理，复杂构件钢筋下料尺寸难以解决的问题。同时利用BIM5D平台解决进度管理的问题，BIM5D移动端的强化使用，加大现场质量、安全的管控能力。三、应用方法和流程3.1BIM审核构件工程量利用已建立好的Revit模型或已导入广联达BIM5D平台的构件工程量查询功能，根据需要提取所需部位的构件混凝土数量。提取的该工程数量，以表格汇总的形式分发至工程部，工程部会根据和设计量差，及时的找设计单位沟通，修正数量，为企业挽回损失。以48+80+48m连续梁为例，建模过程中就发现，建模数量327.89m3。而通用设计图给出的单个0#块数量为251.223m3，两者相差76.606m3。也就意味着设计图纸单个0#块少给76.606m3，而在已完成的0#块混凝土报量上也印证了这一点。同时该工程数量作为现场精细化控制混凝土数量的重要依据。精细化控制在线性工程路桥行业方面的意义尤为重要，桩基工程和普通桥墩工程由于钢筋笼配筋数量有限，不算密集，也基本上占不了太多体积，可以忽略钢筋体积不计。但是在连续梁上就显得尤为重要了，连续梁节块内钢筋非常密集，预应力孔道所占的比重也很大，包括纵向，横向，竖向预应力的张拉槽口，所占据的体积非常客观。如果在现场技术员在向拌和站报量的时候，如果不考虑扣除该部分体积或估算不准体积，就会造成混凝土无端的严重浪费。以74+160+74m连续梁0#节块为例，建模数量1151.447m3，而钢筋和预应力孔道等就占据了26.83m3，如果向拌和站报量的时候此部分体积预估不准确的话，就会造成直接的损失。从应用的情况来看，利用BIM构件工程量审核及钢筋复核功能，为项目和企业挽回了构件混凝土