基于BIM技術的丞相河特大橋數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

何 鑫

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，是利用數(shù)字模型對項目進行設計、施工和運營的全生命周期管理過程[1]。它將整個建筑生命周期中建筑物的所有幾何特征、構件功能信息、施工進度和施工過程控制信息集成到數(shù)字模型中，以數(shù)字集成技術進行項目規(guī)劃、工程設計、組織施工以及運營維護，它具有可見性、協(xié)調性、仿真性、優(yōu)化性和可繪制性5個特征。

丞相河特大橋是山西省首座雙塔斜向雙索面PC矮塔斜拉橋，上部結構采用雙塔斜向雙索面PC矮塔斜拉橋+預應力混凝土連續(xù)T梁，下部結構主橋采用薄壁Y形空心墩，橋臺采用柱式臺、肋板臺。該項目結構復雜，工序較多，施工難度大，安全質量和監(jiān)控要求高，管理協(xié)調困難。因此創(chuàng)建可視化、唯一性、共享性、實時性、延續(xù)性、數(shù)據(jù)無限擴充的全生命周期BIM數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 設計思路

丞相河特大橋BIM數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)是以項目的BIM模型為基礎，通過系統(tǒng)集成使項目的所有數(shù)據(jù)、信息、模型等均實現(xiàn)協(xié)同化交互和傳遞，實現(xiàn)工程項目信息集成與共享[2]。本系統(tǒng)的設計思路如下。

1.1.1 BIM基本特點

在道路橋梁工程建設項目過程中，BIM模型是其生命周期綜合管理的基礎，項目的每個參與者都需要傳輸和獲取工程節(jié)點中的數(shù)據(jù)。隨著工程的推進，會產生龐大的數(shù)據(jù)量。所以將工程各階段按照節(jié)點進行劃分，分別建立有效的BIM模型用以保存數(shù)據(jù)信息，在每個階段分別識別和分類不同的專業(yè)工程信息，通過前序階段模型數(shù)據(jù)的提取，可以擴展和更新后續(xù)階段的模型。BIM模型也可以控制工程進度，針對不同的時間節(jié)點展示最新的進度信息。

1.1.2 BIM數(shù)據(jù)庫構建

我國公路工程領域企業(yè)之間發(fā)展情況各不相同，各企業(yè)之間的信息共享程度和工程管理集成度也不盡相同，因此，建立一套基于BIM的獨立數(shù)據(jù)庫用于保存工程中的交互數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。使用者通過不同權限訪問數(shù)據(jù)庫中的工程數(shù)據(jù)信息，通過對不同構件進行分類編碼，保證各構件數(shù)據(jù)的獨立性，為之后數(shù)據(jù)模型的建立提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。

1.1.3 BIM數(shù)據(jù)安全訪問

在傳統(tǒng)的公路工程領域，數(shù)據(jù)多以紙質形式進行存儲，針對不同專業(yè)、不同類型的工程信息，紙質資料顯然無法完美應對。與此同時，紙質資料存在易丟失、不易查找等天然缺點，而數(shù)據(jù)的電子化存儲可以有效解決上述問題，將不同專業(yè)、不同時間節(jié)點的數(shù)據(jù)有效統(tǒng)一在同一個BIM模型中，將工程進度信息進行有效整理，不同權限的用戶訪問相應模塊的數(shù)據(jù)信息，真正做到數(shù)據(jù)的安全訪問。

1.2 總體設計方案

建設管理項目管理系統(tǒng)與常規(guī)項目協(xié)同管理系統(tǒng)不同，它以建設管理的管理目標為前提，以進度與質量管理、安全管理、成本管理、資料管理為核心，一般不集成項目過程中的管理審批流程，而僅將過程中的信息進行收集、傳遞和展示[3]。

因此本系統(tǒng)設計的出發(fā)點是允許項目的所有參與者均可在系統(tǒng)中完成信息的交互，通過項目管理者的統(tǒng)籌管理將各參與者緊密結合起來。針對協(xié)同管理概念和現(xiàn)行的相關BIM標準，本系統(tǒng)應滿足如下功能：

a）保障工程信息的有效提取。b）保障各構件數(shù)據(jù)的獨立性。c）保障BIM數(shù)據(jù)的安全訪問。d）實現(xiàn)BIM數(shù)字協(xié)同管理的基本操作。

因此BIM數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)的構建首先需要建立BIM數(shù)據(jù)模型，然后將數(shù)據(jù)信息集成到BIM數(shù)據(jù)模型中，最后在系統(tǒng)中將模型與相關工程信息進行有效整合，完成工程信息的統(tǒng)一管理。

1.3 系統(tǒng)架構

在現(xiàn)有協(xié)同工作環(huán)境的基礎上，結合建設方、設計方的相關數(shù)據(jù)，將參與方的工作數(shù)據(jù)進行有效整合，最終達成整體協(xié)同管理的目的。同時整合圖紙管理、施工進度統(tǒng)計、質量安全追蹤、監(jiān)理日志、立項變更、巡檢整改等模塊數(shù)據(jù)，結合施工管理需求，按照相關標準進行開發(fā)。

系統(tǒng)基于C#高級程序設計語言和.NET框架進行開發(fā)，C#是一種強大的、面向對象的程序開發(fā)語言，是專為.NET框架開發(fā)而設計出的語言。.NET框架可以在各種計算機上運行，從服務器、桌面機到PDA，還能在移動電話上運行，具有多平臺的優(yōu)勢，同時使用行業(yè)標準的通信協(xié)議，還能提供更加安全的執(zhí)行環(huán)境。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

圖1 BIM數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)具有組織架構清晰、多用戶多部門、安全可靠、數(shù)據(jù)集成管理等特點，管理者通過登錄系統(tǒng)，實現(xiàn)多專業(yè)多單位的統(tǒng)一管理，滿足工程信息管理的要求，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼工作，建立統(tǒng)一的云架構數(shù)據(jù)服務中心，為本項目提供信息化、智能化的管理服務。具體功能模塊如圖1所示。

2.1 用戶與權限管理

本系統(tǒng)對參與本項目的各個單位、各類人員信息進行有效維護，對項目人員身份進行唯一識別編碼。根據(jù)人員角色進行相應權限設置，賦予相應的管理操作權限，實現(xiàn)用戶分級分權機制，非授權用戶不能進行訪問和操作功能，實現(xiàn)工程信息安全性和保密性要求。

2.2 圖紙協(xié)同管理

根據(jù)工程設計圖紙編制管理辦法對設計圖紙文件庫進行信息化細類劃分，并依據(jù)用戶所在部門和級別分別設置管理、審批、讀、寫的權限，做到圖紙管理責任到人。用戶根據(jù)其權限在本系統(tǒng)中進行圖紙管理，包括上傳、更新、查閱、下載等相應操作，實現(xiàn)圖紙協(xié)同管理，保證本項目所有人員均依據(jù)同一套圖紙進行日常工程，防止圖紙傳遞錯誤，更新不及時造成的信息延誤或者工程返工。

2.3 施工進度監(jiān)控、統(tǒng)計

基于BIM技術對施工現(xiàn)場進度信息進行及時采集，將工程實際進度展示在系統(tǒng)中，提供工程月報文件查詢、現(xiàn)場簽認查詢功能。通過將計劃進度和實際現(xiàn)場簽認進度進行對比，直觀展示實時與計劃進度的差異，并將理論費用與實際費用進行直觀對比，為業(yè)主提供管理實施依據(jù)。圖2通過對比可直觀反映工程的完成情況。

圖2 施工費用進度統(tǒng)計

2.4 三維形象進度展示

圖3 三維形象進度展示

基于BIM多維信息化模型技術，在三維形象進度圖上顯示相應部位的進度情況。以3D模型工程進度表現(xiàn)方式實現(xiàn)實時動態(tài)顯示功能，在三維模型上實時反映工程施工的進度情況，即分項工程或工序開工、完工等時間節(jié)點以及工程量完成情況。在圖3中，“已完工”部分、“正在施工”部分和“尚未開工”部分均做出了標注。

2.5 質量、安全跟蹤

該模塊內容包括現(xiàn)場質量問題隱患排查、現(xiàn)場安全問題隱患排查和施工人員違章作業(yè)排查處理三塊內容。利用施工人員身份唯一識別碼，錄入違章作業(yè)人員信息，違章作業(yè)時間和內容，定期提供問題統(tǒng)計分析報告，輔助管理。

2.6 監(jiān)理日志

監(jiān)理工程師通過上傳工程變更、簽認施工記錄、監(jiān)理抽檢記錄、分項工程質量評定、完工證書等資料，可以直觀反映工程進度和檔案工作的同步性，讓施工、監(jiān)理、業(yè)主等單位管理人員及時全面了解工程進度、質量和檔案工作完成情況。如圖4所示。

圖4 監(jiān)理日志

2.7 工程資料、文件管理

本系統(tǒng)通過建立覆蓋個人、部門、單位文件庫，并依據(jù)用戶所在部門和級別分別設置管理、審批、讀、寫的權限，做到工程資料管理責任到人，用戶根據(jù)其權限進行上傳、更新、查閱、下載等相應操作，使工程資料的安全性和保密性得到保障。

2.8 項目知識庫工程

本系統(tǒng)通過建立項目知識庫工程，對知識庫文件進行細類劃分，用戶根據(jù)相應權限進行查詢、下載操作。知識庫內容包括：標準規(guī)范、管理制度文件及項目管理手冊、會議紀要與評審意見、專題研究成果文件、科研成果文件、專家經(jīng)驗知識庫、安全生產管理教育知識庫。

2.9 信息化數(shù)據(jù)接入與展示

將遠程視頻監(jiān)控信號及其他信息化數(shù)據(jù)接入本系統(tǒng)，并對各類傳感器數(shù)據(jù)進行可視化編輯形成圖表，使管理人員對施工現(xiàn)場和各類設備的運行情況進行有效監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)危險狀態(tài)和違章操作。

2.10 監(jiān)控巡檢整改管理

監(jiān)控中心值班人員通過監(jiān)控中心巡檢數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場各類安全質量、文明施工等問題，對相關工地負責人發(fā)出整改指令。整改任務完成后形成處理記錄，實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)—整改—提交”的閉合式管理，實現(xiàn)管理標準化。

3 結論

丞相河特大橋項目通過BIM數(shù)字協(xié)同管理系統(tǒng)的應用，極大地提高了建設工程質量水平，節(jié)省了投資，節(jié)約了資源，縮短了工期，為本項目全過程方案優(yōu)化、科學決策、虛擬建造和協(xié)同管理提供技術支撐，為建設工程提質增效、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造條件。BIM技術的應用促進了項目設計、建設、養(yǎng)護和運營管理協(xié)調發(fā)展，提高了項目的社會經(jīng)濟效益，對整個項目全生命周期信息的暢通傳遞具有積極意義。