高铁梁场 BIM 技术的应用与实施

孙岗

中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司 辽宁省大连市

摘要

目前，我国高铁建设正处于高峰期，施工工艺已非常成熟，但高速铁路箱梁预制与BIM技术相结合运用于现场施工还处于前期开发阶段。针对目前高铁梁场箱梁预制的生产管理模式还不能达到信息化管理的程度，近年提出一种基于BIM技术的智能化高铁箱梁预制管理应用方法用于梁场箱梁预制生产施工，对未来智能高铁、精品工程、信息化管理的发展有着重要展望。

关键词：高铁 梁场 箱梁预制 BIM

本论文依托于中铁建大桥局集团第一工程有限公司承建的新建福厦铁路7标项目经理部晋江制梁场，结合梁场实际制梁、架梁生产施工情况，利用BIM三维建模虚拟预演工程施工工艺流程，为施工方案比选、技术交底等提供可视化材料。基于高铁箱梁预制BIM运用的技术支撑，建立全过程信息化控制和管理的综合管理平台。在箱梁预制生产过程的信息交换和共享的过程中，更好地促进目标的实现，为智能化高铁建设奠定良好基础。

一、BIM管理平台与梁场施工相结合

根据BIM信息的统一标准建模，采集施工现场信息数据，收集施工现场各个工序信息化数据，搭建管理共享平台，实现项目进度、安全、质量、物料等三维可视化综合管理。实现造价、进度、质量及安全管理的信息系统集成。

将信息管理平台、智能技术、智能设备广泛应用到梁场箱梁预制施工现场中，创新工程管理模式，全面提升施工单位信息化管理水平，有效提高建设主管部门在工程质量、安全、清欠等方面的监管与服务效能，进一步实现工程管理精细化、参建各方协作化、行业监管高效化、建筑产业现代化标准。

二、BIM管理平台的现场应用

梁场BIM技术的应用可实现数字梁场可视化管理、场地动态管理、施工工艺模拟、碰撞模拟、三维作业指导书、钢筋设计加工一体化、安全、质量、进度、成本、物料管理的全方位信息交换。使项目管理人员可以更直观的了解现场施工进度、安全质量、成本控制、材料消耗等情况，技术人员根据BIM平台信息更加方便管理现场，及时提交材料计划，通过视频模拟施工对现场施工工艺进行优化。也为施工人员提供可视化技术交底，使施工一线人员解读交底更加深刻，利于运用至现场施工。

1、梁场可视化管理

采用Revit等建模软件对梁场生产区、生活区、办公区、箱梁等模型进行创建，精度达到LOD400。通过创建的梁场模型
进行梁场的静态属性数据查询，模型的三维查看等功能来直观的了解现场生产区、生活区施工机械的具体布置。

图1 梁场可视化模型

2、场地动态管理

通过箱梁预制信息的实时录入，可以在平台端显示梁场的生产现状模型，模型可以直观反映台座的占用情况、箱梁生产工序完成情况，使用户可以远程实时掌握梁场箱梁的生产现状。通过应用数字监控、信息交换等技术，建立BIM模型与现场监测数据的融合，来实现梁场远程监管。

3、施工工艺模拟

结合梁场箱梁生产预制、架梁施工情况，利用 BIM 三维模型虚拟预演箱梁预制、架设施工工艺，为施工方案比选、方案评审等提供可视化汇报材料，提高沟通效率，施工过程中提前进行预演，优化施工工序。

4、碰撞模拟

对箱梁图纸中存在的重要节点碰撞进行模拟预演。清晰直观的将碰撞程度、碰撞原因展现出来。以便于提前与设计沟通调整，避免施工过程中发现问题，影响施工进度。

5、可视化三维作业指导书

针对梁场生产过程中的关键工序，将关键部位的三维模型、作业指导书的二维文件、工艺动画相关联。通过对配筋形式较为复杂的钢筋绑扎工艺、混凝土浇筑施工过工艺及箱梁预应力施工工艺进行可视化交底。使项目管理人员及现场施工人员更加直观的了解施工工艺，提高施工人员对技术交底认知度，使现场施工质量得到更好的控制。

图
2 BIM平台三维作业指导书

6、钢筋设计加工一体化

利用 BIM 模型实现预制箱梁钢筋深化设计，提前解决钢筋碰撞问题。建立钢筋加工模型。实现钢筋 BIM 模型到生产设备的数据传输，实现钢筋自动化加工，减少钢筋损耗，提高钢筋加工精度，使钢筋加工数量得以控制及保证。

6.1 BIM模型和生产设备的对接

6.1.1 BIM钢筋模型数据与天津建科软件对接采用如下方案：

6.1.1.1BIM 导出 EXCEL 数据，工控机支持直接接收 EXCEL的数据；

6.1.1.2BIM 导出 BVBS 格式，建科软件解析 BVBS 数据；

6.1.2工控机再和生产设备进行数据交互。

6.2自动化加工流程

本项目采用以下流程来实现预制构件钢筋自动化加工：

通过BIM系统建立本标段内所有箱梁的钢筋模型，包括预应力管道、锚具等构件模型。

对钢筋模型进行数据碰撞检测，生成碰撞检测报告，提前与设计院沟通。

依据设计院下发工作联系单对碰撞报告的意见对模型进行修改、优化钢筋排布及下料。

6.2.1按设计院反馈意见修改模型后生成钢筋数据库、使用专用插件生成数据报表。

6.2.2BIM模型和生产设备对接工艺流程

梁场技术人员通过BIM管理系统在办公室发起钢筋下料单→现场技术人员通过工控机接收下料单→再由工控机将接收到的数据传输给智能棒材弯曲中心。

图3工控机接收BIM平台下料任务进行钢筋制作

6.2.3 智能棒材弯曲中心与BIM相结合的现场应用

钢筋半成品在梁场1#钢筋加工场内集中加工，配备智能棒材弯曲中心、智能数控弯箍机、智能钢筋调直切断机。技术人员通过BIM系统在办公室根据施工安排发起钢筋下料型号及数量，施工班组通过工控机接收任务，工控机将接收到底任务传递给钢筋弯曲中心，施工人员仅将对应型号钢筋放入下料口即可，智能棒材弯曲中心自动完成钢筋下料任务。

7、进度管理

依据梁场箱梁预制及架设进度情况，将现场实际的工程进度完成情况反馈到BIM模型上，利用BIM模型技术的直观性、可视化的特点，可供施工单位管理人员、监理单位、业主单位实时查询施工进展情况。基于以上信息的实时录入对施工计划和生产进度进行可视化管理。

7.1制梁进度管理

BIM管理平台通过对制梁过程中箱梁实时信息的录入来实现对制梁进度的精确把控，做到可快速精准查询每一片箱梁预制各工序完成情况、存放台座位置、桥梁编号、梁长、跨度及二期恒荷载等情况。

7.2制、存梁台座管理

BIM管理平台依据预制箱梁的生产进度计划、架梁顺序及存梁台座的位置情况，来有效的将制梁台座、存梁台座等箱梁存放进行优化，提高利用率，避免二次倒运，节约施工成本。

7.3制梁台账管理

现场技术人员实时录入各个制、存梁台座详细使用信息、箱梁当前所属加工工序及下一加工工序。平台依据以上信息对各个台座的使用情况进行实时把控，直观、快捷、有效的管理箱梁预制的各项工序。

7.4架梁进度管理

管理平台通过将BIM场布模型与箱梁架设位置相互关联，实施对箱梁从制梁台座到架设位置的运输过程进行运输路线模拟，以实现对架梁运输路线的优化。提前做好箱梁运输前的准备工作。

管理平台通过对各个架设工序箱梁编制不同的颜色来对各个线路箱梁的架设进度进行实时把控。

在管理平台中实时输入实际架梁进度信息，通过实际进度与项目进度计划间的对比分析，发现二者之间的偏差，以不同的颜色显示BIM构件，直观的表达架梁的提前或者延误；记录并表达产生延误工段在项目整体中的位置、延误的时间、对后续工段施工产生的影响，辅助项目管理人员分析并指出项目中存在的潜在问题。软件实时对进度偏差进行调整，并更新目标计划，施工单位根据实际情况再参考软件动态调整的进度计划，调整实际架梁施工中的进度安排，生成架梁进度控制报告。

8、成本管理

利用 BIM 模型自动计算工程量功能，在 BIM 模型中提取出优化后箱梁预制钢筋的理论消耗量，用以指导实际生产过程中材料的采购，将模型计算工程量与实际消耗量、合同签订工程量，三量进行对比分析，掌握材料节超情况，进行动态材料管理。同时也可以及时评估因设计变更造成材料工程数量变化而引起成本的变动。

9、安全、质量管理

现场管理人员将现场的隐蔽验收情况、质量问题、安全问题以及文明施工问题等借助智能手机微信公众号拍照记录问题，标注位置、问题性质等各种属性，发送给责任人责令整改，实时上传到BIM系统；被授权的技术人员及施工班组人员BIM微信公众号接收信息，根据接收问题组织现场整改，整改完成后通过微信公众号拍好整改完成照片，写明整改情况进行并进行问题销号。能够有效解决施工过程中发现问题却没有及时整改的现象，也极大提高了工作效率，对于现场安全、质量的控制得到极大改善。同时也对施工班组奖惩提供重要的依据。

10、资源管理

10.1材料管理

BIM管理云平台对BIM图形处理引擎生成的物、料数据进行处理生成对应标识的模型ID，并对其生产的标识ID进行分类，生成数据目录。一方面在BIM管理云平台中通过BIM图形处理引擎展示其三维模型效果，另一方面实现材料信息化管理。

对项目实施所需的物、料数据录入到系统平台中，作为物料管理系统的基础数据资料库，实时将物料进场信息与物料发放信息向平台录入。

根据项目实际情况预先输入好各项材料库存预警值，材料管理系统根据实时录入的材料进场信息与材料发放信息自动调整材料库存值，库存值低于预设库存预警值时系统自动向材料管理员及现场施工技术人员发出预警，经确认后由工程部提交材料采购计划，材料进场后将进场材料数量录入系统。

10.2人员管理

人员的管理是项目管理的重要组成部分，关系到项目的安全、质量、进度等各个方面。项目部人员信息录入和施工班组人员信息录入在便于管理人员对人力的调配与管理的同时又因信息的可查询性而便于各方人员之间的相互沟通。主要录入信息应包含各个人员的所在单位、所属施工班组、人员工种等。

10.3车辆及特种设备智能管理

通过将机械设备的二维码、视频监控、定位信息与 BIM 模型在管理平台中进行集成，实现现场施工机械的可视化监控，并借助 BIM 模型，能够明确监控区域、对监控区域的设备随时查看，就近支配、提高设备车辆的利用率。GPS车辆定位管理系统功主要如下：

（1）该系统可以全天、24小时对车辆进行实时定位追踪，了解现场所有运行设备数量及停止设备数量。包括设备所在区域位置，行驶速度，运行时间，静止时间等。

（2）项目管理人员可以根据需要任意回放并放大最近30天设备行驶轨迹，回放过程中会显示当时的车速与行驶方向以及在不同地方的停留时长等相关信息，直观的了解形式状态。

（3）可以设置智能电子围栏范围，明确车辆行驶安全范围，当车辆驶离安全范围时，智能预警系统会将预警信息已短信行驶发送至管理人员。

（4）该管理系统还可以记录车辆每天的行驶里程，停车地点和对应的停车时间，对车辆的行驶速度进行精准统计制成图表，通过曲线图表车主可以清楚的看到当天任意时间点的最高时速、最低时速和平均速度，对车辆进行实时的定位监控。

11、环境自动检测集成应用

通过环境自动检测系统对场的扬尘、噪声及 PM2.5 等进行 24 小时监测，并将监测到的数据传输到BIM管理系统根据相关标准进行自动运算处理。一旦超出国家标准，系统就会自动报警提示，并通过短信等形式实时发送至现场管理人员采取措施改善场地内的环境。

12、施工视频监控集成应用

与开发API管理功能的视频监控设备管理系统进行集成应用关联开发，接入平台中同步使用。通过视频监控集成应用对梁场钢筋加工厂、拌和站、制梁区、存梁区、废料区、重点机械设备等重要施工过程实行全天候实时高清视频监控。做到对施工现场全过程的监督监控，防止现场违章作业、便于及时发现问题和排除隐患。

13、智能张拉系统集成应用

BIM应用管理平台与智能张拉设备管理系统进行集成应用关联。通过采用智能张拉设备，使用无线传输技术自动采集智能张拉系统数据，将施工数据通过无线网络实时传输至智慧梁场BIM管理平台，项目管理人员可以通过网页或者手机微信端实时、远程了解项目施工信息，实现张拉施工信息自动记录，施工过程实时监督，确保张拉施工安全、质量过关。

14、智能压浆系统集成应用

将智能压浆系统与BIM管理平台进行集成，BIM平台系统实时获取压浆施工过程中的数据，同时压浆施工过程信息可以通过管理平台及手机微信终端 等方式进行信息推送，使项目管理人员通过系统平台了解压浆施工质量情况，在线查看压浆过程数据，并对压浆过程中的数据进行审核，方便质量管理，提高管理效率。

15、混凝土智能喷淋养护系统集成应用

梁场混凝土养护采用自动喷淋养护系统，养护系统与BIM平台相关联，实现混凝土养生远程化、自动化控制，记录、查询混凝土的养护状态、温度趋、历史喷淋数据等，实现自动化智能化现场管理；在现场布设无线温度传感器，对混凝土温度进行实时监控，保证混凝土自动喷淋系统效果。

3. BIM管理平台的应用总结

窗体顶端

窗体顶端

窗体顶端

窗体底端

窗体底端

BIM管理平台的应用，使工程施工计划更精确，现场进度更加直观、现场安全、质量、进度更加可控。通过施工模拟优化施工方案，减少材料的浪费，节约施工成本。也使学历不高的一线施工人员可以精准的掌握施工工艺及控制要点，避免现场出错，提高交底质量。BIM技术应用于高铁箱梁施工其优势非常明显。但在施工信息全、精度高的同时也给梁场施工带来了相应的弊端，平台录入复杂、录入及时性要求高、工序繁琐、填报工程量大、工序交叉作业录入困难同时部分设备与BIM管理平台接口不完善、平台管理部分过于形式化，很慢用于现场实际操作。这也是下一步研究的主要方向，平台录入与手机微信相关联简化录入程序、使现场技术人员及管理人员随时可操作录入，简单便捷。BIM平台的应用也要更便于现场施工简化施工程序、减少劳动力、提高项目管理及施工班组利润才能更有效、实实在在的应用于现场施工，发挥出BIM管理平台在施工现场中的优势。

参考文献：《BIM技术在智能高铁预制梁场管理的应用与研究》；

《BIM技术在高速公路建设中的应用与总结》。