梁体编码+智能检测 实现数字孪生价值

本文介绍的特大型装配式市政项目位于郑州市主城区外围，承担城市外围组团与中心城区的交通转换功能，由大河路、东四环、南四环及西四环组成闭合环线，路线全长约90公里。现状断面为主线双八+双四辐路组成，改造后断面主线升级为地面双八+高架双六形式，地面左右两边各增设35米宽绿化系统，外加双四的辅路系统。项目需改建地面道路86.3km,新建地面道路7km，新建高架59.2km，共66.3km的高架。沿途节点共涉及27座立交桥，39对上下匝道出入口，地面平交口151处，跨河桥21座，涉铁节点12处，隧道13座。

最大单体市政项目的装配化施工

该项目无论从建设规模，到设计体量，都堪称全国乃至世界最大的单体市政项目。设计图纸数量达到400万余张，连起来可以从郑州铺到海南。如此高的设计体量，使得设计图纸的分类、归档，设计信息的提取，都存在极大困难。

此外，该项目拥有全国第一、世界级都市高架系统称号，其中全线80%的大规模装配式桥梁技术应用，更是世界首例，因此该项目有着极高的行业影响力及社会关注度，同时也对设计与施工提出了更高的标准和要求。

通过以上难点，设计者提出采用工业化3.0时代的建设标准，对设计与施工全面推行标准化实施要求，目的要为项目建设期间的绿色、环保、节约均能起到积极作用。

在组建项目团队到现场调研以及后续的BIM设计和应用过程中，必须解决的问题是利用BIM模型的数据流转，以打通从设计到生产再到施工的工程信息有效的传递和利用。让BIM模型真正发挥其应有的工程价值，也在短时间内，为工程建设的推进提供最佳条件。

团队架构方面，根据以往项目整合期间经常出现各种问题的情况，项目在实施过程中，除项目负责人负责整体协调、资源调度、总体把关外，还增设模型负责人和应用负责人两个角色。模型负责人分阶段通过对模型进行整合，阶段成果进行校对，在推进过程中保证项目质量。应用负责人除安排后续应用工作外，需要根据具体的应用需求，对模型创建形式、拆分原则等提出前提条件，模型负责人根据实际情况也可反提条件，二者为相辅相成配合发展的形式。

60天的时间里，兵分两路踏勘与调研，一部分人员对现场95平方公里范围进行无人机倾斜摄影，另一部分人员分别加入到设计联合体、梁场生产单位以及施工单位，从一线现场搜集项目的真实需求出发，相互探讨和学习，目的是能够得以把握项目核心，基于真实数据进行建模，模型需符合项目实际需求，从而保障应用落地。

图纸数字化

通过无人机倾斜摄影，先后264架次的有效飞行，沿途布设520个高精度像控点，共拍摄34万张照片，并以之生成95平方公里的高精度、具有真实空间三维坐标信息的实景模型。作为三维设计的基础资料，设计师可查看周边地勘地貌，同时将地标性建筑物从倾斜摄影模型中提取分离，确保每个地标建筑物可作为一个独立Z模型对象与工程规划、建设、现状等要素关联融合。

通过参数化设计创建了全线共160公里（地面+地上）的道路与桥梁的真实设计模型，每一个箱室都做到参数化变动，通过建立模型进行参数化修改，直接生成不同的断面。比如，自主开发、创建了19种树种构件，并成功将其导入Bentley系列软件当中，丰富了属于单位自主的植物库同时也提高了景观设计的便捷性。这些便是BIM设计的好处之一。

BIM为项目带来的实际价值

仅完成三维设计是无法满足该项目的定位与要求，而是应用BIM解决工程中的实际问题，为项目带来实际价值。

净空分析、碰撞检查、承担埋深校核

首先是桥梁净空碰撞检查，通过将道路与桥梁的净空范围进行模拟创建，运用BIM软件自身的碰撞检查功能进行模拟碰撞。通过软件筛选，可以自动生成具有实现碰撞节点的报告，点击报告即可自动定位到模型中发生碰撞的位置。

同时，对于桥梁承台的埋深进行自测，该环节是为桥梁设计人员利用BIM软件快速完成对承台埋深是否合理情况的自校。

BIM出图

在同一图面，除传统二维图面表达外，还可增加三维模型实体展示，该方式将成为新一代设计成果交付的主流模式。

无人机交通流量分析

梁体编码

梁体编码是通过打通设计、生产、施工全过程信息数据流转，让BIM可以真正对各参建方都存在适用性，以打造体系化的工作模式为最终目的。

在设计过程中，通过对每一片梁体进行实体编码，相当于对每一片虚拟的梁赋予专属ID。通过专属ID对每一片梁从设计到生产加工和现场施工，再到后期的养护运维都可以精准的定位与管理。这种定位不仅仅限于建成后的快速查找，还包括将建成后的梁体与设计模型或图纸建立快速对应的联系。同时管理也不仅限于对建成后梁体的养护，而是对每一片梁的设计信息、生产信息、安装信息、后期养护信息都可以快捷全面地取得联系。管理的价值不应仅是对眼前的物体，还有更多虚拟的行为与信息。而要实现这个目标，从设计开始就赋予每一片梁体一个永久的ID，是该环节的核心。

通过前期对梁场单位的调研，针对梁场生产时所需的必要数据进行结构化的提取和整合，确保两点之间仅传送有效数据，减少不必要的工作量发生和垃圾数据的传递。

梁场单位需专属的数字化生产体系，根据梁体编码及设计信息，对每一片梁的生产计划到储存运输进行管理。同时通过添加二维码，实现将每一片梁的设计信息及生产信息附加至其对应的每一片梁体之上。

施工组织模拟

根据施工现场收集的施工组织计划，利用施工模拟软件(Synchro4D)进行真实的施工模拟动画，实现数字化设计到生产再到施工一体化管理方式，提高效率，减少工期，同时也极大程度地降低了管理难度。

可视化施工交底

在实施过程中，利用AR技术将完成配筋的三维模型与设计图纸相关联，并通过移动端在现场进行动态、立体展示，通过可视化的施工交底，将设计模型带入施工现场。

数据流转

设计——生产——施工的全过程数据传递。

总的来说，该项目中贯彻以工程数据全过程流转为基本目标，创建一种将复杂事项“切豆腐”式分解至若干“豆腐块”，再直接发给买豆腐的人的工作方法，信息传递是下游的需求供给，再通过连续归纳和整理之后形成独有的工作模式。

利用这种工作模式，实现对物理资产、工艺流程的数字化表达，同时帮助所有参建人员了解和描述所需的工程信息，进而实现资产可视化。查询其状态并分析，形成资产定位，即数据的枢纽。通过为工程数据的全生命周期提供高效平台，进而接近于实现数字孪生。

对比传统设计，该项目的BIM技术应用除提高生产效率等传统优势外，更高的价值在于管理层面。通过对梁体编码和智能检测手段的结合，第一次实现对全线如此巨大规模的装配式桥梁的精细化管理。可以精确地得知每一片梁从设计到加工再到现场安装的过程中全部动态，避免了因技术原因引起的工期和成本浪费，这是传统设计手段无法达到的，也是数字孪生概念的价值所在。

本文刊载 / 《桥梁·BIM视界》杂志

2020年 第3期 总第14期

作者 / 何莹 吕健

作者单位 / 深圳市政院BIM设计研究院

编辑 / 周洋

责编 / 王硕