BIM+虚实融合技术在某市政工程施工中的应用研究

夏国英1林井权2谭丹1毛玉鑫1罗金成1

(1．中国水利水电第七工程局有限公司，成都611299; 2．核工业西南勘察设计研究院有限公司，成都 610041)

摘要：市政工程呈现施工环境复杂、影响因素多、进度管控难度大、安全要求高且风险大的特点，本文以某市政路桥施工项目为依托，通过利用BIM+虚实融合技术，搭建工程协同管理平台，以BIM模型为基础，关联施工资料、进度、质量、安全等关键业务信息，并基于智能头戴设备实现三维模型的现场（手势、语音）本体交互式创新应用，实现工程施工管理的信息化、可视化、智能化，应用研究表明BIM+虚实融合技术能显著提升多方协同效率和工程管理质量，是工程信息化平台建设和发展的方向。

关键词：BIM，虚实融合，信息化，施工管理

1项目概况

1.1项目简介

某市政路桥项目全长770m，设计标准为城市主干路，道路平面分高架层及地面层进行设计，其中高架层桥梁由多跨径（20-40m）、多梁型（小箱梁、钢箱梁、现浇梁）、多墩型（花瓶墩、Π型墩）组成。同时，本项目为旧路改造提升项目，现有道路同为城区进出重要通道，行车行人复杂、地下管线众多、周边环境复杂，是处于复杂环境下，具有大体量、立体式、一次性改造类项目。

1.2重难点分析

（1）传统的项目沟通基于传统的二维设计图纸，表达不够直观，理解和沟通效率低，容易因为施工技术人员专业水平、经验认知不同，导致理解偏差，造成施工和设计脱节，从而导致错误。[1]

（2）市政项目人员流动大、作业点多面广，进度、质量、安全等管控手段不足，传统的管理方式及时性差、难以实现动态管理。[2,3]

（3）尽管政府、行业、企业自上而下在大力推广应用BIM技术，去提升施工技术水平，但就应用的价值和效果并不凸显，导致企业在应用时积极性不足，面临技术投入无效和应用停滞的问题。[4]

2创新技术

2.1BIM技术

BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括施工、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用[5]。目前，BIM技术在我国政府、行业、企业的大力推广下，在工程全生命周期都得到了广泛应用，同时也面临应用价值不明显导致的进一步发展瓶颈。

2.2虚实融合技术

虚实融合技术包含AR（Augmented Reality，增强现实）和MR（Mixed Reality，混合现实），通过将虚拟信息和真实物理世界进行融合，提供更加丰富的视觉体验，利用（手势、语音、眼神等）本体交互，为用户提供更高效的交互体验。目前，主要在游戏、教育、旅游、工业、医疗等领域得到广泛应用，在工程施工领域，在进度监控、质量控制、组装模拟方面展开了应用探索[6]，是当今科技领域和未来工程行业发展的热门方向。

3工程应用

根据项目特点及管理需求，建立项目区域及结构三维模型，并开发了电脑端、手机移动端、智能眼镜端数据互联互通的协同建造管理平台，平台以BIM可视化和虚实融合为特色，全面实现了资料、进度、质量、安全等业务的信息化和智能化。

3.1创建模型

采用无人机倾斜摄影，建立全线道路横向100-200m范围内的高精度地形、既有建筑、道路等模型，实现真实施工区域环境的精准建模。

建立全线道路、桥梁结构的三维模型，模型拆分应满足施工管理的精度要求，并基于市政工程的信息模型分类编码标准进行编码。

利用三维沙盘引擎，基于GIS地图实现地形、区域倾斜摄影实景模型、BIM模型三者的精准定位融合，完全真实反映工程项目的实际状况。

图1：项目融合模型

3.2信息管理

以BIM模型结构树为基础，实现工程图纸、技术文件资料的在线管理和高效共享，不仅可以实现在平台端的三维漫游查看，而且利用智能眼镜的全息定位投影和本体交互功能，实现在会议室和施工现场的信息查看。更高效、更形象的结构展示和信息查看方式，提升了项目沟通的效率和质量。

图2：电子沙盘浏览

图3：模型全息浏览

3.3进度管理

工程部技术人员通过佩戴智能眼镜，把BIM模型1:1比例精准定位到工程建设现场，一方面可以通过颜色（灰、蓝、绿）直观看到工程进度情况，查看已完工构件的进度开始时间和完成时间，另一方面，可以对于现场已开工或完工的构件进行快捷上报，拍照录像记录现场情况（如图4）。同时，进度填报数据可以驱动三维沙盘结构模型的颜色显示（如图5），便于工程管理人员及时高效了解项目进度状况和精准管控。

图4：进度填报

图5：进度沙盘模型

3.4质量管理

项目根据管理需求，对质量问题进行分类，包含压实度、原材料、混凝土、钢筋、模板、其他。质检员现场发现施工质量问题，通过全息交互的方式选择模型构件，可拍照、录像记录现场情况，语音填报相关问题详情和整改要求，上报到后台系统（如图6）。通过后台数据驱动，现场出现质量问题的构件，根据不同整改状态，区分显示不同颜色，便于整改人可直观发现问题构件，对现场处置后的问题进行整改回复。同时，平台基于电子沙盘的BIM模型，通过三维标签形式，直观显示质量问题及整改状态，对延期未整改的问题进行突出展现（如图7），改善项目质量问题的业务处置效率，进一步提升项目部质量管理能力。

图6：质量问题上报

图7：质量沙盘模型

3.5安全管理

项目部对质量问题进行分类，包含物体打击、高处坠落、触电、机械伤害、坍塌、其他。安全员现场发现安全问题，通过佩戴的智能眼镜进行快捷上报下发整改，同时结合全息影像和电子沙盘标签颜色区分显示，随时查看现场安全问题详情和处置情况，全面提升安全管理能力。

3.6远程助手

在工程施工现场遇到问题，需要技术专家指导或管理人员决策时，现场人员佩戴智能眼镜，借助远程音视频通讯功能，可让后台专家以第一视角获取现场视频画面，高效沟通，同时支持3D标注和资料传输，帮助现场问题快速处理。

图7：远程专家指导

4结论

本项目工程作为BIM+虚实融合技术应用的示范项目，通过创新技术应用，达成以下效果：

（1）通过BIM三维沙盘和虚实融合投影，在三维空间进行施工方案讨论、施工技术交底、施工组织方案设计、现场问题沟通，更便捷更高效，也有效避免了由于人员认知差异和理解偏差导致的施工错误和返工，提高效率的同时，降低了成本。

（2）通过智能眼镜端与平台端的互联互联和高效协同，提升了数据采集上报的效率，加强了项目现场的监督与管理，减小项目安全风险的同时，提升了整个项目的管理水平。

（3）融合混合现实技术，利用智能眼镜实现BIM模型的全息投影，实现在会议室和工程现场的三维交互沟通和工程业务管理，为打破BIM应用瓶颈，发挥三维模型应用价值，提供了一条极具价值的行业解决方案。

参考文献

[1]姚东法,何嵩森,王文标.市政工程施工管理工作的特点与实践[J].科技资讯,2022,20(23):36-38.

[2]赵树新,李柠.试论市政工程建设管理问题与对策[J].建筑与预算,2022(07):47-49.

[3]曾涛.市政工程建设管理存在的问题及对策研究[J].砖瓦,2022(06):123-125.

[4]王超.BIM在建筑智能化施工中的推广瓶颈探讨[J].智能建筑与智慧城市,2021(09):106-107

[5]许文质.BIM技术在市政工程施工管理中的应用研究[J].中国建设信息化,2022(20):73-75.

[6]何波,张慎,邱文航等.增强现实技术在工程施工中的应用综述[J].土木工程与管理学报,2020,37(02):93-98.