Comprehensive Application of BIM on the Construction of Kaifa Bridge in Yangzhou
陈晓飞① CHEN Xiao-fei；余郁① YU Yu；薛玉波① XUE Yu-bo；范剑才② FAN Jian-cai
（①扬州市市政建设处，扬州 225000；②江南大学设计学院，无锡 214000）
（①Yangzhou Municipal Construction Office，Yangzhou 225000，China；②School of Design，Jiangnan University，Wuxi 214000，China）
摘要：针对现在开发桥监控存在数据较多、时间跨度较长、监控数据共享难等问题，本研究将监控点布置到开发桥的BIM模型中，并通过Forge平台转换为可供网页显示的模型。然后采用MVC模式和B/S框架进行系统开发，以Visual Studio 2015为开发环境，采用ASP.NET MVC 4.6技术和SQL Server 2014数据库，开发出操作简便，功能完整的管理系统。最后应用于扬州开发桥的监控中，使得开发桥的参建各方能实时、直观的掌握桥梁施工中监控的动态，将应力、几何和索力监控信息整合到BIM模型中，使施工过程更加协调和，以提高施工监控的效率。
Abstract: The bridge of Kaifa in Yangzhou is of a complicated structure and high quality requirements. In order to manage the difficulty during construction, BIM technology was applied to this project. Modeling, simulation and optimization of the construction scheme, as well as collision inspection and monitoring platform were studied and put into practice. According to the project practice, the modeling helped to reduce design errors and improve processing precision, thereby avoiding construction time loss caused by design or processing mistakes. Furthermore, the model was combined with construction schedule to improve the progress for all parts of the construction. Besides, the collision inspection could analyze design flaws or problems and eliminate them in advance to avoid rework and delay. And the establishment of the monitoring platform resolved effectively the problem of monitor data sharing. In sum, the comprehensive application of BIM on the construction of Kaifa bridge makes scientization and refinement construction be possible, as well as a higher construction quality and construction efficiency. And the effect is satisfactory.
关键词：BIM技术；桥梁施工监控；ASP.NET开发；SQL Server
Key words: BIM technology；bridge construction monitorning；ASP.NET development；SQL Server
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0148-03
1 工程概况
扬州市开发大桥全长668m，跨径划分为：（3×30）m 西侧引桥+（35+100+135+45）m 主桥+[4×32.2+（32.2+33+32.2+32.2）]m 东侧引桥。主桥桥型为独塔单索面不对称斜拉桥，全宽39m，引桥为等高度预应力混凝土连续箱梁桥，全宽39～51m。主桥采用独塔单索面不对称斜拉桥，为墩、塔、梁固结体系。主梁、主塔为钢结构，主墩为混凝土结构。
开发桥为多次超静定结构，结构受力复杂，影响因素多，施工控制难度较大。此外箱梁宽度和宽跨比较大，单个节段自重较重，拉索分次张拉，分节段悬臂拼装，施工环节较多，其受力和线性控制难度较大。
2 施工监控方案
根据开发大桥主桥结构受力和施工特点，施工监控主要包括几何监测、应力监测和索力监测。
2.1 几何监测
几何监测包括主梁标高监测和主塔偏位监测。主梁标高监测采用几何水准测量法，测出己施工各节段的节段控制水准点的绝对标高。主塔偏位监测主要为顺桥向变位值的测量，主塔在施工和成桥状态通过斜拉索承担相当部分的梁体重量，在不平衡荷载和大气温差及日照等影响下，均会使主塔产生不同程度的变形。
主梁节段控制点标高采用水准仪进行测量，主梁横向偏位采用全站仪进行。为消除日照温差引起的梁体的不规则变化，线形测量选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行，并尽可能缩短测量工作持续的时间。
2.2 应力监测
应力监测包括主梁应力监测和主塔应力监测。主梁应力测试截面主要有施工阶段受力较为不利的截面、使用阶段应力较大的截面，以及结构刚度变化的截面。主塔应力监测根据索塔应力测试测点布置的原则选择在下塔柱、中塔柱设置测试断面。为适合长期施工过程观测并能保证足够的精度，选用长期性、稳定性较好，精度较高的振弦式砼应变计和配套的振弦式读数仪进行应力测试。
2.3 索力监测
索力监测为单根索力进行测试，采用千斤顶和振动频率相结合的方法。斜拉索初张拉采用千斤顶油压表读数进行控制，同时采集拉索振动频率，本次采集数据可标定拉索的计算索长；后续索力调整采用振动法测量拉索振动频率，根据换索索长，间接测试拉索索力值。
3 监控方案在BIM中实现
3.1 BIM模型中的监控点
利用BIM技术的可视化、参数化优势[1-2]，将监控点布置到开发桥的BIM模型中，监控点到布置如下：
①在主梁的4个断面处，每个断面布置12个测点，其中截面上缘6个，下缘6个；
②在主塔的4个断面处，每个断面布置4个测点，其中东边缘2个，西边缘2个；
③在每段主梁上布置一个标高监控点；
④主塔塔顶布置1个塔偏监控点；
⑤每根拉索作为索力监控点。
布置完成后的BIM模型如图1所示。
3.2 BIM模型的转换
前面完成的BIM模型智能在Revit软件上进行浏览和查看，这很大的限制了BIM模型的应用[3]。因此，本文将BIM模型通过Autodesk公司的Forge平台，转化为可在网页上查看浏览的轻量化BIM模型。转化后的模型在网页中显示如图2所示。
通过Forge转换的BIM模型调用了WebGL技术，以实现在网页上的显示。WebGL本身是一套JavaScript API，这样也可以在转换后的BIM模型上使用JavaScript来进行网页显示的编程的工作，实现监控系统的开发。
4 BIM+Web监控系统的实现
4.1 监控系统开发目标
开发桥监控管理系统的设计目标是使用BIM和计算机网络技术，开发出功能完备、应用方便、安全可靠的监控管理系统，以提高监控工作的效率，促进施工的开展[4-5]。具体目标如下：
①BIM模型的Web显示，使用者可以通过Web查看开发桥的BIM模型，并能通过在模型上进行相应操作得到相关监控信息，实现监控数据可视化。
②监控数据一体化管理，包括测点数据、监控数据、预警数据全部统一化管理。
③建立监控数据完整的数据库，包括应力监控信息、几何监控信息和索力监控信息。
④具有良好的查询和统计，参见各方可查询各测点的监控数据和预警数据。
4.2 监控系统框架设计
为实现管理系统中的数据与表达层分离，提高系统的通用性，增强界面的友好性，本文采用MVC模式（Model-View-Controller）来设计开发监控管理系统。采用基于模型建立应用程序框架，使得开发效率更高，并增加稳定性和安全性。体系结构采用B/S系统结构，包括浏览器层、Web服务器层和数据库服务器层。不需要安装专门的客户端软件，只需要具有浏览器就可以完成相应的显示和操作。
根据系统开发目标，监控管理系统应包括系统管理、监控点管理、监控数据管理、预警管理和监控数据管理等功能，管理系统框图如图3所示。
4.3 监控系统数据库设计
监控管理系统采用身份验证数据库和业务数据库分离的原则，主要设计如下：
①身份验证数据库。身份验证数据模型主要包括用户实体、角色实体。用户实体用于描述用户的基本信息，包括用户ID、户名、密码、电子邮箱、手机号等；角色实体用于描述角色的基本信息，包括角色ID、角色名称。
②业务数据库。业务数据库主要为实现开发桥监控管理系统的功能而设置，主要包括测点信息实体、应力监控实体、安装线形实体、成桥线形实体、主塔位移实体、索力监控实体、监控预警实体等。
测点实体用于描述测点的基本信息，包括测点ID、监控类别、测点的BIMID值、测点编号以及测点描述等信息；应力监控实体用于完成应力监控功能，包括截面信息、位置信息、测点信息、测点值等；安装线形实体用于完成安装线形监控功能，包括梁段编号、梁段理论、允许误差、梁段实测值等；成桥线形实体用于完成成桥线形监控功能，包括测点桩号、测点理论、允许误差、测点实测值等；主塔位移实体用于完成主塔位移监控功能，包括塔顶的测试阶段、测试日期、各阶段对应的理论值以及实测值等；索力监控实体用于完成索力监控功能，包括拉索编号、拉索理论、允许误差、拉索实测值等。
4.4 监控系统的开发
本系统开发工具为 Microsoft Visual Studio 2015+SQL Server 2014，开发语言采用ASP.NET 4.6+C#，调试浏览器为Google Chrome。完成后的开发界面如图4所示。
为测试开发桥监控管理系统能在不同平台、不同浏览器以及不同分辨率下的运行能力，分别在windows系统、mac系统、OS和Android手机系统进行测试，结果显示一切功能运转良好。分别采用IE11和Chrome浏览器进行测试，结果显示运转良好。另外，在不同的分辨率情况下，页面显示清晰完整，系统运转正常。
5 结语
本文开发的基于BIM的开发桥监控管理系统初步的完成了相关功能，可保证监控工作的正常开展，但还存在一些不足之处需进一步完善。在以后的工作中，可从几下几个方面着手完善。
①将大数据分析技术引入系统中。引入大数据分析技术，可以全面分析监控数据，监控数据中的异常点，从而改进施工方法，提升施工效果。
②进一步改进系统功能。虽然本系统能基本完成开发桥监控管理的需求，但随着技术的进步，需求的变化，系统的功能仍需更进一步完善。比如增强手机端浏览的体验，增加从其它端口（比如微信）访问监控系统的功能等。
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