韦武朗

摘要：文章以BIM、云平台、物联网等先进技术为基础，建立桥梁施工监控云平台，解决了制定桥梁BIM实施标准和工程分解结构编码、基于TEKLA的桥梁快速建模、桥梁模型碰撞检测和轻量化处理、桥梁施工进度控制可视化等关键技术应用等问题，实现了桥梁施工进度控制可视化以及以物联网为基础的桥梁健康监测。

关键词：桥梁建设;BIM;云平台;物联网

0 引言

近几十年来，南京大胜关长江大桥、上海长江大桥等一系列大跨度公路铁路桥梁相继建成。但在建设过程中，存在着如下问题：（1）对于大跨度结构的两用斜拉桥，在施工过程中有大量的施工要点，涉及高技术;（2）大量的数据使得信息的存储、传输和交换变得困难;（3）工程操作复杂，协调沟通困难;（4）施工周期长，过程不可控，对过程和资源的管理是零碎的;（5）桥梁结构形式多样，加工精度高，制造风险大，工艺复杂。

因此，建立基于BIM、物联网、云平台、移动终端等现代信息技术和精益管理理念的桥梁建设监控云平台势在必行。利用该云平台可以实时准确地获取施工信息，集中存储大量数据，模拟复杂的施工过程，并对数据进行分析，以达到预警、监控风险源、控制关键面板点的重新划线、减少危险和质量问题的目的。从而大大提高了各合作建筑方的合作效率，对工程的施工进度、工程质量、安全和风险进行了控制[1-2]。

1 云平台实现原理

BIM多用于施工前的仿真和指导，对BIM技术在施工过程中的研究较少。云平台的核心是BIM技术，体系结构是云平台，基础是传感技术，传输方式是移动互联网，监控对象是桥梁建设。基于BIM的云管理平台可以实时自动跟踪桥梁施工信息，通过专业分析数据，管理综合信息，评估和预警安全风险，从而使桥梁施工管理向“施工前预判、施工中监理”的动态应用转变[3-4]。见下页图1。

2 关键技术

2.1 桥梁BIM应用标准

根据中国铁路BIM联盟颁布的《铁路工程信息模型EBS和IFD标准》和《铁路工程分解结构EBS指导意见》，制定了桥梁建设的BIM建模标准、交付标准和应用标准。

桥梁建模的精度和粒度受施工方案的控制，如对需要进行多次浇筑的墩身构件应进行分段建模。在将其导入云平台之前，模型属性应该是完整的，如EBS、数量、材料类型、代码、地点、里程、图号等。然后对其进行施工模拟、进度模拟和进度跟踪管理，保证统计数据的准确性。最后，通过轨道及附属结构的建模，提高桥梁的可视化程度。利用TEKLA软件建立了桥梁主体模型、桥梁单元模型、钢筋模型和监测模型。

2.2 碰撞检查与图形优化

桥梁施工中的位置冲突应通过目视检查和碰撞检查进行确定。位置冲突包括三种类型：

（1）施工中不能调整的位置冲突，如钢桥构件之间的位置，钢构件、钢筋与埋件之间的位置等;

（2）施工过程中可调整的位置冲突，如钢筋碰撞;

（3）不存在位置冲突，但施工空间不够。

通过碰撞检测可以提前发现碰撞问题，通过设计变更和图纸优化可以解决碰撞问题，从而消除设计缺陷带来的风险。同时，可以避免返工，减少时间和精力的消耗，从而降低成本。

2.3 轻量级处理

作为桥梁BIM模型的关键，轻量化处理必须将模型文件减少到源文件的1/10，在保证桥梁模型所包含的属性和几何数据不丢失的前提下，保证模型文件的高效传输和应用。流程图如图2所示。

利用三维轻量级处理插件，可以简化BIM模型，这样做主要有三个目的：（1）在数据完整的前提下，对源文件进行了简化和压缩;（2）数据提取与存储：所有的属性数据、属性类型信息、子模型之间的关系、桥梁元素和部件都可以集中提取并存储在数据库中;（3）展示与操作：视点切换、缩放、仿形、边框消隐、透明、贴标、测量。桥梁轻量化建模如下页图3所示。

3 基于BIM的管理

为满足方便管理的需求，应建立基于BIM的管理模式和应用思路。模型管理如下页图4所示。

模型导航应通过添加不同桥梁单元的模型和整个桥梁来完成。桥梁模型单元应与相应的二维图形相匹配，方便查看不同桥梁单元对应的二维图形。对桥梁模型构件的几何信息、材料性能、电子束散射等性能进行检测。可以自定义保存当前视图以便下次检查。

3.1 基于网络图的可视化进度管理

根据进度网络图的计算原理，以EBS为核心的三维可视化进度管理将条形图、网络图、三维BIM模型和属性结合起来，如图5所示。

通过比较不同颜色的曲线，可以对特定时间段内的实际进度和目标进度进行对比分析，BIM模型可以用来研究工人、机器和材料进度不同的原因。通过网络图进行关键路径优化和进度偏差检查，加强对项目进度的控制。同时，结合电子施工日志，该平台可以对项目工程能力进行检查，进一步获取整个桥梁工程的施工进度。

3.2 基于物联网技术的健康监测

移动设备应用程序和服务器应用程序通过集成接口与全站仪、水准仪等监控设备连接，实现结算的实时采集。同时，可以通过电子施工日志对实时压力进行跟踪，实时、准确、及时的数据通过互联网自动传输到云平台，如图6所示。健康监测的三维可视化、实时动态显示和超限预警，有助于帮助工程技术人员发现和分析施工安全隐患，降低工程风险。

3.3 移动设备应用

移动设备的应用有助于探讨桥梁BIM模型建设和动画仿真辅助技术公开，保证质量。将BIM模型导入移动设备的应用程序中，有助于进行现场布置，并与实体进行比较，直观地找出质量问题。通过拍照记录质量缺陷，将所有问题汇总生成整改通知单，用于下发。因此，工程技术人员在施工過程中能及时处理问题，加强质量控制。施工模板、质量控制要点、施工模拟动画、现场布置等均采用BIM显示，为现场质量控制提供服务。

3.4 设计与应用

云平台的设计和开发采用了一系列先进的主流技术，如松耦合的SOA框架、互联网开发平台、XML数据交互、FLEX等，可以应用于各种案例和服务对象。主要功能包括BIM视图管理、图像进度管理、施工监控、安全风险控制、质量管理、图纸管理、三维技术讲解和综合展示等，如图7所示。

在实际应用中，该平台基于BIM，能够实时获取准确的工程信息。此外，它还可以存储数据和共享数据，以提高所有参与者的效率，促进工程进度，降低安全风险。其影响可归纳为：

EBS代码可以与BIM模型集成，从而在BIM模型和EBS代码之间建立相应的关系，以及建立大跨度桥梁BIM模型的操作准则。通过碰撞检查，提前发现影响桥梁质量的桥梁预应力钢碰撞点共160处，并提前对其进行设计变更，减少了施工返工步骤，节省了施工工期，保证了施工質量。基于图形轻量级技术，平台可以将模型压缩到1∶50的比例，从而降低了模型应用的门槛。BIM平台集成桥梁健康监测信息，如桥梁缆索应力、钢围堰监测、大体积混凝土温度、桩基沉降等。3个月以来，已采取了178项安全风险防范措施。基于BIM的三维集成管理平台，阐述了关键的施工方法，实时控制安全风险，掌握项目的实时进度，并对项目进行严格的管理。基于BIM的管理共享平台提高了所有参与者的日常协同管理效率，减少了沟通和日常点检的时间。

4 结语

结合BIM、移动互联网、云平台、移动终端等新技术，规范性地建成桥梁施工云平台，能够实时获取准确的工程信息，合理控制施工过程。基于桥梁施工质量、安全、风险和进度的三维显示，实现对桥梁工程动态状态的实时控制。应用程序可以按顺序分配任务，并及时发现问题。该平台还可以使所有参与者共享信息，共同受益。BIM应用程序从静态改进为动态，可提高桥梁建设工程信息化管理水平和精细化决策能力，逐步实现项目管理的标准化、信息化、精益化。

参考文献：

[1]杜 亮.BIM技术在洋县汉江特大桥施工管理中的应用[J].甘肃科技，2016，32（22）：99-101.

[2]陈继良，张东升.BIM相关技术在上海中心大厦的应用[J].建筑技艺，2011（Z1）：104-107.

[3]王 威，蒋凤昌，姜荣斌，等.BIM技术在工程建设中的应用与发展[J].泰州职业技术学院学报，2017，17（3）：45-49.

[4]刘北胜.基于云渲染的三维BIM模型可视化技术研究[J].北京交通大学学报，2017，41（6）：107-113.