一、项目背景
高架互通是城市交通建设中的重要组成部分，其建设和维护需要大量的人力、物力和财力。传统的高架互通建设和维护方式存在许多问题，如施工周期长、成本高、安全风险大等。针对这些问题，数字孪生技术为高架互通建设和维护提供了全新的思路和方法。本课题与中国建筑第五工程局有限公司合作，依托厦门同翔大道洪溪互通工程项目。
课题研究在施工上主要存在以下难点：
1、横跨既有主干道，狭小空间大跨超宽钢箱梁立体施工组织难
现状立交交通车流量大，同翔大道方向地面层两侧来车高峰小时流量3949（pcu/h），高架层高峰小时流量1840（pcu/h）；324地面层高峰小时流量1842（pcu/h）；施工空间狭小，钢箱梁最大跨径达68m、最大宽度达36.551m、高度达2.6m,建设需跨越既有主干道、上跨拟建主干道，项目需结合施工阶段现场交通导改情况制定施工组织及施工工艺，确保施工过程中不影响周围交通。
2、线形精度要求高，变截面三维弧形钢箱梁零预拼装精度控制难
变截面弧形连续钢箱梁的线形精度控制要求高，制作时腹板中心距允许偏差±3mm、横断面对角线差≤4mm、旁弯3+L/10000mm、扭曲每米＜1mm，且每段≤10mm。厂家预拼装无法应对现场多变情况，而现场又无足够场地进行预拼装。
3、南北双高压夹击，狭长场地超规范条件下安全高效避障吊装难
北侧220kv架空线与主线及匝道桥不满足8m净空要求；且水平间距不足15m；南侧110KV与匝道桥水平间距不足10m。
二、研究内容
1、空地一体实景三维与BIM融合的数字基底
课题研究采用无人机贴近式航摄技术，实现了广域高精度影像获取，同时借助机载激光扫描和地面移动摄影测量技术，对复杂地形进行整体厘米级局部毫米级建模和构建结构化轻量化实景三维模型；并基于设计图纸及实景三维做部件级BIM模型；同时采用图形引擎，基于高精度实景三维模型、全桥部件级BIM模型、结构化轻量化实景三维模型（高压塔、高压线），完成三者不同数据集成融合，构建数字基底，为施工现场可视化提供有力支持节约工期、优化了施工方案。
2、钢箱梁顶推过程高精度定位及智能化跟踪
课题研究引入无人机航测、地面移动测量等空地一体化的采集方式，构建适用于土木工程的高精度实景三维模型，在高LOD等级的BIM模型深化基础上实现BIM与实景三维无缝拼接，并完成专门算法理论研究、模拟测试及专门对顶推监测进行软件编程开发，将顶推施工动态过程采集的高精度数据引入BIM+GIS数字基底，实现实时监测及反馈顶推钢箱梁位置信息，协助施工管理人员位置纠偏。
3、基于数字孪生综合系统的吊装避障预警研究
课题研究通过基于BIM+高精度实景三维模型，加入结构化轻量化实景三维模型架空高压线高压塔、吊装关键部位连续厘米级定位，构建具有吊装避障预警功能的集成处理环境；根据作业规范规划，实时引入现场吊装作业定位数据，对可能存在高压环境超限作业的情况快速计算三维安全距离，排查施工危险源，实现高压环境下的吊装避障预警。
三、典型应用案例
1、国道104蕉城区城南福洋至飞鸾校岐头桩位偏差检测
对甲方给出的道路带状区域，通过无人机航摄，构建厘米级精度的数字三维实景模型，与BIM模型融合，并对指定边坡、道桥等施工对象，进行进度质量分析。
2、湖南城步高速项目
城龙主线K0+000~K16+000段在建公路，长16KM，沿中心线两侧各25M，总宽50M，全区域倾斜航摄、部分典型工程路段激光雷达扫描，制作BIM模型（LOD 200级别）统计工程量（土石方填挖方量、桥敦立柱完成量，桥梁箱梁铺设完成量）。
四、成果与影响力
成果：
1、实用新型3项；
（1）《一种便携可蓄电结构光三维扫描支架》
（2）《一种无人机地面辅助拍摄装置》
（3）《一种轻型地面移动贴近摄影装置》
2、《基于数字孪生的复杂环境高架互通智能化建造关键技术研究》查新报告一项；
3、一般期刊3篇；
（1）《复杂环境高架互通工程中BIM实景三维的融合与应用研究》-已录用
（2）《土木工程与AIGC结合应用的研究探讨》-已录用
（3）《基于BIM+Lidar融合的大型钢箱梁三维重构精度分析》-已投稿
4、在审发明专利3项；
（1）《一种临近高压架空线的移动式起重机作业的吊臂监测避障方法》
（2）《一种大型预制构件关键尺寸检测方法、装置、电子设备、存储介质》
（3）《高压输电不中断条件下构件吊装安全监测方法、装置、电子设备、存储介质》
5、《基于数字孪生的复杂环境高架互通智能化建造关键技术研究》技术合同认定一项；
6、福建省建筑业协会2024年工程建设科技创新成果微创新技术二等奖一项；
7、《2024年度中国公路学会科学技术进步奖》二等奖一项；
8、课题全桥桥梁建造过程工艺视频6个；
9、核心期刊1篇 + SCI 1篇（撰写中）。
技术认可：该课题研究成果形成的新技术为中建五局其他相关项目服务，同时也可为国内外类似桥梁工程建设借鉴，其综合应用技术有着广泛的推广应用前景。
五、课题成果及作业照片
部件级BIM模型
结构化轻量化模型
整体厘米级局部毫米级实景三维模型
数字基底搭建
无人机航测作业
参与中建五局课题开题报告
顶推监测作业
厦门项目部成果汇报
吊装避障测试
