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        BIM技術應用工程建設數字化智能管理

        貴州新石高速公路建設有限公司

        BIM技術應用工程建設數字化智能管理

        建設單位:貴州新石高速公路建設有限公司

        施工單位:貴州橋梁建設有限公司、貴州省公路工程建設有限公司、貴州路橋集團有限公司

        項目背景:貴州省湄潭至石阡高速公路項目(以下簡稱“湄石項目”)是由由貴州新石高速公路建設有限公司負責建設,重慶市交通規劃勘察設計院牽頭,北京跨世紀軟件公司參與。在項目全線推廣BIM技術的高速公路工程。集團領導提出充分發揮利用BIM技術的創新性,運用云技術、GIS技術、互聯網技術及IoT技術打造一套適用于公路工程的BIM施工綜合管理云平臺。為了推進BIM技術應用,我司成立BIM領導小組,各施工標段指定BIM專項負責人,完善人員、硬件配置,組織開展培訓,從設計階段即開展BIM設計,施工階段采用BIM管理,通過積累經驗, 其實施成果將全面推廣至集團各項目,實現建管養一體化協同管理,全面提升交建集團信息化管理水平。

        貴州省湄潭至石阡高速公路項目,共分為10個標段,每個標段項目部設有BIM負責人及其他日常協同工作人員,并統一由新石公司總經理進行統一管理,項目初期為了保證BIM技術的順利實施,整個項目所有標段統一配置多臺BIM專用電腦,應用于BIM模型處理及BIM技術應用,基于GIS+傾斜攝影技術的長大線路地形數據采集及模型研究,借助無人機傾斜攝影技術生成三維實景模型,載入BIM施工綜合管理云平臺,與衛圖集成,定位項目所在的國家,省份,區縣等詳細地理位置,查看工程施工項目周邊地形信息,快速了解項目周邊情況

        系統介紹:BIM施工綜合管理云平臺CivilStation Construction(簡稱CSC)是基于云技術、GIS技術、互聯網技術與物聯網技術(IOT)于一體的BIM施工綜合管理平臺。通過構建項目級平臺,以標段為管理單元,以質量為基礎,進度為主線,投資成本為核心,實現工程項目的可視化和數字化智能管理。湄石BIM施工綜合管理云平臺將項目管理過程從平面轉向立體、靜態轉向動態、封閉轉向協同

        系統架構:湄石項目BIM管理系統將BIM技術與信息化管理緊密結合起來,即以BIM模型為載體實現工程項目三維可視化、信息化綜合管理。采用全球領先的GIS引擎及BIM平臺,打破傳統的二維平臺構架,提出了三維建模管理平臺+web+GIS+移動互聯網創新平臺架構,搭建“數字化智慧工地”。

        系統特點:

        1、標準體系支撐系統應用

        為保證模型構件顆粒度滿足項目需求,建模精度滿足項目管理的要求,參照《公路工程質量檢驗評定標準》JTG/F80/1-2017單位、分部、分項劃分,設計圖紙,綜合考慮建模技術手段、管理深度和重點,結合項目經驗編制支持系統使用的標準,通過此類標準規范了模型顆粒度、構件類型、管理方式、文件組織原則,實現了施工工藝驗收、進度管理的自動化采集和監控。使整個項目管理標準化。

        2、第三方系統接入資源統一管理

        湄石BIM管理系統具有較強的開放性,目前已經對接了攪拌站系統、試驗室系統、視頻監控系統。與第三方系統對接后,在同一平臺進行統一查看,統一管理,確保數據唯一性。

        3、兼容主流BIM模型設計數據有效利用

        湄石BIM系統可兼容當前市場主流廠商的BIM軟件;本項目導入了Bentley及Catia模型,基于Bentley平臺進行了設計數據的整合,編碼掛碼及一鍵導出至GIS平臺,形成了數據轉換標準、流程的統一。

        4、進度管理自動化

        系統根據質量報驗結果自動采集實際進度數據,通過BIM模型構件的不同狀態來可視化體現工程的形象進度,采集實際進度數據與計劃進度數據的比對,以時間軸為基準,通過采集實際進度數據,實現基于BIM模型的4D計劃進度模擬,實際進度模擬及可視化直觀對比。

        5、智能高效的施工管理

        基于BIM模型的可視化、數字化、模擬化的施工管理,大幅提升管理效率。通過MicroStation CE將模型與結構樹相關聯,將施工管理由傳統的線下管理轉移至線上,以模型載體實現管理信息集成,通過流程、表單管理實現質量和進度驗收過程自動化,規避信息傳遞滯后、信息孤島,使五方責任主體職責明確。突破傳統的施工管理受時間和空間限制,實現模型在Web、PC、手機端三端的智能化協同管理。

        6、隧道管理智能化

        通過對隧道地質預報、掘進、初襯、二襯、仰拱填充進度錄入及分析,可以及時比對地質與進尺的相對關系,對超挖進行預警,分析掘進與初襯的距離,可對開發與支撐的安全控制距離實時監控,通過采集各施工段落進尺速度可以分析隧道施工節奏是否合理,提高隧道施工的監控能力。

        7、資料管理智能化

        通過對設計文件、設計模型、施工組織設計、安全專項方案的樹形結構管理,可自動歸檔并與構件關聯,實現資料歸集過程可控,構成了數字化檔案交付的基礎。

        湄石BIM系統發展歷程:從2018年2月開始,建設單位開始安排設計人員進行模型的創建,將二維圖紙轉換成設計模型,并開展工程量復核、圖紙校核、施工工藝模擬、碰撞檢測等一些列工作。發現了多處設計偏差和問題。設計模型通過CSC.Modeling轉換為施工模型通過BIM翼-云技術將模型一鍵轉換為施工管理GIS模型,并用無人機對施工現場進行傾斜攝影,基于GIS管理平臺,將實景與標段結構模型全面整合還原項目施工實景, 信息化管理基于模型,業務流程遵循質量為基礎,進度為主線,投資成本為核心,實現工程項目管理的的可視化、數字化和自動化。BIM施工綜合管理系統將項目管理過程從平面轉向立體、靜態轉向動態、封閉轉向協同共享,完成工程質量、投資的綜合管理和互通。推進BIM技術的工程化應用,促進項目信息化建設,實現項目的高品質建設和運營的管理目標,促進數字化品質工地建設。

        構件是實例化的空間對象,其ID像一把打開BIM管理系統的鑰匙,聯通各業務層面。借助模型平臺開發一套適應公路行業模型編碼及掛接工作流程和方法,參照《JTG F80-2017公路工程質量檢驗評定標準》行業標準和企業內控質量管理標準進行分部分項劃分及EBS分解,EBS質量管理單元拆分至工藝工序,工序驗收指標作為現場數字化驗收核心,自主研發Parametric Component Language (PCL)參數化語言、超級編碼器SEO,實現橋梁及隧道參數化建模的同時自動關聯分部分項、編碼及綁定。大大提高模型關聯效率。

        模型的創建嚴格按照設計圖紙進行,模型尺寸與二維設計圖紙尺寸完全一致,使用OpenRoads Designer、PowerCivil、MicroStation CONNECT、正向設計BIM軟件CivilStation Designer(CSD)完成三維設計。施工管理采用施工綜合管理云平臺(CSC)將管理數據與模型數據進行系統集成,然后進行項目過程控制及數據分析,為管理者提供精準的決策依據。

        為應對征地拆遷挑戰,項目利用MicroStation CONNECT實景環境,對拆遷地塊進行三維標示,分析拆遷物與設計構造的關系,與實際施工進度和計劃進度進行對比,使拆遷進度最大限度滿足施工進度要求。

        重難點問題的分析和解決思路

        湄石高速工程的主要結構物包含橋梁、隧道、路基,其中60%以上是橋梁和隧道。該項目中超過113公里涉及拆遷工作,施工過程中需要對十個標段進行管理。為保障高速建設能夠順利進行,全線進行三維設計和施工管理。項目實施面臨諸多難點:模型量大、建模復雜,結構物繁多;施工基礎數據量龐大;路線長,區域分散,質量、進度情況難以及時掌握,拆遷范圍的控制、拆遷進度的復雜管理等。

        針對以上問題,需要從設計、施工、階段同時更新技術,將BIM技術應用的整個項目的各個階段,從而全方位的把控項目。

        1)在項目設計階段采用BIM深化設計及優化,效規避二維設計階段誤差和問題,縮短項目實施周期,節約項目投資,縮短項目工期。

        2)項目設計路線長,分布區域廣,結構物分散,實施周期長,干擾因素多項目進度管理難度較大,通過研究基于BIM的進度控制方法能夠實時把握項目進展,及時發現進度隱患點,做到進度宏觀可控,微觀可調。

        3)借助BIM技術+質量管理理論,提高質量管理效率,顛覆傳統管理方法,有效提升項目品質。

        4)安全管理是保證項目順利實施的奠基石,項目安全巡視、安全監控一直是項目管理永恒的話題。本項目里程長、參與單位眾多,安全監管任務繁重,借助BIM技術、移動互聯網技術、大數據采集分析技術,提高安全監管效率和及時性,做到安全檢查全閉合,助力打造安全品質工程建設。

        5)多方管理交叉,紙質文件上傳下達,存檔管理工作量大,數據分析難度大,基于日常管理的數據收集、分析與決策能力有限,無法對項目總體情況進行感知,利用BIM技術收集管理數據,分析管理行為,重點部位重點控制實現精細化管理。

        實施成果

        湄石BIM施工綜合管理系統分為三個平臺端進行協同管理

        桌面端C/S:(基礎版、業務版電子沙盤)深化設計平臺、分部分項編碼平臺、屬性維護平臺、管理數據顯示平臺、GIS模型轉換平臺、施工監控平臺、拆遷展示平臺等

        Web端:集成項目全生命周期施工數據統計及分析,收集各業務關鍵數據,一體化集成現場視頻/物聯網設備數據。進行統計分析,快速發現問題,優化管理。

        移動端A/S:現場施工數據及監控數據的快速采集、錄入以及信息的查閱,實現基于大數據分析結果自動推送的現場檢查,項目監控指標及監控數據展示,項目預警信息智能化提醒功能。

        最終實現三個平臺所有的業務是互聯互通的,所有的數據實時關聯。

        1、多項目,多標段施工管理

        項目管理功能模塊可實現多項目,多標段管理,不同項目及標段之間自由切換。將BIM模型與整個項目管理數據關聯,直觀的展示每個構件的屬性及完成狀態,形象進度等。

        2、智慧監控中心

        智能監控中心(BI)展示項目整體信息,接入智慧工地、管理系統分析數據、BIM+GIS數據、便于業主集中管控。系統可接入施工現場的視頻監控,實時展現施工狀態,為管理者進行準確決策提供直接支持。

        3、標準化技術、設計管理

        技術管理模塊負責存儲在項目施工管理過程中上傳的技術資料,并將不同的技術文檔與對應的工程部位相關聯,同步展示在模型屬性上。負責人可在線查看,可下載保存到本地。

        設計管理功能包括:施工圖紙、變更圖紙、模型管理,提供靜態圖,可同步到手機APP端。Web端自動統計圖紙變化,形成統計圖;BIM模型與設計文件進行有效關聯,實現二維、三維設計數據同步交換。

        4、數字化質量、安全管理模式

        基于標準的數字化管理及智能跟蹤,將物理存在的資產模型化、信息化、數據化,再將數據根據交通行業的特點及使用需要,系統的進行分類、關聯、統一結構化存儲實現資產集成化管理。系統默認生成部位,構件節點為分項工程,直接對構件節點驗收;自定義工程部位;Web端,Pc端,APP三端數據聯動,同步顯示整個流程,數據可追溯

        提交人通過APP進行工序的提交報驗,驗收人同樣通過APP進行質量的驗收

        APP施工工藝報驗流程

        移動APP端可隨時發起質量安全巡檢,自動化巡檢,提高管控能力,加強管理者對項目安全方面的整體把控和檢查。在GIS環境下,人員、機械定位可增強重點管理對象的安全動態監督。安全管理模塊提供數據分析和巡檢報告,查看質量問題整改并回看,實現未整改問題的預警。

        5、自動化智能隧道掘進監控

        針對隧道施工安全管理的特殊性,安全管理模塊可實現掌子面、初襯、二襯、仰拱填充,施工進度及速率監控。在Web端錄入隧道路線、類型、隧道名稱、超前地質預報、開挖進度等數據,系統即可自動統計分析并形成統計圖,對超前開挖預警提示通過業務版電子沙盤隧道模型直觀展示隧道進度信息和預警信息。

        6、可視化進度跟蹤管理

        進度管理功能基于BIM可視化三維模型進度管控。該功能可實現總計劃、年度、季度、月度計劃的三維模擬及進度計劃對比;通過質量模塊傳遞的驗收信息自動統計實際進度,并與進度計劃對比,直觀的顯示整個項目的進度狀態;GIS空間展示三維進度偏差,分析進度計劃編制的合理性,以便及時分析原因,調整進度計劃,制定優化措施。

        7、投資管理自動化統計分析

        投資管理功能模塊以整個項目的質量為基礎,進度為主線,投資管理為核心,將項目成本控制直觀展示,每條數據有據可循。該功能解決了傳統的工程量統計、計算工作量大,易出錯、成本高等問題,提高了管理效率,降低成本,節約時間。

        合同清單可導入系統并進行臺賬分解,可與每個構件關聯,系統自動統計計劃產值。質量管理驗收構件合格后,系統自動統計實際產值并與計劃產值對比與分析,生成統計報告。

        8、精細化拆遷管理

        拆遷管理以BIM模型與GIS技術結合實現模型精準的可視化定位為基礎,提高各責任主體的協同工作效率。結合三維實景、高精度模型真實的場地數據、設計紅線及實際進度,該功能可全面跟蹤分析拆遷面積、拆遷進度、施工進度關系,可與集團進行數據對接,將項目拆遷、附屬設施等直觀展示,做到可記錄、可追溯、可追責。

        9、BIM+GIS

        BIM施工管理系統是在真實的地理環境下進行施工管理,以BIM+GIS為發展方向,支持實景模型、衛片、材質;基于無人機傾斜攝影技術,自動將航拍照片生成三維實景模型并導入系統;實景模型與BIM模型完全融合,并可LOD顯示;可對實景模型進行各類操作模式;

        針對交通領域線性工程特點通過GIS圖形轉換及顯示引擎,采用BIM翼云端平臺一鍵上傳模型自動轉換加載至GIS環境,支持超大體量的BIM模型的應用和展現,支持6000-7000萬三角面的模型的流暢加載和調用,GIS數據展示環境針對高速公路管理特點就信息分析和展示進行了定制化開發,能夠實時,形象展示項目進度、質量、安全等管理信息,為決策提供三維可視化依據。

        成果總結

        湄石高速工程項目采用了Bentley先進建模軟件和跨世紀(KSJ)正向設計BIM軟件(CSD),實現橋涵、隧道、路基、軌道、接觸網等專業的參數化設計,提高三維設計效率和質量;實現設計到施工模型的自動轉換,BIM模型充分繼承了設計階段信息,同時實現幾何分解和施工信息自動附加,提高了建模效率。同時,研發協同設計平臺,減少信息孤島,提升工作效率;基于BIM+GIS+VR技術的施工綜合管理云平臺(CSC)實現了運營維護的在線虛擬巡檢,為后期運營平臺的搭建提供了技術基礎。

        通過BIM技術進行圖紙會審、材料管控及三維技術交底等工作,進一步提高場地布置、安全質量、資料、進度等方面的精細化管理。通過BIM技術提前發現問題并優化,同時結合整體吊裝技術,使安裝效率進一步提升,并研究VR技術與BIM技術的結合在安全管理及精裝修樣板選型等方面的應用,通過漫游方式提前模擬車輛行駛路線等。

        BIM模型轉化為GIS模型效率提高50%以上;設計模型轉換施工管理模型效率提高200%;全線重要工點質量驗收上線率達到100%;構件自檢驗收合格率達到92%;工藝報驗合格率達到93%;隧道進度跟蹤率達到100%;特種人員、設備監管率達到100%;巡檢驗收閉合率100%;部分現場管理轉為在線管理,提高管理效率35%以上,極大的節約了管理成本。百公里高速公路國內尚未完整采用BIM技術進行建管養一體化應用,無任何標準和經驗可以借鑒,探索出高速公路BIM應用體系及數字化移交技術以指導未來集團投資需求,具有重大指導意義。

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