BIM技術在公路品質工程建設中的應用

彭欣 梁才

文章以在建的都安至巴馬高速公路應用為例，從勘察設計、建設過程管理以及數字化運維三個方面提出了應用BIM技術提升公路品質工程的思路和具體舉措，并闡述了數字化公路品質工程建設保障措施，為公路工程建設各相關企業(yè)實現BIM應用并推動公路品質工程建設提供了解決方案。

公路;BIM;工程數字化;品質工程

U491-A-41-143-4

0?引言

“品質工程”新理念是2015年提出并于2016年12月由交通運輸部正式發(fā)布實施的。品質工程建設以五大新發(fā)展理念為基礎，這與以BIM技術為代表的工程數字化發(fā)展理念是一致的。工程數字化技術作為工程建設行業(yè)供給側改革的一項重要技術，是交通工程建設管理的一項重要抓手，其推廣應用將有效提高工程項目建設的設計、施工、運維管理的水平，對于提升公路工程設計和建造各環(huán)節(jié)的品質具有重要作用。BIM技術作為工程數字化大數據的基礎，對于推動區(qū)域數字經濟的發(fā)展，促進北部灣經濟區(qū)融合發(fā)展也具有重要意義。

1?工程數字化技術在都安至巴馬高速公路品質工程建設中的應用

1.1?項目背景

都安至巴馬高速公路是廣西實施“縣縣通高速”的重點項目，也是廣西高速公路網規(guī)劃“橫三”的重要組成部分。項目貫穿桂林國際旅游勝地、巴馬長壽養(yǎng)生國際旅游區(qū)，是廣西東西向重要的公路通道之一，也是廣西中西部地區(qū)及我國西部地區(qū)接受發(fā)達東部地區(qū)經濟輻射的重要通道。項目主線全長119.4 km，設置互通式立交7處。由于項目地處喀斯特巖溶地帶，山體自然坡度陡，地下河密布，地質條件復雜，橋隧比例高（47%），長隧道、高墩斜彎橋較多，是廣西建設難度最大的高速公路項目之一。

為了提升項目設計和建設管理水平，都安至巴馬高速公路已列為廣西公路水運工程首批BIM技術應用示范項目，已完成項目BIM應用策劃、方案設計和施工圖設計各階段BIM應用，并已在施工階段開展基于BIM的項目建設管理。項目BIM應用對提高設計和施工過程管控積累了一定的經驗，成果將進一步為后期項目運營管理提供必要的數據支撐，進而打造項目全生命周期BIM技術應用示范。

1.2?設計BIM技術提升公路勘察設計品質

項目設計前期的設計成果是影響整個項目投資和施工質量的關鍵，項目的前期決策和設計階段對項目的成本控制能力也是最大的。利用BIM技術在項目勘察設計階段做好充分的工作，盡量減少施工和后期運營中存在的問題，對整個項目品質提升能起到關鍵作用。

1.2.1?三維數字化勘測提高勘測效率和精度

傳統的公路項目路線長，勘測精度要求更高，時間要求更緊，常常出現因勘察深度不足、勘測誤差較大而導致設計變更的情況。要提高公路項目勘測的管理水平和作業(yè)的現代化水平，需要采用新的勘察技術手段。隨著無人機傾斜攝影以及機載激光雷達測量技術的發(fā)展，數字化勘察已經成為一種高效的測量手段。項目將無人機測繪得到的三維地形結合BIM技術進行全線三維實景建模，建立三維地質模型，實現對公路沿線地貌和地質情況的全方位數字集成管理，為實現公路勘測技術的數字化、信息化、自動化和智能化發(fā)展提供可靠的基礎數據（見圖1）。

1.2.2?三維方案設計提高方案分析和決策能力

方案設計對整個項目的投資和后期實施影響最為深遠。其中一個重要問題就是如何選擇合理的道路線形，既要保證線形的美觀及與環(huán)境的匹配性，又要符合地質要求，并盡量降低工程造價。在使用傳統CAD技術進行設計時，難以綜合處理如此復雜的問題，常常碰到因考慮因素不足而導致線形設計不完全合理的情況，即使前期發(fā)現并及時設計調整也使后續(xù)其他專業(yè)的修改工作量增大。而BIM技術完全基于三維模型，具有完整的工程信息，能夠準確地、真實地表現工程設計對象，并且具有在真實三維空間環(huán)境下的計算分析能力，利用三維GIS能建立具有地質信息的空間地形信息模型。因此，基于BIM和GIS技術，利用其優(yōu)秀的表現能力和計算分析能力，可以較好地解決道路線形的選擇及評價優(yōu)化問題，可以通過應用BIM技術對公路路線、橋梁、隧道、景觀和附屬設施等設計方案進行多角度、多方面的對比和分析，以保證設計方案的安全、經濟、美觀、實用（見圖2）。

1.2.3?基于BIM的協同設計減少對接不暢導致的質量問題

傳統設計過程中信息傳遞的丟失、滯后是導致設計質量問題的一大因素?；诨ヂ摼W技術，通過BIM云服務器、BIM應用終端、BIM移動工作站、圖形工作站、手持移動終端等設備構建BIM云平臺協同設計系統，可以使不同專業(yè)的設計人員基于同一個模型和平臺開展工作，實現高效和實時的信息對接。項目使用基于ProjectWise協同平臺開展各專業(yè)設計人員的三維設計和協同，不僅完整地覆蓋所有設計專業(yè)，同時貫穿建設項目設計的全過程，能保證信息的實時傳遞和無縫對接，提高設計信息流轉效率（見圖3）。

1.2.4?三維設計校審減少設計錯漏碰缺

在設計過程中基于BIM模型進行設計校審以及三維協同會簽評審，可以實現校審流程的數字化管理，保證校審過程的全信息記錄和傳達。在施工圖的詳細設計階段，還可以采用基于數字技術的三維可視化、碰撞檢查、4D施工模擬等技術手段，幫助深化設計人員及時發(fā)現并解決設計碰撞、凈空不足等問題，減少現場返工次數，從而有效減少資源浪費，并且快速統計工程量，減少建設資源浪費，提高設計質量（見圖4）。

1.3?建設過程數字化管理

傳統的施工管理過程中暴露出來的由于圖紙問題和進度計劃調整等原因，致使出現項目不能及時完工、資源需求計劃不準確、工程二次返工、成本管理混亂等問題，主要是因為管理人員通過二維數據傳遞，依靠經驗進行交流與管理。本項目采用基于BIM的工程數字化技術對項目建設過程進行精細化管理，能有效地提高成本和質量等工程項目水平，并為進一步延伸推廣到項目全生命周期管理提供了數字資料基礎。

1.3.1?BIM數字化技術提高施工仿真和優(yōu)化效率

采用BIM技術對公路建設進行仿真模擬，相比傳統的方式，可以模擬更加真實的地理和地質環(huán)境，基于數字孿生技術對重要節(jié)點的主要施工工藝進行虛擬建造仿真模擬，可以對真實建造過程中潛在的問題進行提前預判并在設計前期進行優(yōu)化，從而減少后期施工中可能發(fā)生的隱患。本項目通過三維數字化技術對隧道洞口、預制梁廠、加工場、取棄土場等進行了空間布置模擬，實現在真實環(huán)境下對施工場地的合理規(guī)劃和集成化管理，為減少施工用地、實現現場運輸道路通暢提供了有力保障（見圖5）。

1.3.2?數字化管理提高施工過程的資源管控

由于項目規(guī)模大，施工過程中設計的參與方眾多，建設過程會產生大量的文檔和資料。傳統的施工過程管理基于紙質文檔或者在線辦公管理系統，管理的文檔和資源無法和實際工程項目形成有效的關聯，常常導致管理資料與實際工程不匹配，出現數據篡改以及不真實的數據;施工物料的統籌管控力度不足，難以形成最優(yōu)的物料和場地規(guī)劃管理;施工計劃方案變更等信息難以及時傳遞到各個崗位，無法通過三維可視化進行直觀展示等。項目施工過程中，施工方基于BIM數字孿生模型對整個施工過程中的質量、進度、安全、成本等進行全過程管控，使施工過程的資源管理與數字模型實施關聯，通過數字模型來提前預判實際工程中可能出現的各種狀態(tài)，并且追溯各種質量問題以及資金流情況，從而有效提高施工過程的資源管控（見圖6）。

1.3.3?數字化交付提升項目竣工交付成果

在項目竣工交付階段，應用基于數字化的交付成果進行項目施工質量復核，并基于BIM數字化成果開展竣工結算，能夠提高項目竣工結算的效率和準確性?；跀底只目⒐そ桓冻晒?，可以提供項目設計和施工全過程的統一信息和數據庫，并與BIM可視化模型進行系統關聯，為業(yè)主后期運維提供更加豐富和準確的信息。

1.4?基于BIM和大數據的運維管理

通常公路項目運維階段的信息量非常大，管理工作復雜。傳統的管理方式主要是人工管理，缺乏高效的資料存儲和查詢機制，常常造成資料缺失、傳遞不及時、查找和分析不方便等問題，無法對資料進行統一和高效的管理。而采用基于BIM和大數據的數字化管理，建立項目建設全過程數據庫，可使建設過程的資料得以進行集中分類存儲并與模型掛接。同時可通過數據存儲機制保留建設過程中產生的海量資料，追蹤資料存儲位置和資料變更過程，并采用計算機檢索技術對資料進行快捷查找。在施工過程中建立項目建設數據庫，可實現全過程的資料管理。

通過進一步將BIM技術、GIS技術、物聯網技術以及大數據技術結合起來，利用移動數據采集系統提供道路交通設施狀態(tài)、公路環(huán)境氣象狀況等數據，可形成基于BIM和大數據的數字化資產和運維管理系統。將其接入到項目建設單位的養(yǎng)護大數據系統中，可以實現養(yǎng)護大數據的統一平臺存儲、管理、交換共享、分析和應用集成，為養(yǎng)護決策部門提供決策依據，提升養(yǎng)護決策的科學性和合理性（見圖7）。

1.5?項目數字化品質工程建設保障措施

1.5.1?加強組織領導，組建數字化實施團隊

由于項目建設以及數字化實施過程中涉及的參與方較多，為統一管理安排、規(guī)范各參與方實施標準和流程，實現數字化技術在本項目全生命周期中集成應用，有必要在項目設計前期制定一個切實可行的方案，確立BIM組織實施團隊。本項目在設計前期編制了項目《品質工程創(chuàng)建示范項目實施方案》和《BIM技術在設計、施工、運維階段全壽命周期過程的探索應用攻關行動實施方案》以及其他相應的實施方案，成立了項目BIM組織實施團隊，并從設計前期開始協調管理整個工程參與單位的BIM系統建立、實施等一系列工作，明確了各組織機構的責任和目標，以保證BIM技術應用統籌工作的順暢。

1.5.2?專項資金保障

項目將采用BIM技術增加的工程造價計入項目建設成本，安排專項財政資金，用于工程技術人才培養(yǎng)及基于BIM系統管理平臺的建設、正常運行和后期升級改造等工作。

1.5.3?建立BIM實施流程和標準

在項目前期制定了統一的工作流程和標準，對項目的BIM應用進行整體的管理和控制，明確BIM應用點與各主要階段BIM技術應用的工作內容，編制了項目《BIM協同設計規(guī)程》，制定項目級BIM 實施標準，指導和規(guī)范該項目各參與方在 BIM 實施過程中的模型命名、權限設定、對象參數化、協同設計、模型應用、模型深化等技術方法及流程，提高項目各參與方的 BIM 實施效率（見圖8）。

1.5.4?建立BIM成果審查機制

由項目BIM攻關行動組組織對各階段各參與方的 BIM 成果進行審查，主要工作內容包括模型與圖紙的一致性、模型的創(chuàng)建是否滿足相關BIM標準等。完成項目BIM 成果審查表并提交給相關單位進行整改，整改完后再進行復審，直至意見處理完畢。

2?結語

品質工程是公路建設工作者在今后一段時間內需要不斷努力并長期堅持發(fā)展的工作方向，而加強技術創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，提升項目勘察設計過程的科技

含量，是實現品質工程的重要途徑。以BIM技術為代表的工程數字化技術的研究和應用，將成為公路品質工程建設的重要抓手。本文以在建的都安至巴馬高速公路為例，對在公路項目建設中如何利用數字化技術來解決設計和施工過程中存在的問題，提高公路工程建設品質，促進項目建、管、養(yǎng)的一體化提供了借鑒。BIM這種新的理論、技術和管理模式在不久的將來一定會對整個交通行業(yè)的生產方式產生重大影響，驅動公路項目建設以及整個行業(yè)的轉型發(fā)展。

參考文獻：

[1]Department of Transport and Main Roads（Queensland Government）.Building Information Modeling （BIM） for Transport and Main Roads[S].2017.

[2]梁?才，覃延春.BIM技術在公路方案設計中的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2018（3）：89-91.

[3]張?磊.建管養(yǎng)一體化數字高速[J].公路交通科技（應用技術版），2011（S1）：146-148，153.

[4]Zhang Jianping， Hu Zhenzhong.BIM-and-4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction： 1.principles and methodologies[J].Automation in Construction， 2011（20）：155-166.