北京新机场高速公路跨南六环互通立交项目，运用BIM技术取得丰硕成果

北京新机场高速公路跨南六环互通立交 项目

效果图

BIM技术应用策划

项目重难点 ：

(1) 、 工期紧，进度管理难度大。 受拆迁影响，有效工期不足一年；

(2)、现场管理协调难度大。 现场作业队伍多，进度、质量、安全以及人、机、料管理难度大；

(3)、南六环交通导行压力大。 不断交通、多阶段、长时间对六环主路实施导行；

(4)、钢箱梁吊装难度大。 连续跨越黄马路、新凤河、沉淀池，新凤河河道回填作为吊装场地，临近汛期雨季，吊装时间非常短；

(5)、高速与管廊工程交叉作业。 新机场高速与新机场地下综合管廊工程同期施工；

(6)、设计图纸版本、变更多。 工程复杂，设计图纸变更多。

项目建立BIM组织体系，由企业保障层到项目经理、项目管理层、实施层和专业分包层进行多层管控、分级实施。

企业保障层： 负责全面领导、监督实施，资源保障；

项目经理： 全面组织与协调；

项目管理层： 统筹协调BIM技术在各业务部门与现场中的应用与推广；

项目实施层： 负责BIM技术在工程进度、成本、质量、安全等方面的落地实施；

专业分包层： 严格按照各业务部门的要求，落实进度、质量、安全的现场管理；

软件配置情况：

硬件配置情况：

BIM技术基础应用

项目部驻地位于居民区及交通流量较大的公路侧，是企业形象的代言，公司对驻地有标准化要求。

优化方案： 依据公司《标准化手册》，利用BIM技术进行三维设计，得到驻地模型。

实施效果： 输出可视化驻地建设效果、图纸和材料表，优化布局，节约成本，促进标准化落地。

六环主路作为北京市干线公路网的重要组成部分，交通流量大，新机场高速从南六环上方跨过，施工时，需要对既有六环路进行长期多阶段的交通导行，对既有道路的交通影响很大。

优化方案： 根据施工方案的要求，在分析既有六环主路交通流量的基础上，利用BIM技术将六环主路的导行优化成三个主要阶段，并合理布置交通导行设施，夜间作业灯光，提示警示牌等。

实施效果： 实现可视化报批，节约成本，减少了占用六环路的施工时间，降低了对六环路的交通影响。

钢箱梁跨度大，联数多，需要的钢材多，原材料成本占比较大。

优化方案： 利用BIM软件建立钢箱梁深化设计模型，优化连接节点构造，从而确定主梁、翼板、连接板、加劲肋等各个构件的精确尺寸。

实施效果： 导出钢结构工厂用加工图，精细化指导加工生产，降低材料成本。

生产经营部门估算承台土方量时按设计图纸取值，与实际存在偏差，本工程共计257个承台，误差累计较大。

优化方案： 根据地勘或GIS数据，建立地形模型，并按施工方案开挖尺寸、放坡坡比的要求建立承台开挖模型，计算土方工程量。

实施效果： 精确承台开挖土方量，辅助核算计量。

交底通常以文字配合CAD图纸来进行，对人员技术要求较高，一线作业人员理解有一定困难。

优化方案： 针对本工程中重点分部分项工程，建立其施工模型，根据施工过程进行模拟，生成动画，用于进行技术交底。

实施效果： 提高交底的针对性，直观性，并通过二维码链接、平台共享、现场展板等多种渠道共享，方便一线查阅。

本工程钢箱梁、上下部结构连接部位，加宽连接部位等构造颇为复杂、且存在较多细节问题，以二维图纸较难描述其空间构造形式。

优化方案： 在Revit中建立其详细构造模型， 并利用3D打印技术完成实体模型打印。

实施效果： 用于设计图纸交底及施工方案讨论，替代CAD图纸，以更直观的形式表现复杂构造形式。

结合前期项目部驻地标准化建设，为了在公司推广驻地建设标准化，以此为项目部和工程作为案例，推广学习。同时希望技术人员及相关管理人员能够在工程建设前期快速了解本工程项目。

优化方案： 对项目经理部驻地和工程模型发布为VR体验场景。

实施效果： 沉浸式观察方式，从感官上突破传统的二维图纸，促进了企业标准化建设，项目部管理层和技术人员在建设之初对工程有了更深的认识，便于对工程的宏观把控。

BIM技术深化应用

互通立交线形复杂，存在平曲线、纵曲线、超高等各类情况,道路工程线形复杂，桥梁上部结构均为复杂异型构件。

附属工程、交通工程数量庞大，模型建立和项目组装工作量大。

解决方案：

设置统一基点坐标，以道路中线、边线为参照，并计算道路中线、边线、构件原点和尺寸坐标。场地与道路工程在Civil3D中建立，异形复杂结构通过Dynamo编制参数化程序建立，一般结构工程在Revit中建立，三个软件配合使用，并最终在Revit中组装集成。

建立本工程模型建立协同工作机制，以“中心文件”为核心，BIM小组成员根据各自的专业和分工在本地建立模型并与“中心文件”实时同步。

优化方案：

与路线变化无关的族模型建立：桥梁工程下部结构，包含桩基、承台、桥台、墩柱、盖梁等构件，还有部分交通工程、部分附属工程等构件，其构件本身与道路路线无关。建立其族，设置好其参照原点、并对其进行参数化，以备调用。

道路模型：道路工程模型通过在Civil 3D中拾取道路中线为路线，生成其纵断面、建立其装配部件，拾取道路边线为逻辑目标，建立道路模型。

与路线变化有关的族模型建立： 桥梁上部结构箱梁、部分交通和附属工程与路线息息相关，利用Dynamo编制程序，调用其路线坐标数据，实现精准建模。

参数化精准组装： 通过Dynamo程序调用构件坐标及几何参数表、修改对应的族参数，实现参数化精准组装。

本项目主线桥和EN匝道在起点附近往南连续跨越污水处理厂沉淀池、新凤河、黄马路。桥梁上部采用钢箱梁结构，钢箱梁吊装难度极大，为本工程主要控制节点，制约后续进度安排，影响整体目标工期。

（1）河道回填场地设计与吊车站位分析：

方案： 利用BIM技术对吊车的几何尺寸参数进行分析，建立吊车模型，与工程模型相结合。优化吊车进出场路线。

根据每片钢梁吊装的要求设计了吊车站位，进行吊装模拟，发现吊车站位与上图中部分临时支墩存在冲突。优化吊车进出场路线，减少了河道回填与疏通开挖的土方量。并生成《狭小空间钢箱梁吊装动态碰撞检测方法》发明专利。

（2）吊装工序优化与模拟：

方案： 将存在碰撞的临时支墩分为两部分，基础和地面以下的与其它未碰撞的临时支墩同时施工，等存在碰撞吊装的时间过去后，通过法兰盘节点快速连接临时支墩上部结构，进行接下来的吊装。

极大优化了吊装工序,避免碰撞,吊装过程快速可控。

（3）跨沉淀池42m钢梁吊装优化：

方案： 优化改为由北侧起吊，借助盖梁进行接力，南北两侧吊车的协同吊装。

该方案确定可行，50多名施工人员历时16个晚上，通过吊车等10余台机械，完成钢箱梁吊装。攻克了钢箱梁吊装的技术难题。实现了在汛期雨季来临前完成吊装及河道疏通的要求，工程施工关键节点提前完成，保证了工程顺利施工。

（1）管廊与SW匝道桥台碰撞空间位置检测：

通过对集成模型的分析，发现原SW匝道13号桥台与暗挖段管廊间距仅有1.5m，无法满足管廊施工和桥台保护的最小净距，通过与业主单位及设计院进行沟通，提出了设计变更，减少一跨箱梁，将SW-13桥台移至12轴位置处，避免返工。

（2）对桥梁工程的保护措施：

针对不同下穿方式和开挖方法，制定了有针对性的保护和加固措施，确保安全的同时降低成本。

（1）钢筋放样加工安装：

方案：建立现浇箱梁钢筋模型，进行碰撞检测。

通过检测，现浇箱梁内部纵向和横向主筋、箍筋、构造筋和预应力波纹管之间存在1137处碰撞，主要分为三类。根据检测结果，编制了钢筋优化与调整方案，并在钢筋加工和安装环节与作业班主进行了交底，减少了返工，提高了工程质量。

（2）精细化钢筋放样长度：

方案：通过参数化程序，编程放样布置钢筋，得到每根钢筋的长度。

实施效果：导出钢筋放样材料表，用于生产切割。减少了模具的投入和钢筋的损耗。

线性工程工作节点起点多，各工作节点逻辑联系不强。进度汇总统计繁琐，汇报展示不直观。

方案：制定了完整的进度协同作业流程，梳理各层级各部门的职责，联动协同各层级各部门，完成精细化的进度管理，以工程模型辅助形象进度汇报。

实施效果：质量安全问题管理流程闭环，信息留痕，统计信息清晰。工程进度直观、可视化强。

（1）进度管理：

方案：根据工程目标工期的要求，结合实际分包单位、作业班组、机械设备、材料供应等实际情况，编制计划完善逻辑关系，调配劳动力及各种资源，优化关键线路和整体计划安排，确保实现目标工期。每周对当前实际进度和计划进度进行对比，利用前锋线分析进度偏差，进行动态调整。

实施效果：实时对比进度计划与实际进度，辅助进度计划的动态调整。

（2）施工方案模拟：

方案：对工程整体进度计划进行施工模拟，优化施工组织，形象展示当月进度内容及下月进度计划，实时对比计划进度与实际进度之间的差别。

实施效果：能直观凸显存在问题，为后续进度调整与优化提供决策依据。

（3）生产任务派分：

方案：根据优化后的进度安排，每周生产例会PC端进行生产任务派分，责任到人，指定专业分包单位及项目部人员，指定工期要求。

实施效果：每周工作任务安排清晰合理，责任到人。

指定的责任人手机拍摄现场照片上传，填写日期，数据汇总至网页端进度统计。

效果：每日工作任务进度可控，责任到人，方便管理人员查看工程进度。

（4）形象进度：

通过对集成模型的分析，发现原SW匝道13号桥台与暗挖段管廊间距仅有1.5m，无法满足管廊施工和桥台保护的最小净距，通过与业主单位及设计院进行沟通，提出了设计变更，减少一跨箱梁，将SW-13桥台移至12轴位置处，避免返工。

方案： 制定了完整的质量安全协同流程，梳理各层级各部门的职责，联动协同各层级各部门，通过手机端上传问题，指定责任人和整改期限，劳务作业队按要求整改反馈，发起人审核验收。

实施效果： 质量安全问题管理流程闭环，信息留痕，统计信息清晰。

手机端：

质量安全问题可以上传，整改，审核，手机端即可完成质量安全管理流程闭环，并且可以查看统计信息。

网页端：

可以查看更详细的统计信息，用于分析各分包单位的工作质量，项目部人员的巡查频率等。

质量安全评优管理：

对工程质量优秀的可以提出表扬，同时统计数据中整改及时的班组，出现问题评率较低的班组或质量安全问题出现频率较高的，出现较为严重的质量安全问题的，根据相应的奖惩制度，来进行管理。

施工资料数量种类多，传递方式多为点对点，效率低，没有统一的储存管理，同时储存形式多为纸质文件或者电脑，限制了办公区域，无法高效的调用相关资料。

方案： 建立统一的施工资料文档管理平台，协同平台设置资料文档管理，实时更新与共享图纸、形象进度周报、设计变更、安全技术交底文件等资料，

实施效果： 施工文档资料统一储存管理，手机端随时查阅施工资料和文档，方便快捷，实现了移动化办公。

BIM技术创新应用

前情分析： 交底通常以文字的形式配合CAD图纸来进行，对人员技术要求较高。

优化方案： 制作特征图卡或三维物体，UI面板中输入工程信息数据，编制施工动画程序，实现AR技术。

实施效果： 在可视化交底的基础上，以更具有互动性的方式优化复杂构造解析、技术与安全交底等环节。同时形成了《一种融合BIM与AR技术进行复杂构造与工艺剖析的方法》的发明专利。

前情分析： BIM技术对于项目部普通技术人员，项目管理人员和劳务人员难度较大，对硬件设备有一定要求，BIM技术的部分成果不能直接使用。

优化方案： 自主开发的项目预览查询平台，软件安装方便，操作简单。可在平台中进行模型预览、快速查阅工程信息，使用前后左右及旋转几个鼠标键进行漫游预览。

实施效果： 方便参建各方进行施工方案、技术措施、质量和安全问题的讨论与制定，提高BIM模型的利用效果。

前情分析： 衍生式设计是模仿自然界进化规律，利用仿生学的原理进行方案设计。构建参数化BIM模型，设定上下边界条件、计算步距，运用云计算直接生成数以千计、万计的设计方案，从而可以探索更多设计方案的可能性，让设计方案更优化。同时可以结合大数据、人工智能等新技术的结合应用。

优化方案： 针对桥梁承台模板，BIM小组进行了衍生式设计研究，云端运算生产了1000多个设计方案，通过比选方案的应力、应变和工程量参数，得到最优设计方案。

实施效果： 根据最优设计方案直接生成BIM模型，为工程直接节约投入46万元。并生成《模板支架体系衍生式设计方法》发明专利。

成果与经济效益分析

节约成本及工期：

     通过本项目BIM应用，特别是在钢箱梁吊装优化、六环路交通导行、衍生式设计等方面的应用，累计节约工程成本735万元。通过关键节点施工方案的优化，精细化进度管控等方面的应用，对工程总体目标工期的控制起到了支撑性作用，累计节约工期120天。

信息共享、协同管理：

     构建施工统一管理平台，协同管控，达到时时查询或发布工程信息。显著提高了项目进度、质量、安全管理水平与管理效率。

攻克重难点技术问题 ：

 利用BIM技术攻克了了南六环交通导行、钢箱梁动态吊装、交叉工程作业等重难点技术问题，工程施工顺利进行。

自主开发应用平台 ：

     我公司自主开发的VR沉浸式体验程序，AR增强现实程序，应用于沉浸式体验观感和复杂构造技术交底。自主开发的项目预览查询平台可以分类查看全桥模型，智慧人机料管理平台提升了项目的管理水平。

保护环境，减低干扰 ：

     利用BIM技术优化了跨既有河流、道路及各种障碍物的施工及导行方案，降低对社会的干扰，减缓了六环主路及黄马路的交通拥堵，保护了新凤河及周边区域的生态环境。

健全体系，形成标准，培养人才 ：

     建立BIM应用组织体系、标准制度、应用指南；培养BIM人才，推动BIM技术在企业后续普及发展。

自主开发的应用程序：

     VR沉浸式体验程序，AR增强现实程序，自主智慧管理平台，提升了项目的管理水平。

企业标准：

      在项目BIM开展过程中，我公司编制了相应的《市政路桥基础设施BIM建模指南》、《市政路桥基础设施BIM应用手册》、《市政路桥基础设施BIM族库》、《BIM培训与团队管理办法》。

发明专利：

     依托本工程的BIM应用，申请了四项发明专利。

北京市BIM应用示范工程：

      2018年9月12日北京新机场高速公路（南五环-北京新机场）工程施工第3标段入选北京市住房和城乡建设委员会2018年北京市建筑信息模型（BIM）应用示范工程，并于2018年12月27日进行了过程检查。

下一步工作计划

1.总结应用经验

梳理本项目的BIM技术应用点，总结应用经验，为公司后续工程项目的BIM应用做准备。

2.培养人才

公司BIM科研中心组织公司内部BIM培训工作，为每一个项目部培养BIM技术人才，让每一个项目部都能利用BIM技术为工程施工带来收获。

3.健全BIM体系和企业标准

本项目作为公司BIM试点项目，建立了BIM体系和企业标准，将在未来不断优化与健全