BIM技術(shù)在六盤水市大坪子至董地一級(jí)公路工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100054)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

六盤水市大坪子至董地一級(jí)公路項(xiàng)目二工區(qū)施工范圍為K0+224.338 ～ K10+662和K17+240 ～ K24+448.140兩段，總長(zhǎng)約17.62km、工程造價(jià)19.95億元，如圖1；預(yù)計(jì)2020年7月完成管段工程內(nèi)容，計(jì)劃工期三年。

圖1 全線瀏覽圖

施工內(nèi)容包括特大橋1座(天生湖特大橋)，大、中橋17座，隧道3座，管段內(nèi)路基路面、涵洞、互通、服務(wù)區(qū)等嗎。

全線采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)、雙向六車道、速度60 km/h設(shè)計(jì)，自西向東經(jīng)由畢節(jié)市威寧猴場(chǎng)鎮(zhèn)、六盤水市雙嘎鄉(xiāng)、發(fā)箐鄉(xiāng)、中山區(qū)月照鄉(xiāng)等兩市四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

本項(xiàng)目的特點(diǎn)主要為：項(xiàng)目施工范圍大、多點(diǎn)同時(shí)施工；地處偏遠(yuǎn)、配套設(shè)施不完善；服務(wù)周期長(zhǎng)、工期緊張、參與方眾多；鋼筋、預(yù)制構(gòu)件集中加工，管理流程繁雜；存在大量爆破工程；施工環(huán)境復(fù)雜，對(duì)環(huán)境管理有較高的要求[1]。

主要施工難點(diǎn)為：管理人員多點(diǎn)往返，管理降效；物料量大、管理面廣，耗費(fèi)人力物力；安全、質(zhì)量管理難度大、管理成本高；需要自建混凝土攪拌場(chǎng)，選址要素多而雜；網(wǎng)絡(luò)通訊條件差，BIM基礎(chǔ)不完善；炸藥使用量大，需有完善的安全監(jiān)管措施。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

(1)超長(zhǎng)體量BIM模型：通過(guò)多項(xiàng)BIM建模軟件完成項(xiàng)目全線17.62km的模型，為后續(xù)BIM應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

(2)采集、分析GIS信息：通過(guò)專業(yè)GIS軟件，建立項(xiàng)目完整GIS信息，并與模型文件進(jìn)行綁定，其中包括項(xiàng)目地理位置信息以及模型內(nèi)部空間位置[2-3]；

(3)施工信息采集：通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置數(shù)字化模塊，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)施工信息，并將其賦予模型上，提高施工信息時(shí)效性[4]；

(4)BIM全信息集成：將BIM模型、工程設(shè)計(jì)、GIS以及數(shù)字化模塊采集的施工信息集成于BIM綜合管理平臺(tái)，幫助項(xiàng)目進(jìn)行管理及決策[5]。

2.2 BIM實(shí)施方案

項(xiàng)目BIM應(yīng)用之前，應(yīng)根據(jù)公司BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)編制項(xiàng)目BIM應(yīng)用實(shí)施計(jì)劃如圖2[6]。

圖2 BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施計(jì)劃

2.3 BIM團(tuán)隊(duì)組織

根據(jù)BIM實(shí)施計(jì)劃，項(xiàng)目組建包含BIM規(guī)劃、BIM監(jiān)管及BIM實(shí)施的組織架構(gòu)，如圖3[7]。

圖3 BIM組織架構(gòu)

2.4 軟硬件環(huán)境

根據(jù)項(xiàng)目BIM、GIS及數(shù)字化應(yīng)用的需求，配置了相關(guān)的軟硬件環(huán)境，如圖4-6所示[8-9]。

圖4 BIM軟硬件環(huán)境

圖5 GIS軟硬件環(huán)境

圖6 數(shù)字化技術(shù)軟硬件環(huán)境

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

基建項(xiàng)目普遍地處偏遠(yuǎn)，配套不完善，無(wú)法提供穩(wěn)定通訊、網(wǎng)絡(luò)。而B(niǎo)IM平臺(tái)及終端模塊均需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和反饋。為保證BIM技術(shù)在基建項(xiàng)目的切實(shí)應(yīng)用，攻關(guān)施工難點(diǎn)，項(xiàng)目需建設(shè)針對(duì)山區(qū)特殊性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。

通過(guò)不斷的考察與研討，最終確定了由復(fù)合式光纖、微波中繼器、通訊車組成的多段式網(wǎng)絡(luò)，保證了偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號(hào)穩(wěn)定，其中：

受六盤水特殊天氣及山地環(huán)境影響，光纖易出現(xiàn)信號(hào)薄弱點(diǎn)，需通過(guò)中繼器進(jìn)行加強(qiáng)?？紤]部分區(qū)域取電難度，項(xiàng)目采用復(fù)合式光纖，光纖自帶電源，隨時(shí)滿足中繼器需求。

項(xiàng)目部分山地高差大，光纖鋪設(shè)難度大，項(xiàng)目采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跳躍式布置加強(qiáng)型微波中繼器，即保證了網(wǎng)絡(luò)的需求，又大幅降低網(wǎng)絡(luò)搭建成本。

針對(duì)落飛嘎等大型橋隧，施工人員密集，安全要求高，為保證網(wǎng)絡(luò)的正常使用，租賃通訊車加強(qiáng)信號(hào)。

3.2 BIM系統(tǒng)應(yīng)用

基于BIM綜合管理系統(tǒng)的多方溝通模式，通過(guò)管理系統(tǒng)的電腦端、手機(jī)端、云盤，將模型、GIS和數(shù)字信息實(shí)時(shí)在多方進(jìn)行傳遞和分析，將“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健表?xiàng)目管理逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)模式”項(xiàng)目管理，如圖7所示。

圖7 BIM綜合管理平臺(tái)

3.3 模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，通過(guò)各類建模軟件完成道路、地形、橋梁和隧道的模型建立。

同時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目需求，建立智能參數(shù)化族，如圖8所示，結(jié)合塔吊、攪拌場(chǎng)的布置原則，智能分析場(chǎng)布。

圖8 基建項(xiàng)目模型

3.4 電子沙盤

通過(guò)Infraworks建立項(xiàng)目全線模型，并結(jié)合BIGmap的GIS信息形成完整電子沙盤。在多工段協(xié)同施工的過(guò)程中，項(xiàng)目指揮部進(jìn)行全線工程模擬，合理協(xié)調(diào)各參建方的施工任務(wù)，及全局性決策，提高項(xiàng)目整體施工效率。

且因集成了高仿真的周邊地質(zhì)環(huán)境，能在實(shí)際施工前，發(fā)現(xiàn)施工存在的問(wèn)題，制定解決方案[10]，縮短項(xiàng)目工期。

同時(shí)，通過(guò)完成全線的電子沙盤，為后續(xù)的GIS應(yīng)用及智能化場(chǎng)布提供數(shù)據(jù)支撐。

3.5 車輛智能化管理

項(xiàng)目同時(shí)多點(diǎn)開(kāi)工，為確保車輛的高效、安全行駛，項(xiàng)目采取車輛智能化管理系統(tǒng)對(duì)所有車輛進(jìn)行監(jiān)管，如圖9所示。該系統(tǒng)采用“滴滴”類似技術(shù)，能對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤、歷史軌跡查詢、限速管理、越界管理、調(diào)度管理、工作負(fù)荷分析等方面進(jìn)行管理，做到可視化、智能化、數(shù)據(jù)化的管理[11]。

3.6 隧道定位系統(tǒng)

為保證隧道的安全施工，項(xiàng)目采用隧道定位系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目所有施工人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位及管理。

系統(tǒng)主要由安全帽及口罩定位模塊、隧道定位信號(hào)采集器、隧道模型及定位系統(tǒng)組成。

施工人員在佩戴口罩后，激活安全帽的定位模塊，方能通過(guò)門禁進(jìn)入隧道施工，既保證了施工安全，也提高了對(duì)工人職業(yè)健康的關(guān)注。

隧道內(nèi)部設(shè)置的信號(hào)采集器實(shí)時(shí)采集定位信息，并傳輸至定位監(jiān)管室，與隧道模型綁定，反饋施工人員數(shù)量及位置，并最終傳輸至BIM管理平臺(tái)，如圖10所示，進(jìn)行項(xiàng)目管理。

3.7 重要危險(xiǎn)源監(jiān)管

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)埋置的檢測(cè)應(yīng)片，實(shí)施監(jiān)測(cè)項(xiàng)目大體積混凝土澆筑情況，不僅能對(duì)重要危險(xiǎn)源提前預(yù)警，還能對(duì)施工信息分析，指導(dǎo)后續(xù)施工，如圖11所示[12]。

進(jìn)行橋梁施工時(shí)，在橋墩翻模位置設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測(cè)，并在平臺(tái)上與橋墩模型進(jìn)行綁定，平臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄及分析，如圖12所示，并在接近臨界值時(shí)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全員預(yù)警，即提高了橋梁施工的安全保障，同時(shí)還降低了項(xiàng)目的管理成本。

圖9 車輛管理系統(tǒng)

圖10 隧道定位系統(tǒng)

圖11 大體積混凝土監(jiān)測(cè)

圖12 橋墩模板監(jiān)測(cè)

將塔吊黑匣子的信息通過(guò)網(wǎng)路接入BIM綜合管理平臺(tái)，如圖13所示，平臺(tái)對(duì)塔吊數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控及分析，對(duì)危險(xiǎn)工況提前預(yù)警，避免大型機(jī)械的危險(xiǎn)作業(yè)，也提高公司對(duì)項(xiàng)目大型機(jī)械的管理效率。

圖13 塔吊監(jiān)測(cè)

隧道工程普遍需要使用大量炸藥進(jìn)行山體爆破，為保證存放炸藥的安全，項(xiàng)目通過(guò)紅外監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，除安防人員，項(xiàng)目所有管理人員均可通過(guò)BIM管理平臺(tái)，如圖17所示，確認(rèn)炸藥庫(kù)的安全情況。

3.8 土石方準(zhǔn)確計(jì)算

結(jié)合地勘報(bào)告、工程資料、建設(shè)地塊信息、GIS數(shù)據(jù)及實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入Civil 3D軟件中，生成原始地形曲面模型、道路曲面模型、取棄土場(chǎng)曲面模型，進(jìn)行場(chǎng)地分析，從而計(jì)算出精確土方量，同時(shí)生成土方施工圖指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工[13]。

3.9 物料管理

視頻收料主要由三個(gè)部分組成:現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和地磅、視頻系統(tǒng)及小票生成器，以及物料綜合管理平臺(tái)，如圖14所示。

通過(guò)視頻收料模塊，極大地提高了收料效率與準(zhǔn)確性，極大地降低了管理人員的現(xiàn)場(chǎng)工作量，降低了施工成本。

同時(shí)，自動(dòng)生成的物料小票及上傳至平臺(tái)的物料臺(tái)賬，也極大地加強(qiáng)了項(xiàng)目對(duì)于物料的管控。

圖14 物料管理

4 應(yīng)用效果

運(yùn)用BIM技術(shù)結(jié)合各項(xiàng)信息化手段實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的可視化、信息化、智能化、精細(xì)化，相比傳統(tǒng)管理模式，提升了項(xiàng)目自身的管理水平、提高了工作效率、降低了項(xiàng)目管理成本。降低了單位間、部門間的溝通難度，減少了溝通的誤區(qū)。通過(guò)BIM技術(shù)的使用，豐富公司基建管理手段，提升了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有力的支持了公司“轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效”發(fā)展目標(biāo)。

1)通過(guò)BIM平臺(tái)進(jìn)行形象進(jìn)度確認(rèn)，節(jié)省了30%以上進(jìn)度確認(rèn)時(shí)間，加快了進(jìn)度款結(jié)算，促進(jìn)了企業(yè)資金的回流；

2)節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)勘察、測(cè)繪時(shí)間，節(jié)省了人工支出，加快了項(xiàng)目進(jìn)度，并復(fù)核了場(chǎng)地規(guī)劃的合理性；

3)通過(guò)自主研發(fā)的系統(tǒng)精準(zhǔn)控制供需，相比傳統(tǒng)減少了11%的混凝土浪費(fèi)；

4)實(shí)時(shí)定位勞務(wù)工人位置，避免工人無(wú)故曠工，為隧道工人安全提供額外保障[14]；

5)加強(qiáng)了隧道施工的安全監(jiān)測(cè)，提高了危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處理能力，杜絕危險(xiǎn)發(fā)生帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；

6)通過(guò)BIM管理平臺(tái)，優(yōu)化了機(jī)械重復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)管理工作，減少了40%現(xiàn)場(chǎng)管理需求，極大的提升了管理人員的工作效率；

7)所有設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)的施工數(shù)據(jù)均由模塊和系統(tǒng)進(jìn)行采集、分析和輸出，極大的保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升了管理精度；

8)因其特殊的拆遷需要，以及多單位多路段的同時(shí)施工，協(xié)同作業(yè)效率較低。通過(guò)BIM平臺(tái)的實(shí)時(shí)性、可視化、多端口等特點(diǎn)，縮短了溝通、審批流程時(shí)間；

9)在進(jìn)行高、大、危等施工難點(diǎn)攻關(guān)時(shí)，BIM技術(shù)提供了便捷直觀的模擬以及詳細(xì)精準(zhǔn)的分析結(jié)果，提升了項(xiàng)目施工水平，縮短了施工工期。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

為切實(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)，提升基建項(xiàng)目管理實(shí)力，加快企業(yè)轉(zhuǎn)型速度。以項(xiàng)目特點(diǎn)為切入，深入分析，總結(jié)共計(jì)22項(xiàng)目施工重難點(diǎn)，如圖15所示。結(jié)合以往項(xiàng)目BIM管理經(jīng)驗(yàn)，逐項(xiàng)列舉解決措施，最終制定以BIM為核心，GIS和數(shù)字化模塊為支撐的管理思路。通過(guò)BIM+GIS+數(shù)字化模塊的組合應(yīng)用，極大地?cái)U(kuò)寬了公司對(duì)于基建項(xiàng)目的管理理念。

圖15 基建項(xiàng)目重難點(diǎn)總結(jié)

圖16 基建項(xiàng)目重難點(diǎn)總結(jié)

整個(gè)管理體系如圖16所示，以BIM為核心，為整個(gè)工程提供詳細(xì)、精準(zhǔn)和易于理解的施工(設(shè)計(jì))信息，并通過(guò)其自身的計(jì)算能力，分析整個(gè)項(xiàng)目，為項(xiàng)目策劃提供完整、科學(xué)的依據(jù)。而GIS為BIM系統(tǒng)提供了真實(shí)的地理信息，使得BIM不再架空于項(xiàng)目周邊環(huán)境，避免形成孤立數(shù)據(jù)，極大地滿足了基建項(xiàng)目的信息需求。同時(shí)，信息化模塊準(zhǔn)確的將施工(現(xiàn)場(chǎng))信息實(shí)時(shí)傳輸至BIM平臺(tái)，改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信息采集模式，對(duì)于縱深極大的道路工程，極大的提高了管理的效率和質(zhì)量[15]。三者通過(guò)相互聯(lián)動(dòng)，有效地解決了因項(xiàng)目特點(diǎn)造成的各項(xiàng)施工難度。

5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

1)在建立模型時(shí)，除了考慮軟件版本、模型精度和文件格式等，還應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)采集的信息，提前設(shè)置參數(shù)，通過(guò)模型，將孤立的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬男畔?，指?dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；

2)在進(jìn)行BIM和GIS組合使用時(shí)，GIS數(shù)據(jù)體量普遍較大，需提前進(jìn)行篩選，在滿足模型展示和平臺(tái)分析的前提下[16]，對(duì)多余信息量盡可能進(jìn)行刪減；

3)現(xiàn)場(chǎng)施工信息龐大，數(shù)字化模塊多而雜，在進(jìn)行平臺(tái)界面定制時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用部門進(jìn)行分類，使用頻率進(jìn)行排序，提升模塊信息使用效率。數(shù)字化模塊在長(zhǎng)時(shí)間的使用后，因存在非常規(guī)施工內(nèi)容，數(shù)據(jù)易出現(xiàn)“BUG”，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，并總結(jié)優(yōu)化；

4)為滿足BIM+GIS+數(shù)字化模塊的組合使用，BIM平臺(tái)應(yīng)具有極大的開(kāi)源性。項(xiàng)目在采購(gòu)數(shù)字化模塊時(shí)應(yīng)提前協(xié)調(diào)虛擬端口，以便進(jìn)行平臺(tái)定制時(shí)，保證采集信息能夠穩(wěn)定接入平臺(tái)。