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BIM技术在桥梁工程项目管理中的应用

更新时间:2018-12-04
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BIM技术在桥梁工程项目管理中的应用

0 引言
目前,在桥梁工程建设阶段,各参与方对于建筑信息的沟通比较分散,信息来源乱,信息零碎、脱节等问题[1],导致决策延迟。另外,受到管理体制、设计流程、施工工艺等方面的限制,缺乏有效的协同和联系,造成工程效率低、施工进度慢、建造费用多、施工安全性差等问题[2]。因此,在大型桥梁工程中,有必要引进新的技术和方法来解决建设中存在的问题。
应用BIM技术可提高对建筑数据信息的整合度,且可视化、可模拟和易优化等特性,能加快对建筑信息的协同管理,为各参建单位解决大型工程设计与施工的协同管理问题提供便利,不仅可以指导施工,还可以技术交底、节约成本等作用[3]。所以将BIM技术应用在大型桥梁工程项目管理中是趋势所向,以此保障桥梁的施工安全,保证工期、成本、质量达到要求。本文以某实际工程为例,展开BIM技术在具体工程中的实际应用。
1 传统施工出现的问题
桥梁工程建设是一项复杂、综合的大型生产活动,在大型桥梁施工管理过程中,经常出现施工进度拖慢、施工成本增加、现场布置再调整的问题,具体如下:
1.1 构件碰撞
传统设计思路是基于各专业的理论和流程展开设计,协同设计欠缺,各设计专业彼此独立的完成业内工作,甚至本专业不同部位的设计会出现分离,容易出现大量的结构、构件的碰撞,尤其是复杂的桥梁,构件多,容易出现如配筋冲突、连接构件冲突、安装顺序变化造成的碰撞等。此外,现阶段对于大型的桥梁工程项目,传统的二维CAD图纸很难直接表现出来上述问题[4]。
1.2 施工进度管理问题
目前,桥梁的施工进度计划仍是以甘特图、网络图为主要参考,以相应的辅助材料来说明施工进度管理,但是,这种的方式只能模糊表达先后顺序,无法明确的展示施工进度,也很难理解施工任务之间的逻辑关系[5]。此外,材料进场安排、方案变更、天气情况、材料运输等方面均会影响施工进度。因此,工程的实际情况与进度计划常有偏差,而且随着施工的进展,进度滞后的情况将逐日累加,会给施工管理造成很大的困难,如若偏差不能被及时控制和修正,进度问题将被不断放大,甚至将会影响施工安全、质量、验收[6]。
1.3 施工成本管理问题
大型桥梁工程,一般投资巨大,且材料种类多、数量多,诸多因素导致实际产生的费用高于预算成本,进而影响工程项目的顺利实施。比如,施工过程中,业主的资金不能及时到位,导致施工方出现资金周转困难,影响下一步施工;大型复杂工程中相关管理费用没有根据项目重要性、优先级合理分配,从而影响分项工作的开展[7]。所以,在工程项目实施过程中,费用超预算经常发生,如果不能及时处理,对后续施工任务的进展将是很大的障碍。
1.4 施工现场管理问题
对于复杂的大跨径桥梁工程,施工中投入大量的新技术,新材料,新设备,如何科学地对安排材料和设备的进场时间和场地位置,是目前桥梁施工管理的一个重要问题[8]。对于涉及大量构件的工程,很多构件需在施工场外预制完成,能否按时运输到施工场地,关系到项目的工期能否顺利实现;在场地受限的情况下,对设备和材料的现场布置也是影响施工进度的一项主要因素。
2 基于BIM的项目管理流程设计
为了解决桥梁项目管理过程中的问题,本文首先搭建可以协同管理的广联云交互平台,然后在平台上解决某实际桥梁项目在建设前、建设中遇到的问题。
2.1 工程概况及施工难点
本项目是合安城际铁路的某一段桥梁,48+48m两跨变截面连续箱梁桥,采用转体施工法,本工程施工难点:1.转体球铰定位及线型控制精度高;2. 梁体位于曲线上,转体时监控技术要求高;3.安全风险压力大;4.结构上异形构件多。5.工程量大,计算复杂。
2.2 BIM协同平台搭建
根据项目需求,本项目直接采用广联云平台,由系统管理员为项目方创建账户,并根据角色设定权限,决定每个账户的使用权限。根据项目不同阶段,业主、设计、施工、勘察、监理方、BIM项目组逐渐参与到项目BIM技术的应用,使项目施工顺利进行。BIM协同平台搭建如下图所示。
图1 BIM协同平台搭建
Fig 1 BIM collaborative platform
2.3 BIM实施流程
根据桥梁工程建设中存在的主要问题,基于本工程提出BIM技术的实施流程,有针对性的选择BIM的部分功能,应用在该桥项目的建设过程中,如图所示。
图2 BIM技术应用流程图
Fig 2 BIM technology application flow
(1)BIM项目组利用设计方提供的设计图纸等资料,协同各专业开展建模工作;(2)由BIM项目组内不同专业负责人进行相关设计成果的碰撞分析,优化碰撞问题并将成果交给BIM项目组总负责人,进行模型整合、碰撞分析和模型修改;(3)BIM项目组利用项目技术部和工程部提供的进度计划和施工方案等资料,结合上个阶段的设计成果进行施工模拟,包括4D施工进度模拟、现场质量安全模拟、深化设计等内容;(4)进一步细化模型,增加信息属性,利用模型深入开展模拟现场物资管理工作,最终形成竣工模型。
3 BIM技术的具体实施及效果
3.1 BIM模型建立
在设计阶段,根据设计院已完成的二维CAD施工图纸,利用Revit软件创建相关构件,然后组合成大桥的整体模型。碰撞问题及时发现及时更改,减少后续变更。BIM模型如图3。
图3 BIM模型图
Fig 3 BIM model diagram
3.2 碰撞分析及碰撞变更管理
模型建立完毕后进行设计的碰撞检查,先利用Navisworks新建一个检测,选择模型对其进行碰撞检测,碰撞检测结果如图4。
图4 碰撞检测界面图
Fig 4 Collision detection interface
如图示:首先系统共查出78处碰撞,Navisworks会自动生成碰撞编号,如碰撞1是横梁处预埋件与横梁钢筋、预应力筋位置冲突,适当调整钢筋间距修改预埋件位置,解决碰撞问题;然后,各专业根据碰撞建立本专业的变更报告提交到BIM项目组,设计方根据反馈的变更报告修改设计;最后,将修正结果提交业主审批后,修改BIM模型,并由监理组织专业设计方对修正后的BIM模型、碰撞报告和设计变更进行书面确认,将书面确认资料的再由施工方输入到数据库中,利于变更管理,达到无错设计后施工,同时完成设计变更工作。
3.3 施工模拟
无碰撞问题是施工模拟的前提,解决碰撞问题之后,利用Navisworks进行施工模拟,测试、对比不同施工方案并优化,选定半满堂支架施工方案后,既可以正常施工,又不耽误下穿线的运行;定下施工方案后,直观精确的演示整个建筑施工过程,同步展示技术交底过程,有效指导现场施工,该桥的结构施工模拟如图5所示。
图5 结构施工过程模拟
Fig 5 Simulation of structural construction
经过方案选定后,施工过程模拟直接对施工人员进行技术交底,节约了大量的时间,并在施工模拟进程中对分项工作的安全事项进行规范,然后输入到数据库成文,供各部门查看。施工模拟的过程中优化施工场地布置,调整空间布置31处。
3.4 进度管理
经过上一步确定施工方案后,使用Navisworks对该桥施工全过程进行施工总进度控制。正式施工之前,将进度计划表导入到模型中,并附加进度编号和成本信息,进行虚拟进度施工及空间时间成本协同施工模拟,在模拟过程中着重查看各施工节点交叉工作的分配情况,分析其互相干扰的问题,排查不合理的施工顺序。施工进度控制过程如图6所示。
图6 施工进度控制过程
Fig 6 Construction schedule control process
经过模拟,管控全局进度,在不耽误下穿线运行的情况下,发现工期少2个月。BIM项目组统筹技术部和工程部一起分析影响施工进度的问题,工程部决定整改施工顺序的方案,将箍筋、拉筋、分布钢筋等简单钢筋加工工作提前在场区外完成,在满堂支架、底模板、抗拉钢筋完成后,形成绑扎钢筋工作面,两边同时施工,可减少一个月工期。由于施工不能耽误下穿线铁路运行,BIM项目组在保证有序进行的情况下决定增加一个月的工期。
施工开始后,施工人员通过将无人机拍摄的实际施工图片和对应BIM模型作为验收资料的一部分交给监理单位,监理单位验收合格后,将已验收部分的图片和验收资料保存在广联云平台上,并交给业主审查,从而实现可视化验收。同时,在平台上的备案信息构成总竣工验收的一部分。
3.5 质量安全管理
在施工过程中,利用RevitStructure的自动出图功能,剖切3D模型的复杂的位置,如端横梁和箱梁之间变化位置的3D图纸,利用3D图纸辅助施工,让施工人员更好地理解设计要求和意图,节省识图时间。此外,实现施工过程中模型与施工现场照片的参照对比,进行质量管理。施工图与模型图对比如下所示。
图7 施工图与模型图对比
Fig 7 Comparison of construction drawing and model
3.6 工程计量统计
在施工前对工程计量统计估算成本,首先,对各施工阶段的施工材料进行算量和计价,如钢筋数量和混凝土方量等,可方便快捷地实现工程量清单、材料清单等分类汇总的自动化,节省大量的劳动力,各材质量统计表如图8所示。在施工过程中对成本进行控制,可查看各施工节点时的成本控制额,浇筑混凝土箱梁时,实际租赁模板经费超出预算,经工程部研究调整模板的流转周期,降低10%经费。
图8 各材质量统计表
Fig 8 Material quality statistics table
4 结果与展望
本工程项目部探索性地运用Revit、Navisworks等软件将BIM技术引入桥梁施工领域,参照工民建相应的解决流程对桥梁工程展开运用,包括模型建立、碰撞分析、施工模拟、进度分析以及工程计量统计,有序实现了协同设计,施工管理、质量安全管理、进度管理等项目管理方面的目标等。BIM技术应用总结如下:
(1)通过桥梁碰撞分析共检测出碰撞78处,累计节约人工费、运输费、材料费40余万。
(2)通过施工方案模拟优化空间布置31处,利用三维模型技术交底,加快方案比选、进度分析,提高技术交底效率50%;通过可视化质量安全管控,提前发现安全问题、质量问题,对比施工现场照片监督质量。
(3)通过合理安排场地的空间布置,规划运输路线、材料进场时间及堆放布置,从而使得施工场地流转更方便快捷并节省空间,直接性节约运输、用地成本约17余万。
总之,应用BIM技术在该桥梁项目管理中,优化了原有的施工方案,调整了工期,降低了非人工成本,效果显著。但是,鉴于BIM技术在桥梁工程中的应用实例较少,而本文主要针对本工程展开的探索性应用,尚未进行如动态安全检测、5D资源管理等深层次的研究,如果进行全周期全方位的BIM应用研究,还需对更为复杂的桥梁工程进一步应用,才可以体现其更大的价值。
参考文献:
[1] 丁士昭.建设工程信息化导论——建设工程信息化BLM理论与实践丛书[M].北京:中国建筑工业出版社,2005:8-8
[2] 杜峰,朴明远.浅谈市政道路桥梁工程施工管理[J].科技创新与应用,2014(1):202-202.
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[5] 王晓琳.基于BIM的桥梁工程设升与施工优化研究[J].工程技术:文摘版,2016(5): 21-21.
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[8]张海华,刘宏刚,甘一鸣. 基于BIM技术的桥梁可视化施工应用研究[J]. 公路,2016,61(09):155-161.