BIM技術在高速公路施工生產中的應用研究

曹增茂 鄒金鵬 周 明 麻 壯 白 杰

（中交第一航務工程局有限公司總承包分公司， 天津 300450）

0 引言

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術，指的是包含建筑物全部信息的模型系統，在建筑物設計、建造、維護、管理的全生命周期發揮作用。近年來，隨著BIM技術應用的熱度升高，可以預見，在不久的將來，BIM技術將會成為企業發展的核心競爭力。目前，公路行業由于自身特性限制，使得BIM系統的應用起步較晚，應用較少。在國內，于2014年首次將BIM系統應用于邢汾高速建設管理中，但遠未達到成熟、廣泛的應用程度。

為緊跟前沿技術，提升管理水平，分公司技術研發中心將BIM技術作為一項重點研究開發內容。以廣西貴隆高速公路A02標段作為BIM技術應用試點項目，通過研究BIM技術在高速公路施工生產階段的應用，利用 “互聯網+”概念，整合各業務施工信息資源，建立BIM交互平臺，以更快捷、更高效的管理手段進行高速公路施工管理。通過BIM技術的引進，結合傳統管理方法，利用先進的信息技術，提升企業品牌競爭力。

1 BIM技術應用目標

針對高速公路點多線長的特點和項目實際需求，研究多細度BIM施工模型以及相應的多層次4D或5D施工管理技術，引進市場上應用廣泛的BIM施工管理平臺軟件，在其基礎上開發基于BIM的施工管理系統，通過建立不同細度的BIM施工模型，實現基于BIM的宏觀與微觀的多層次4D或5D施工管理和可視化模擬，為分公司高速公路工程建設的BIM技術應用提供方法、技術、系統和應用示范。

2 BIM 應用前期準備

2.1 團隊組建

在項目上成立 BIM 工作室，組建 BIM 工作組，明確成員分工、任務目標及工作計劃等,定期召開工作會，協調布置工作。

圖2 -1 BIM小組成員分工

2.2 軟硬件配置

升級硬件條件，選定專用電腦作為服務器。通過調研確定使用 Infraworks 2018配合Civil 3D 2017進行道路建模、路基附屬工程建模及相關優化；使用Revit 2017創建橋梁場站模型；使用 Navisworks 2017 進行模型整合、施工模擬、演示；使用Luban Explorer 7.3.0 作為 BIM 項目協作管理平臺。

2.3 確定協同工作方式

在項目實施前期，為統一實施管理，制定建模的標準、規范，確定建模計劃。在建模階段，BIM小組成員根據不同分工進行協同建模，過程中，由項目總工組織召開BIM工作例會，各專業技術人員與現場施工人員、各部門人員，基于創建的BIM模型開展討論，以實際應用為先導，進行BIM模型的優化開發，借助工程可視化商討優化施工方案。

3 BIM應用

3.1 道路模型創建

3.1.1 獲取地形和影像數據

公路行業是帶狀形式，涉及地形問題，如果沒有地形，道路就會漂浮在空中，不符合實際情況，所以地形是道路 BIM 的重中之重。根據設計提供的圖紙及CAD地形圖、平面圖等，搜集項目所在地相應地形影像資料。我們將帶有高程點的地形數據和帶有坐標的影像數據疊加在一起，形成 GIS 地形數據。

圖3 -1 地形數據三角網地模及地形影像

圖3 -2 Civil 3D 高邊坡精細模型

3.2 Revit 創建橋梁場站模型

3.2.1 創建族庫

根據橋梁設計圖紙，利用Revit軟件創建樁基、系梁、墩柱、蓋梁、預制箱梁等的標準構件，特異構件單獨創建。搜集創建場站構件單元，例如：箱梁模板、攪拌站罐體、砼罐車、標牌、鋼筋加工機具，龍門吊等，共同組成本項目的共享族庫。

圖3 -3 預制箱梁構件單元創建

圖3 -4 互通主線2號橋整體模型

3.2.3 創建場站模型

根據族庫文件、現場照片及場站規劃建設方案，用Revit翻模形成預制梁場、混凝土攪拌站的三維精細模型，在計算機上真實立體呈現。給人以直觀視覺印象，更好的指導現場建設。

圖3 -5 混凝土攪拌站及預制場內景模型

3.3 Infarworks 生成效果圖

將 Revit橋梁、場站模型以及 Civil 3D道路模型導入到 Infarworks，同時將周邊的地形、影像也導入到 Infarworks中，模擬道路施工完成后的整體情況，更直觀的指導現場施工生產。

圖3 -6 貴港北互通立交及路基邊坡效果圖

3.4 Navisworks 施工進度模擬

將編制好的進度計劃導入 Navisworks，然后將各個分項工程的進度計劃與三維模型關聯，建立具有邏輯關系的進度計劃，形成4D模型。施工過程中，記錄每個分項的實際完成情況，與計劃進度做對比，為后續工序的調整提供有效的依據。在 4D 模擬過程中，管理人員可以清楚地看到每一天的施工進度情況，當計劃改變時，僅對當前工序構件工期修改，后續工序工期會根據絕對工期隨之自動改變，進而可以直觀反映當前計劃調整對總工期的影響。

圖3 -7 互通主線2號橋施工計劃模擬

3.5 luban 平臺應用

將建立好的三維模型導入luban平臺中，各點位現場施工員通過luban平臺實時更新現場生產動態，各部門通過使用luban平臺對工程動態信息實時掌握，可準確快速梳理出各類報表、材料使用量、庫存剩余量、完成產值等相關信息，極大地節約了管理成本，提高了管理質量，實現項目管理工作集約化、信息化。

4 應用價值點

4.1 圖紙復核及設計優化

設計圖紙的復核是一項非常重要的工作，由于工作認真細致程度及責任心的問題，往往出現一些遺漏。利用BIM技術，在建立三維精細模型過程中，即對施工圖進行了可視化復核，可直觀的發現圖紙問題，還可根據地形空間信息結合現場實際提出設計優化建議，極大地避免了因設計變更影響工期的風險。本項目建模過程中就發現了多處橋梁標高及坐標錯誤，借助模型可視化模擬，提出了部分涵洞、天橋優化建議。

4.2 高邊坡精細控制及土石方計算

本項目有高邊坡 7處，傳統高邊坡刷坡過程中，常發生超挖、欠挖等現象，且刷坡坡比、精度等問題較難控制。我們通過加強現場測量數據采集，形成 GIS地形數據導入BIM道路模型中，快速拾取空間控制坐標，實行定期更新，事前模擬，作為指導現場施工有效控制手段。

同時，引進基于DEM土石方量計算思想，通過使用道路模型與原地貌GIS信息數據對比做差，快速計算土石方量，尋求更快速的現場路基土石方量復核方式。

4.3 施工方案模擬優化

現階段施工方案大多依據二維圖紙編制，空間描述性不足，實施過程中常發生無法預期的空間沖突，造成方案變更和工期延后。據此，我們利用BIM技術對預制箱梁施工進行了動畫模擬，規范了施工工藝。同時，使用Grasshopper自行開發程序，動態統計拆遷、占地信息，通過動態調整路線進行對比，篩選出一條占用建筑、林地、耕地面積最少的運梁路線，從而提前布置征拆工作。利用Vehicle tracking對所選運梁路徑進行模擬，對轉彎半徑進行優化分析，出具合理的運梁方案。

圖4 -1運梁路線選擇及轉彎半徑優化

4.4 “互聯網+”概念應用

4.4.1 數據統計歸集

公路項目特點是線路長、施工點位多，每日需統計的信息及定期報表紛繁復雜，管理人員統計信息不及時，耗時長且無法保證準確率，對下一步施工安排無法提供有力依據。我們通過將BIM模型導入luban平臺，同時為現場施工管理人員安裝手機端 App，統計人員每日在電腦端一鍵式完成每日統計，極大地節約了時間和管理成本。

4.4.2 無紙化辦公

利用BIM技術，推行無紙化管理，為每位施工人員安裝Luban手機App后，充分發揮互聯網快捷便利優勢，把施工方案、圖紙、技術交底、工程量統計表等上傳至平臺共享，現場實時查詢，方便快捷，節約成本，解決了因技術資料攜帶不全，施工疑問解決遲滯現象。

4.4.3 提高問題處理效率

傳統模式下，現場安全、質量等問題整改通常會有如下流程：發現問題→下整改通知單→協作隊伍到項目部簽收→現場整改→拍照回復→下發單位簽收閉合。通常形成一個閉合流程最快也要1至2天，甚至更長，費時費力。

通過使用BIM平臺系統，檢查人員發現問題時，直接拍照下發至責任人，并推送通知，現場人員查看手機端消息可立即組織現場整改并回復。整個過程均為平臺實時互動操作，既保證管理行為真實有效，公開公正，又簡化了流程，提高了施工效率。

圖4 -2 Luban平臺實時處理問題

4.5 資料集約管理

傳統管理模式下，項目在實施的全過程中，各個環節的獨立性較大，信息在流通時將不可避免的造成一些損失?；谝陨峡紤]，利用BIM技術，建立BIM大數據，項目施工各個環節的工作，都圍繞著BIM大數據開展，各環節的數據信息，都將保存在 BIM 大數據庫中，資料集中，查詢便利，這樣就可以最大限度的減少信息丟失。

5 總結

5.1 標準化的建立與執行

通過參觀業界內較為權威的機構論壇，學習、借鑒BIM領域內一些經典項目成功經驗，根據實際情況制定了一套適用于本項目的BIM執行標準。在項目實施過程中，嚴格依照標準、規范，利用參數化建模的方式創建模型，同時在建模過程中反復摸索，總結完善本項目執行標準。將建立好的模型錄入標準構件庫，作為共享資源，可直接調取、使用，以提高工作效率，加速建模速度。

5.2 BIM 創新與研究

把貴隆項目作為試點進行BIM技術應用，培養了小組成員對新技術的熱愛，拓寬了管理思維，創新應用了一批新的管理方式。通過小組成員對 BIM 技術的不斷深入研究，多次進行 BIM 頭腦風暴，桌面推演，并通過一次次試驗，實現了“一套集成模型、一個共用平臺，服務多個部門”的想法。

5.3 強化技術儲備

軟件操作熟練度不足，技術力量薄弱，是制約本項目BIM技術研究的主要因素。因是獨立的施工階段研究，前期建模，需花費很大時間精力，彌補設計階段的缺失，軟件的熟練度也需要大量的練習和時間來提高。為實現BIM技術的快速應用，需加強人員培訓，投入足夠的精力，培養專門人才。

5.4 加強部門聯動

受限于整個項目傳統管理模式的局限，只能局部推進BIM 技術的應用，各部門慣于采用傳統的思維方式處理工作，部門參與度不夠，整個模型應用深度有待進一步發掘。例如 0號臺賬的利用、工程量的統計、物資設備的管理、試驗檢測數據的管理、征拆情況查詢、成本分析等，需要各部門積極溝通配合，聯動發力，共同探索新的管理模式并深入推進應用。

5.5 BIM概念推廣

BIM技術在公路行業的全面應用，傳統管理模式的改變，需要一段過渡時間。強化BIM 全生命周期概念的理解和應用，緊跟行業熱點，推動執行行業標準，力爭推動建設參與各方共同應用，創造共享條件，打破固有管理模式，不斷推陳出新，以破除各個階段各自為戰的局面。

[1]陳國佳，BIM技術在公路工程中的應用研究，建筑知識.

[2]向聃，BIM技術在道路橋梁施工管理中的應用研究，湖南交通科技.

[3]張明，基于BIM的高速公路施工管理信息化研究[J]，市政技術.