當前，在交通運輸供給側改革、建設交通強國及創新驅動發展的大背景下，實現公路橋樑建管養的“數字化、網聯化、智能化”是大勢所趨。
BIM是模型+數據的綜合體，在建築、鐵路、水利、軌道交通、市政等領域中，涉及工程項目的規劃、設計、施工、運營維護全生命週期技術和管理創新，公路領域雖起步較晚，但發展迅猛。BIM為公路工程建設的信息化、可視化管理注入了新的發展動力，在對工程的質量控制、效率控制、成本控制方面都具有突出的作用。因此可以說，BIM是升級傳統工作方式，全面提升建養管理水平的有效手段。
因BIM技術具有高可視性、可計算性、模型互用性、數據協同共享等技術優勢，在南沙大橋（原“虎門二橋”）工程的建養管理中，扮演著三大角色：設計複核、虛擬建造、智慧管理。其應用可通過兩條主線展開：BIM模型技術應用、BIM協同管理。
建設期的BIM應用成果
2014年11月15日，在南沙大橋工程技術專家委員會成立暨第一次工作會議上，確定了BIM技術在南沙大橋項目上進行試點應用。
當時的開發設想是，BIM技術在國內橋樑工程中的應用將促進我國橋樑建設的發展。考慮到BIM系統的研發應用週期和規模，建議南沙大橋以主橋主塔、鋼箱梁和引橋節段預製拼裝施工和管理為突破點，研究應用BIM技術。
2015年3月，南沙大橋BIM技術應用研究工作正式啟動。由廣東省公路建設有限公司南沙大橋分公司（建設單位）牽頭組織，交通運輸部公路科學研究院主要承擔，設計、施工、製造、監理、監控等單位協同。整個項目分兩期工程實施：第一期工程側重於建設期的應用；第二期工程側重於運營養護期的應用。
形成標準化的應用模式
在“無標準，零參考”條件下，自主探索並實踐特大型橋樑工程BIM技術，在施工、製造和建設管理環節的標準化應用模式。總結形成兩個層次的應用，第一層次是BIM模型技術應用，包括碰撞檢測、施工模擬、鋼結構數字化加工製造等；第二層次是BIM+項目管理應用。
同時，首次編制《特大型橋樑工程信息模型建模與交付指南》《特大型橋樑工程信息模型分類與編碼準則》《特大型橋樑工程BIM技術應用實施導則》等3項技術標準與指南，為行業標準建立和同類工程推廣應用打下基礎。
輕量化處理和圖形渲染技術
攻克了大尺度BIM模型輕量化處理和圖形渲染技術，攻克了跨平臺系統架構和多源數據採集技術，實現三維模型文件上百倍級 的壓縮，獲得百兆級以上BIM模型流暢瀏覽與操作，同時兼容四大主流BIM軟件模型格式。
以軟件技術為基礎，首次研發了具有自主知識產權的特大型橋樑工程“BIM+互聯網”項目協同管理平臺。實現了工程項目進度、質量、安全、造價等信息的高效採集、傳輸、交互和管理協同，實現了項目扁平化管理。例如，在質量安全管理模塊，我們利用手機端高效協同處理500餘項現場隱患，通過數據挖掘，為管理決策提供支持。
鋼箱梁工廠製造一體化成套技術
自主研發基於BIM鋼箱梁工廠製造一體化成套技術，攻克了數字化套料、自動化切割、焊縫可視化管理、三維激光虛擬檢測與預拼裝等關鍵技術，減少中間環節，提高加工效率和精度。
利用三維激光掃描技術，對成品鋼箱梁進行虛擬檢測和預拼裝，提高了拼裝精度，同時降低拼裝施工成本。
全壽命週期物聯管理平臺
首次研發具有自主知識產權的基於BIM短線匹配法預製節段梁產品全壽命週期物聯管理平臺，引入物流管理模式，通過掃描二維碼方式，實現節段梁製造、安裝全過程數字化管理。
通過樑廠管理平臺，實現預製構件生產製造進度與質量的動態實時管控，提高混凝土預製構件質量和生產效率。
智能監控平臺
首次研發BIM+懸索橋上構數字化施工智能監控平臺；首次實現索股架設、主纜纏絲、緊纜、主樑吊裝等工序的數字化施工，數據自動化採集、傳輸和智能化控制，實時掌握施工狀態和設備工作狀態，提升了懸索橋上構施工的自動化程度，保障施工質量和安全。
整體來看，在建設期間，對於圖紙問題的糾正達到100餘項；現場隱患排查處治500餘項；整合進度、質量、安全、造價等業務數據10項，形成了建設期工程的基礎大數據庫，為後續項目奠定基礎；鋼箱梁焊縫檢測一次性合格率高達99.99%；節段梁拼裝誤差精度在±3mm；懸索橋的索股架設工效為3小時/股。通過以上這些主要技術經濟指標，展示出BIM技術的應用使施工、製造及管理能力得到大幅提升。
運營養護平臺的搭建
南沙大橋通過運營期BIM技術的研究與應用，實現建養一體化。特大型橋樑的運營養護，包括了從對象、計劃、標準的檢查，數據、過程的維修，到評估評價、預案應急組織、監測，再到完善、方便、可追溯的檔案管理等需求。通過搭建運營養護BIM平臺，實現建設期到運營期的模型、編碼、數據與檔案信息傳遞；數據採集、病害檢測、技術評價、對比跟蹤、輔助決策的全過程管理；科學管理養護維修，進行計劃下達、過程記錄與監督、動態跟蹤等；對接運營期相關係統，實現基於BIM技術平臺的運營資產主要信息展示。
基於運營養護需求的模型細化
從主橋、引橋和互通，交安機電，進行了全面的梳理。基於運營養護需求細化了鋼箱梁、纜索系統、錨碇、預應力混凝土主樑、交通工程、附屬設施等結構設施BIM模型。
南沙大橋運營養護BIM模型異常精細，精細也意味著數據量異常龐大，即其三角面片數也異常龐大。為達到流暢加載、瀏覽海量模型的目的，基於SuperMap GIS提供了多重優化措施，包括自動生成LOD輕量化模型，可以設置LOD等級和輕量化百分比，簡化後模型數量一致、外觀效果無變化，但模型的三角面片數可下降40%-80%左右；採用實例化技術，通過模型複用顯著提高渲染效率；服務器存儲緩存，按可視範圍加載需要的瓦片；將BIM模型生成具有多級LOD的場景緩存，緩解顯卡渲染壓力。
適應全壽命管理要求的編碼體系
目前，從國內外橋樑相關分類編碼的研究來分析，主要存在分類不完整、定義劃分不清楚、信息冗餘、缺少針對運營期特殊結構橋樑的編碼體系等問題。因此，需編制服務於運營養護的南沙大橋BIM建模與結構設施編碼規則，規範和統一基於 BIM 技術的應用下，運營養護階段信息系統對結構設施的管理過程中的編碼原則，明確相關管理需求及要求，實現南沙大橋結構設施的全生命期管理。
南沙大橋BIM協同管理平臺成功應用於施工階段進度、圖紙、質量、安全等方面管理的關鍵，建立了一套完整的建設期模型EBS編碼體系，並實現了與施工階段WBS編碼的映射。隨著工程建設的不斷推進，二者之間的映射關係不斷完善，並順利貫穿整個工程建設期。在大橋運營期需依據養護規範中要求的構件拆分原則，升級結構EBS編碼、建立交通工程及養護附屬設施編碼，形成完整的全壽命編碼標準體系，為順利實現南沙大橋建養一體化打下基礎。
建設期與運營養護期的銜接
南沙大橋建設期BIM技術應用取得了大量成果，因此如何將建設期成果有效應用於運營期，是實現建養一體化的關鍵。在建設期與運營養護期銜接過程中需重點解決三個傳遞——模型傳遞、編碼傳遞和數據傳遞。應當以滿足運營期管理需求為導向，完善深化建設期模型，升級EBS編碼，同步共享建設期相關輔助性數據。通過建設期到運營期模型、編碼、數據的高效互聯互通，實現全壽命智慧化管養。
在建養數據銜接方面，重點分析了施工監控數據與結構健康監測、運營期檢測等相關性數據的結合，通過數據比對、預警等輔助管養決策。並且將建設期施工質檢、安全隱患排查數據與運營養護數據的結合，輔助運營養護期相關問題的追溯與分析。
基於BIM的可視化管理
基於BIM的可視化管理，需充分利用大橋BIM模型，開發基於BIM技術的南沙大橋運營集成管理平臺，實現大橋建管養數據的一體化管理及可視化。實現橋樑運營期構件典型病害可視化模型展示，輔助決策分析與質量溯源。
依據《公路橋涵養護規範》《公路橋樑技術狀況評定標準》《南沙大橋養護手冊》等行業標準規範、指南等，結合南沙大橋結構特點開發南沙大橋養護檢查管理功能，主要包括日常巡查、經常檢查、定期檢查、特殊檢查等數據管理功能。
利用數據庫、BIM與網絡的結合，將虛擬模型與檔案數據共享雲端，搭設基於BIM的超大型橋樑工程檔案管理平臺。實現對項目建設、運營階段的相關信息進行集成、管理、分析、共享，為各參與方提供一個高效率信息溝通和協同工作的平臺。
通過對當前BIM技術、數據庫管理、資料管理和其他相關技術領域的深入研究，提出以數據服務層、功能平臺層和可擴展應用層三大板塊的功能框架。
工程項目建設期與運營期的文件檔案管理分類及管理方式有所不同，為了實現建設與運營期相關檔案文件的數據互通共享，南沙大橋通過分析建設期與運營期橋樑結構單元劃分、構件編碼的異同，構建建設期與運營期構件編碼的映射關係，進而實現兩個時期相關檔案、圖紙等信息的實時同步。在運營期可基於結構的檢查養護情況，針對性調取該結構建設期的施工圖紙、質檢、隱患排查等檔案信息，輔助管理部門判斷結構病害及狀況成因，並輔助養護決策。
養護數據科學解析及養護決策輔助
設計病害庫、項目庫、計劃庫、決策庫、附件庫以及統計區等子模塊，力圖實現對病害數據（相關文件）的合理存儲、科學解析、高效檢索和交互利用，從而構建起完整的養護工程管理工作流。
輔助制定養護方案、計劃，自動分配養護任務：基於南沙大橋養護決策支持庫，根據所涉及的構件或者涉及的病害類型進行維修對策檢索，輔助進行養護方案制定。
互聯網+在運營養護中的應用
以南沙大橋全生命週期的信息融合和業務協同為基礎，綜合利用移動互聯網、大數據、雲計算、BIM等信息技術， 提供數據採集、橋樑巡檢、養護管理、輔助決策等服務，為管理者提供科學養護決策依據。
移動巡檢終端，APP端的核心功能為數據採集（主要是執行巡查、經常檢查、定檢等任務）、應急管理、信息查詢、任務發佈和人員管理等。針對養護管理方面，可查看大橋結構化信息數據庫，實現構件歷史信息實時查詢、病害信息與構件自動關聯更新、病害實時比對以及質量溯源；對於實現養護檢查協同，APP原位快速採集數據、巡檢數據實時上傳、離線存儲、與web同步形成養護小閉合、巡檢路線自動記錄、二維碼定位構件。
BIM在南沙大橋項目建設及運營養護兩大階段的應用試點，成果顯著但仍然需要不斷探索、不斷完善。
本文刊載 / 《橋樑 · BIM視界》雜誌 2020年 第1期 總第12期
作者 / 張太科
作者單位 / 廣東省公路建設有限公司
