超级工程的数字“引擎”—黄茅海跨海通道高栏港大桥施工阶段BIM技术应用

黄茅海跨海通道起点在珠海市平沙前西社区与鹤港高速顺接，终点于台山斗山镇， 与西部沿海高速相交，对接新台高速，路线全长31.11km。 跨越崖门出海航道东东航道处设置高栏港大桥。

高栏港大桥为主跨700m大跨径斜拉桥，建设条件极为复杂， 需克服强台风、高烈度地震、强海水腐蚀、高船撞力等不利的建设条件。 鉴于这些不利因素，在建设高栏港大桥主桥东塔段、东引桥下构、高栏港互通时， 借助建筑信息模型（BIM）的优势，基于可视化的BIM模型的信息集成和管理技术， 在本工程中实施BIM技术应用，主要内容包括BIM模型应用、数字工地与智能建造共3个方面。

图1

桥梁结构复杂，传统二维图纸信息互相孤立，较难达到现场施工要求；桥梁施工工艺要求高，爬模、翻模等施工过程中施工预埋件与桥梁主体之间碰撞难免；对于复杂的施工工艺，传统二维技术交底无法令施工班组及时高效理解掌握；主体结构如过渡墩、塔柱等多为空间异形结构，施工模板定制困难，测量放样无法精确控制，工程量复核难度大；跨海大桥里程长，多工作面同时施工作业，传统管理手段无法满足要求。

鉴于BIM技术可以提高设计和施工效率，并且在协同工作、优化设计、提高施工质量、可视化和交互性、数据集成和共享，以及提高管理效率等方面具有优势。因此，本项目中拟采用BIM技术解决方案，主要体现在碰撞检查、预埋件检查、三维交底、施工工艺模拟、工程量复核、协同管理、信息集成与共享等方面。

在项目指挥部的统筹下,编制了BIM实施方案,主要包含施工期BIM技术应用、数字工地与智能建造、信息指挥中心建设、项目信息化管理四个方面。

施工期BIM技术应用

设计BIM模型与图纸复核、施工期BIM模型与二维形象进度模型创建、交（竣）工BIM模型交付、基于BIM的施工组织设计、专项施工方案模拟、 “两区三厂”三维可视化模拟，大临设施、临建工程、预留预埋的三维模型。

数字工地与智能建造

网络通讯基础设施建设、远程视频监控、拌和站监测、数字化试验室、智能门禁系统、特种设备、环境监测、施工监控系统。

标段信息指挥中心建设

生产管理系统、工程信息看板系统、项目信息指挥中心建设。

项目信息化管理

编码协同管理、业务协同应用管理、电子档案管理、日常工作信息化管理。

最后，为保证实施的进度及质量，依据实施内容组建了由项目BIM总体部门加现场BIM实施工区共同组成的组织架构来开展相关工作，并依据具体工作内容分成模型组、应用组、智能建造组及数字工地组四个小组实施。同时各分项应用明确责任人，从而从组织措施上确保了项目BIM应用进度及质量。

本文重点对黄茅海跨海通道高栏港大桥施工阶段BIM技术应用创新及智慧化工地打造进行介绍。

由于主塔为空间曲面独柱塔，塔柱为圆形和圆端形渐变结构，被称为海上“小蛮腰”，在施工过程中面临线形外观控制难度大、索塔钢筋的制造与安装精确定位要求高等问题。针对以上难点通过建立全节段模板模型、高精度钢筋模型及主塔全专业模型等方式，利用BIM技术来解决空间结构复杂，构件类型多，现场碰撞及施工风险高的难题。

图2 全专业BIM模型创建

主塔截面尺寸变化大，空间曲面的结构对塔柱模板设计及施工要求高。模板设计若采用二维方式则很难模拟施工节段截面情况，为将施工误差控制在5mm之内，传统“以直代曲”的模板无法达到此项要求。项目采用“造型箱”模板，造型箱是在通过BIM技术，对模板系统建立精细化的主塔施工模板模型，以及对索塔空间曲面进行完美拟合，模拟每个主塔节段施工，解决传统模板精度差、有折角等缺陷，指导现场模板倒用及改制，提高施工精细化水平，加快现场施工进度。

由于主塔为空间渐变结构，通过二维的方式来实现钢筋的加工精度控制及快速安装定位施工难度大，因此通过建立精细的主塔钢筋BIM模型，可指定一个断面就能很快地出具截图和二维CAD图，从而实现任意截面钢筋位置的快速导出，再提交至数控机床切割定位板，指导现场钢筋制作胎架的加工，也能更好地指导现场主筋定位。

图3 索塔钢筋BIM高精度建模

主塔内部构件多，空间关系复杂，通过细化主塔主体结构模型、新建施工大临设施模型，进行全专业模型总装。通过三维协调模拟每个主塔节段施工期间的主筋、预埋件、索导管、钢锚梁、钢牛腿等构件，检查碰撞点，从而有效指导现场主塔施工，有效规避施工风险。

图4 主塔构件碰撞检测

本项目互通施工涉及广珠高铁、三虎大道等既有线路，同时也有各类管线横穿项目实施区域。针对以上制约因素，均建立了相关的协调模型，模拟了现场情况。同时在主塔施工时，依据塔吊布置方案，建立相关模型，模拟各节段施工吊装工况，基于以上应用从而有效地指导现场施工开展。

根据本项目的实施内容及特点，拟对主塔施工、主塔区梁段施工、主梁标准段施工及匝道桥施工进行模拟，主要构建施工过程演示模型，从而检查施工方案可行性，也可用于与施工部门、相关专业协调施工方案，实现施工方案可视化交底。

除了平台管理外，还有设计复核、碰撞检测、施工模拟、场地分析等单项应用，这些散落的应用点都是独立的，可以通过建立一个系统把最终的成果进行集中归集和演示。因此开发了本项目的全实时互动电子沙盘式施工模型系统，集成了虚拟漫游成果展示、碰撞检测成果查看，主塔主要施工方案实时推演等功能，这样就能更好地串联整个施工过程中的应用，提高应用效率。

图5 基于BIM+GIS的施工模拟系统

项目通过建立数字拌和站，实现设备工作状态查看、材料消耗统计、产能统计、预警数据汇总等功能；借助数字试验室，完成设备统计、视频监控、主材检验情况、试验完成样品统计等。另外，通过安全帽智能识别、救生衣智能识别（泡沫型）实现安全识别，以及通过车牌识别、称重显示、材料统计实现智能地磅。

在工序报验环节，可以实现问题播报、进度显示、完成情况统计、检验情况统计、报验比例统计、检验情况趋势统计等。

而且，针对塔吊建立了PC端与移动端结合的塔吊监控系统，还建立了进出场车辆监测、升降机检测及作业人员智能门禁等专项管理系统。

通过三维设计复核、4D施工方案的模拟、信息化的管控及电子沙盘等应用，大幅度提升了施工现场的管理和决策效率。应用过程中，项目共发现设计错误36处，对关键部位、特殊工艺进行数字化模拟交底10次；借助BIM精细化模型的建立，项目在节段钢筋、索塔模板的制作环节有效地提高了制作精度、减少了材料损耗。同时提升了在互通匝道区这一类复杂环境下的施工组织协调效率，保障了项目建设工作高效运转。

依托项目工程体量大、结构复杂，涉及外部环境复杂，在项目BIM实施过程中，通过完善设计模型、针对性地建立施工期间主塔钢筋、主塔模板、场地、大临设施等模型，完成了设计复核、施工模拟、碰撞检测等落地应用，探索并解决了现场主塔、互通等施工的一些难题，为公路行业后续类似项目的BIM工作开展，提供了较好的借鉴作用。