与传统结构形式相比，预制装配式结构对设计、施工、运维精确度及复杂度提出了更高标准和要求。以铁路预制装配式桥墩为研究对象，针对其全生命周期管理需求，采用以BIM+GIS为核心的一系列前沿信息技术，开展精细化设计、施工仿真、沉降监测、施工信息化管理方面的研究
预制装配式桥墩精细化BIM设计
装配式桥墩的分解及精细化设计
受力学性能的影响。装配式桥墩为流线型双柱式墩。这种桥墩具备以下几何特性：1)与普通圆端形实体墩相比，墩身由单柱式分割成双柱式。2)在竖直方向上，墩身与顶帽被“切割”后形成3个主要部分：墩身、墩柱2处与顶帽1处。其余部分主要通过现浇混凝土连接。3)与常规现浇式结构不同，装配式桥墩的结构分解与其拼装分解架构相一致，从而使得在施工仿真分析、施工信息化平台运行过程中，进度、质量的管理对象与模型分解一一对应。
装配式桥墩的BIM建模方法
BIM设计工作涉及多专业协同，为了协调各专业更高效地完成设计工作，达索平台采用“骨架一模版”的设计思想实现模型之间的关联，通过骨架直接驱动模型变化，实现BIM模型的统一管理和设计中的信息交换，从而提高设计效率。
在预制装配式桥墩精细化设计过程中，骨架定义了桥墩各部分的整体定位框架。在“骨架一模板”设计方法中，修改设计参数会导致结构尺寸变化，进而引起骨架空间位置移动，预制装配式桥墩的各个组成部分也会随骨架的移动而变化，自动实现设计更改。
基于脚本编程语言EKL和“骨架一模板”思想，最终实现了装配式桥墩的精细化、参数化设计。
桥墩BIM批量建模工具开发
对于以达索为BIM设计平台的用户，目前常采用基于“骨架一模板”的建模思想开展单个桥墩的BIM设计，经过封装后，用户的工作内容主要集中在桥墩信息表格的编制上面．有利于提高建模精度和效率。但是该方法存在产生数据库内存垃圾和实例化速度慢的问题。
针对以上问题，研发一种桥墩批量BIM建模解决方案．利用达索系统自带的Compoent Family模块生成可反复使用的位于服务器中的桥墩模型参考。借助CAA二次开发编制桥墩批量建模程序，该程序从服务器索引出对应的模型参考并生成模型实例、修改实例的几何空间位置至与桥墩定位坐标系重合，从而快速完成全桥桥墩实例化。当由于设计变更需要重新生成全桥桥墩模型时，重复上述过程。由于每次仅生成不占用内存的模型实例。从而降低了服务器的内存压力。
基于BIM+GIS的节段预制装配式桥墩施工仿真
对预制装配式桥墩进行施工仿真研究．可以避免预制构件吊装与安装过程中的碰撞等问题，以更好地指导施工。因此，将预制装配式桥墩的BIM模型、真实施工环境下的地理信息、工程机械数据进行多源融合，在GIS平台开发了施工仿真工具。使用该工具．可以实现施工工序及施工工艺过程的三维仿真模拟，施工仿真成果同样可以作为施工技术交底文件，与传统纸质交底文件相比具有很大优势。
使用该工具开展装配式桥墩施工仿真工作包含5个步骤。具体如下：
1)构建施工场地虚拟环境。利用无人机倾斜摄影测量技术，采集施工场地周边高精度地理数据。经过数据处理进行施工场地环境建模，获得精细的施工现场三维模型。
2)工程对象建模。工程对象建模包括工程主体对象建模、辅助工程对象建模、模型分解。不但考虑工程实际模型，还要考虑必要的施工机具模型，以模拟施工机具在特定施工空间内的可操作性。由于BIM模型是施工过程仿真的直接对象，因此，与现浇结构不同，在建模阶段即考虑了装配式桥墩的节段划分。
3)施工工序表现。通过工程主体模型、工程辅助模型的分解和构件级显示控制，可表现施工工序。通过信息树对象开关控制模型的显示，也可事先设定每个构件显示的时间段，然后通过时间过滤实现工序的关键帧动画表现。作为装配式结构，与现浇结构的重要区别是增加了预制构件的运输、吊装、精调等过程。
4)施工工法动画模拟。施工工序表现是通过少量关键帧的动画方式模拟施工的过程。该方法通过对构件模型的隐藏／显示控制来实现动画效果，具有通用性。
5)施工机械模拟。施工机械的作业动画模拟是虚拟施工的高级表现形式之一，可以直观地模拟完整的施工过程，反映施工难点。施工机械模拟涉及到较为复杂的机械关节控制和各关节的联动、机械与物料之间的传送关系。
基于BIM的预制装配式桥墩运营监测
随着互联网、物联网以及大数据等前沿技术的发展。运营监测系统也加强了信息化方面的应用。虽然当前各运营监测系统在界面可视化、数据库升级、分析预警等方面均取得了一定的成果．但仍然存在模型信息承载量受限、数据库处理能力不足、缺乏可视化的实时评估等方面的问题。BIM技术的发展为运营监测系统完善或解决上述问题提供了一个新的契机，BIM技术以模型为基础，以数据为核心，可以集成工程结构化和非结构化数据信息，解决工程设计、施工和运维不同阶段信息转移遗漏和难以共享等一系列问题。
所以，将BIM平台与运营监测系统进行融合及信息共享，借助BIM技术具备的强大信息共享及可视化管理优势。开发了一款融人BIM技术的铁路工程沉降自动化监测平台，可用于包括装配式桥墩在内的多种铁路工程结构沉降监测。该平台主要由7个子系统组成。分别为：传感器子系统，数据采集、传输和存储子系统，客户端实时跟踪和远程查询子系统，监测成果后处理子系统，预警子系统，人工监测数据管理和分析子系统，监测数据分析、管理与评估子系统。
该系统嵌入了BIM可视化及监测结果实时展示的功能。以某市政道路框架涵及U型槽下穿既有采用预制装配式桥墩的高铁立交工程为例，为了对市政道路施工过程中的高铁沉降情况进行实时监测。在运行界面中。BIM模型同时包含了市政道路、高铁结构对象以及测点传感器对象，作为一个数字孪生体系。各传感器收集的沉降结果以时程数据的形式显示于用户交互界面。
基于BIM+GIS的预制装配式铁路桥梁施工信息化管理平台
装配式建筑的施工组织模式与传统现浇建筑有明显不同，当装配式建筑的工期优势可以充分得以发挥时。不仅节约了时间成本．还可降低工程的隐形成本。其中的关键因素之一就是施工管理水平。
为此，结合施工单位需求，以GIS为基础平台，以BIM模型为纽带，以施工进度为主线，以实现成本、材料等的精细化、智能化管理为目标，开发了三维施工管理平台，成功实现了基于BIM的预制装配式铁路工程结构施工信息化管理。
该平台包括综合管理、设计管理、进度管理、成本管理、安全质量、智能建造6大功能模块，为铁路施工建设提供强有力的技术支撑。具体应用场景包括以下几个方面：
工点工作分解
依据铁路BIM联盟发布的《铁路工程实体结构分解指南1．0版》，对工点按照施工工序和工法进行分解，并设定分部分项的工程数量和单价，与BIM模型进行关联，实现以工作流驱动BIM模型进行进度、质量、成本管理。
进度管理
该平台的进度管理功能包括以下2方面：
1)项目整体的4D施工进度模拟和展示。根据项目总体施工计划，基于设计模型和施工方案，将场地模型和施工进度计划链接．在可视化BIM平台进行整体进度模拟。
2)施工进度监控。根据进度计划控制周期(月度一季度一年度)，采用施工模型根据项目施工计划和实际完成进度，通过BIM平台分析建筑模型与施工进度之问复杂的依存关系。进行计划进度和实际进度对比，并给出进度差异报告，用户可全面了解工程进度实施情况。施工进度计划以颜色突出显示的三维BIM模型以及反映工作进展的甘特图2种形式展示。
施工进度数据采集系统基于工点设计参数，采用WebGIS技术，生成结构化的二维矢量图，通过在图上点击要素获取基本信息，填写进度数据完成填报。
装配构件物联网管理
采用二维码对装配式管桩、墩身、墩帽、桥面系等预制构件进行物料跟踪管理．实现了从出厂到进场、到施工全过程监管的IoT(物联网)系统。
具体使用该系统时，在信息管理模块点击每个构件模型，可自动生成构件二维码，扫码查询原材料及施工过程等相关信息。除此之外，扫描二维码后．现场施工管理人员可实现手机端的进度、质量、安全信息填报。
针对预制装配式桥墩的全生命周期管理需求，采用以BIM核心的一系列前沿信息技术，对其精细化设计、施工仿真、运营监测、施工管理信息化开展了研究。最终研究结果可总结为以下几点：
1)设计方面。根据装配式桥墩的几何特性，对其进行构件划分，在达索平台使用“骨架一模板”设计方法，开展精细化、参数化的桥墩BIM设计，借助CAA二次开发编制桥墩批量建模程序，快速、批量创建全桥桥墩BIM模型。
2)施工仿真方面，将预制装配式桥墩的BIM模型、真实施工环境下的地理信息、工程机械数据进行多源融合。在GIS平台开发了施工仿真工具，使用该工具可以实现施工工序及施工工艺过程的三维仿真模拟。施工仿真成果同样可以作为施工技术交底文件。
3)运营监测方面。为了解决运营监测平台模型信息承载量受限、数据库处理能力不足、缺乏可视化实时评估等方面的问题，开发了一款融入BIM技术的铁路工程沉降自动化监测平台，可用于包括装配式桥墩在内的多种铁路工程结构的沉降监测。
4)施工管理信息化方面，结合施工单位需求，以GIS为基础平台、以BIM模型为纽带，开发了预制装配式铁路桥梁施工信息化管理平台，为铁路施工建设提供强有力的技术支撑。
文章来源：https://www.bimsq.com