南京長江五橋項(xiàng)目的智能化技術(shù)——BIM+VR+GIS

南京長江第五大橋，簡(jiǎn)稱南京長江五橋。路線起于浦口五里橋，向東南方向跨越長江，經(jīng)梅子洲下穿夾江后順接南岸已經(jīng)建成的青奧軸線地下工程（隧道工程），路線全長約10.3公里。工程采用橋+隧的設(shè)計(jì)方案，跨越長江主江工程采用大橋的方式，穿越夾江部分采用隧道的方式。

其中，跨長江大橋長約4.4公里，夾江隧道長約1.8公里，其余路段長約4.1公里。全線在五里橋、豐子河路（浦濱路）、臨江路（橫江大道）、葡園路等4處設(shè)置互通式立交。根據(jù)最新路網(wǎng)和城市規(guī)劃，對(duì)這些互通進(jìn)行了方案的調(diào)整。其中包括五橋主線與寧合快速路高架橋銜接；預(yù)留五橋、寧合快速路與浦烏路快速路匝道；豐子河路互通、臨江路互通匝道及出入口的優(yōu)化；葡園路互通與夾江隧道入口的優(yōu)化等。工程對(duì)現(xiàn)有的路網(wǎng)和城市規(guī)劃方案的調(diào)整，與現(xiàn)有區(qū)域公路網(wǎng)銜接及工程界面劃分的壓力較大。

南京長江五橋主橋采用三塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，其跨徑布置為80+218+2X 600+218+80 = 1796米。南北引橋考慮當(dāng)?shù)氐乩砦恢玫忍攸c(diǎn)（如兼顧地面構(gòu)造物及洲上河道等），采用階段預(yù)制拼裝箱梁，跨徑以52米為主?？绱蟮碳盀I江大道橋采用節(jié)段預(yù)制變截面波形鋼腹板連續(xù)梁或懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)。夾江隧道連接青奧軸線地下工程，根據(jù)不同的地理位置，采用不同的隧道截面設(shè)計(jì)。其中主線采用矩形隧道，敞開段采用U形結(jié)構(gòu)，隧道盾構(gòu)段采用圓形隧道。

>>>“實(shí)”與“虛”BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段大力推廣新技術(shù)、新工藝、新理念，力圖通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約和集約用地、節(jié)能減排的目的。打造建設(shè)友好型、資源節(jié)約型的工程典范。尤其是南北引橋、跨大堤及濱江大道橋以及北接線主線橋均采用預(yù)制拼裝的施工方案，希望通過將橋梁構(gòu)件工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化，來降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)強(qiáng)度及難度，提高工程質(zhì)量，減少施工風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)環(huán)境的污染。

傳統(tǒng)的二維圖紙很難直觀地反映工程各個(gè)結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，更難以了解到工程與周邊環(huán)境的位置關(guān)系。比如：五橋接線下部結(jié)構(gòu)是否與現(xiàn)有道路碰撞；五橋路線是否與規(guī)劃的地鐵11號(hào)線、15號(hào)線存在交叉；五橋路線、互通是否影響到已有建筑物和設(shè)施等問題。

二維圖紙也同樣難以核對(duì)工程量和結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。尤其是南京長江五橋大量采用了預(yù)制拼裝的施工方案。如不能對(duì)設(shè)計(jì)的預(yù)制件進(jìn)行有效的審核與問題的糾正，反而會(huì)造成大量的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，更有可能影響工程質(zhì)量、工程安全。

南京長江五橋項(xiàng)目有結(jié)構(gòu)種類多、預(yù)制結(jié)構(gòu)多、地理和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、與城市現(xiàn)有道路交互多等特點(diǎn)。根據(jù)南京長江五橋在設(shè)計(jì)到施工過程中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)，在項(xiàng)目初期就明確了在項(xiàng)目各階段運(yùn)用BIM技術(shù)：以BIM信息模型、協(xié)同管理平臺(tái)為“實(shí)”，施工模擬、VR展示為“虛”的虛實(shí)結(jié)合方式，來解決項(xiàng)目各階段、不同需求中的實(shí)際問題。

>>>BIM技術(shù)在建模中的“實(shí)”應(yīng)用

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，BIM總體實(shí)施單位根據(jù)整體項(xiàng)目的情況，根據(jù)項(xiàng)目各部分的實(shí)際需求、結(jié)構(gòu)類型、標(biāo)段劃分以及模型體量等因素，將整體項(xiàng)目分解后建模。模型總體分為4個(gè)部分、28個(gè)分項(xiàng)，其中4個(gè)部分為“主橋、引橋”“主塔鋼結(jié)構(gòu)”“北接線”“夾江隧道”。模型精度確定為以LOD300為主。部分附屬結(jié)構(gòu)、道路，根據(jù)需求建立LOD100模型。建模過程中，在建模伊始就確立建模標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)則，并嚴(yán)格按照建模規(guī)則進(jìn)行。構(gòu)件、零件同樣按照建模規(guī)則進(jìn)行命名，方便了模型的后期應(yīng)用。同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，多人同時(shí)協(xié)同工作提高建模效率。

邊塔塔柱鋼結(jié)構(gòu)

邊塔下橫梁鋼結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目使用了多款軟件進(jìn)行建模。根據(jù)不同建模精度、不同結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，有針對(duì)性地使用不同軟件建模。實(shí)現(xiàn)了快速建立輕量化沙盤模型，用于項(xiàng)目整體路線的展示和施工模擬應(yīng)用。同時(shí)又對(duì)重點(diǎn)構(gòu)件結(jié)構(gòu)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化、細(xì)化設(shè)計(jì)，包括：中塔鋼殼、邊塔鋼殼、預(yù)制梁、波紋鋼腹板連續(xù)箱梁等結(jié)構(gòu)。使用這些結(jié)構(gòu)在軟件中進(jìn)行預(yù)拼裝，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙的設(shè)計(jì)問題并與業(yè)主和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，提前解決因圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題導(dǎo)致的各種問題。

南引橋混凝土預(yù)制梁

利用深化設(shè)計(jì)的模型和模型所含的信息，對(duì)需要進(jìn)行工程量核對(duì)的構(gòu)件、零件，可對(duì)比設(shè)計(jì)圖，制作工程量核對(duì)表格。對(duì)需要進(jìn)行碰撞檢查的構(gòu)件、零件，可導(dǎo)入其他軟件，進(jìn)行碰撞檢查并輸出結(jié)果表格。有效地減少制造廠商、施工單位識(shí)圖困難，甚至誤解圖紙本意，導(dǎo)致材料和資金浪費(fèi)、零件返工或重新制造、延長工期等問題。BIM三維信息建模過程中相當(dāng)于重新復(fù)核了一遍設(shè)計(jì)，模擬其建成后的成橋形態(tài)。在建模過程中，提前發(fā)現(xiàn)了上述問題，避免了在零件制造和施工過程中反復(fù)修改圖紙。同時(shí)指導(dǎo)鋼廠生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)零件、構(gòu)件，有效地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約。

項(xiàng)目互通段漫游及審視

>>>BIM技術(shù)在三維可視化中的“虛”應(yīng)用

除了對(duì)比工程量、核對(duì)圖紙問題、碰撞檢查等直接的模型應(yīng)用外，還將建模導(dǎo)入當(dāng)下流行的游戲引擎進(jìn)行渲染工作。同時(shí)，項(xiàng)目通過對(duì)周邊地形、構(gòu)造物的建模，充分還原了項(xiàng)目整體路線周邊的情況。加上虛擬駕駛、夜景顯示、天氣變化、交互漫游等模塊，實(shí)現(xiàn)了南京長江五橋全線、大體量的模型與地形的展示工作。

南京長江五橋與南京青奧村周邊環(huán)境模擬

波紋鋼腹板結(jié)構(gòu)及外觀審視

項(xiàng)目利用相同引擎，開發(fā)了適用于VR設(shè)備的虛擬交互展示平臺(tái)。利用虛擬駕駛、天氣變化等場(chǎng)景，模擬項(xiàng)目在真實(shí)環(huán)境中的使用情況，讓業(yè)主和施工方身臨其境地對(duì)項(xiàng)目整體有直觀的感受，檢查項(xiàng)目是否與周邊環(huán)境契合、是否美觀。也可以通過這種直觀的審視，發(fā)現(xiàn)空間上的嚴(yán)重問題。提前解決一些顯而易見，卻又不能在二維圖紙中看到的錯(cuò)誤。

南京長江五橋夜景模擬

為實(shí)現(xiàn)對(duì)于主橋部分的施工工序的模擬，項(xiàng)目針對(duì)模型體量大、結(jié)構(gòu)形式多的特點(diǎn)，對(duì)部分模型進(jìn)行簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)。之后使用4D施工模擬軟件，對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行施工模擬。對(duì)周邊地形地貌，使用數(shù)字地球（GIS地理位置信息+衛(wèi)星圖片）上的數(shù)據(jù)，快速建立輕量化地模，一并導(dǎo)入軟件內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)了較為真實(shí)的項(xiàng)目整體漫游、鋼結(jié)構(gòu)局部漫游、施工模擬、內(nèi)建VR體驗(yàn)等內(nèi)容，指導(dǎo)了施工，優(yōu)化了工序。

目前，各種BIM應(yīng)用在南京長江五橋項(xiàng)目中，仍在不斷地深化和迭代。事實(shí)證明，這種虛實(shí)結(jié)合的策略，更能體現(xiàn)出BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的價(jià)值?！疤摗?，是利用建立好的模型，進(jìn)行三維可視化的虛擬工作，讓各方人員對(duì)項(xiàng)目有更直觀的感受；讓BIM從技術(shù)變成通俗易懂的、可操作的、可視化的視覺和觸覺體驗(yàn)；讓BIM技術(shù)更“接地氣”?！皩?shí)”，是從初期的建立模型，到后期運(yùn)養(yǎng)一體化平臺(tái)等工作。“實(shí)”的工作，是BIM技術(shù)應(yīng)用的核心和基礎(chǔ)。虛實(shí)相互依賴，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，拓展了BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用范圍。大大提升了各方人員溝通效率，增加了各方對(duì)整體項(xiàng)目的直觀感受。同時(shí)，模型中涵蓋的信息，為未來的運(yùn)養(yǎng)階段提供了完整的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（摘自：橋梁雜志）