基于BIM 的高速公路工程檔案管理模式探討

王 玲

（福州市交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福州 350200）

0 引言

近10 年,我國高速公路發(fā)展迅猛,通車?yán)锍桃殉^15 萬公里[1]。 但由于高速公路建設(shè)規(guī)模大、線路長、工期長、過程復(fù)雜、涉及部門多,其工程檔案管理的問題日益突出。 高速公路工程檔案資料涵蓋了項目規(guī)劃、立項、設(shè)計、施工、運營、管養(yǎng)等各階段,儲存了原始真實的信息,可為項目決策、建設(shè)、運營、管養(yǎng)及改擴(kuò)建等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨著高速公路建設(shè)信息化和精細(xì)化管理的持續(xù)深入,項目信息存儲量和檔案文件數(shù)量劇增。 傳統(tǒng)的檔案管理模式側(cè)重紙質(zhì)檔案的形成、移交和查詢,需要耗費大量的人力和物力,檔案資料的查詢利用效率低；且檔案管理人員的工程和信息化專業(yè)知識普遍較為薄弱, 無法適應(yīng)現(xiàn)在高速公路工程檔案管理的要求。 建設(shè)過程中存在檔案基礎(chǔ)資料收集不到位、不全面、不科學(xué)、不規(guī)范、不同步的問題；同時檔案立卷過程中歸類錯誤多、缺漏多、耗時長,都在一定程度上制約了高速公路的信息化和精細(xì)化管理,也將影響項目建成后的養(yǎng)護(hù)和管理工作。 為此,探索新的檔案管理模式, 高效高質(zhì)建立三維可視化動態(tài)的工程檔案,提高工程檔案的及時性、真實性、權(quán)威性和可追溯性,具有重大意義。

近年來信息技術(shù)的迅速發(fā)展, 使得傳統(tǒng)高速公路工程檔案管理模式與社會服務(wù)要求的脫節(jié)日益嚴(yán)重, 特別是建筑信息模型(Building Information modeling,簡稱BIM)技術(shù)的推廣和應(yīng)用, 對高速公路工程檔案管理提出了新的挑戰(zhàn)、 理念和方向。 BlM 技術(shù)通過建立三維可視化模型,收集、存儲、管理項目生命周期不同階段的信息,為各參建方提供及時、準(zhǔn)確、統(tǒng)一的信息,提高項目設(shè)計、施工、運營、管養(yǎng)、改建的質(zhì)量和效率。國內(nèi)外學(xué)者也對BIM在工程內(nèi)業(yè)及檔案中的應(yīng)用進(jìn)行一些研究。 廖玉玲[2]、郭蕊[3]等人分析了BIM 技術(shù)在國內(nèi)外檔案管理中的應(yīng)用和發(fā)展情況,從工作模式、公信力和管理人員技術(shù)等方面提出了應(yīng)對措施；楊繼東[4]對基于BIM 技術(shù)的三維城建檔案接收保管和利用模式進(jìn)行了研究,以“歸檔模型標(biāo)準(zhǔn)化,數(shù)字信息集成化、檔案服務(wù)智慧化”為研究方向和目標(biāo),提出了管理模式構(gòu)建思路；張嬌[5]對城市地下綜合管廊工程BIM 檔案的建立和接收管理進(jìn)行了研究, 分析了BIM技術(shù)與地下綜合管廊工程的關(guān)系, 認(rèn)為BIM 檔案納入城建檔案管理是必然趨勢；黃少華[6]等人在黃河公路大橋項目使用BIM 技術(shù)輔助管理, 并使用云平臺對施工質(zhì)保資料和檔案進(jìn)行動態(tài)管理,實現(xiàn)了資料的長期、真實、有效保存,并同步完成建檔；智鵬等人[7]針對京張高鐵清華園隧道地質(zhì)風(fēng)險大、 雙線大直徑、 環(huán)境保護(hù)要求高等重難點, 探索了基于BIM 的隧道工程三維可視化數(shù)字檔案建立方法；何杰[8]等人基于BIM 技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺建立了隧道建養(yǎng)信息化系統(tǒng)和信息檔案, 服務(wù)于隧道的運營和管養(yǎng)。

總的來說,BIM 技術(shù)已在城建和公路系統(tǒng)的工程檔案管理中均有應(yīng)用,總結(jié)了一些管理模式和方法,但由于高速公路規(guī)模大,時間和空間跨度大,涉及協(xié)同部門多,故BIM 技術(shù)在高速公路工程檔案管理中的應(yīng)用還很少見,且現(xiàn)有的研究側(cè)重于建設(shè)過程, 對項目前期決策和后期運營管養(yǎng)階段的研究暫未涉及。為此,本文以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ),探索高速公路項目全壽命工程檔案管理模式,首先分析BIM 技術(shù)與高速公路工程檔案管理的關(guān)系及問題,再構(gòu)建基于BIM 的檔案管理模式,最后進(jìn)行工程應(yīng)用,為推動項目信息化和智慧檔案提供參考。

1 BIM 技術(shù)與高速公路工程檔案的關(guān)系

1.1 BIM 技術(shù)特點

BIM 技術(shù)是將工程項目的各類信息數(shù)據(jù)通過數(shù)字信息仿真模擬, 建立涵蓋項目立項至拆除的全壽命信息化模型。它具有可視化、全壽命、協(xié)同性和動態(tài)優(yōu)化等特點。

(1)可視化。 通過BIM 技術(shù)可建立項目的三維立體模型,甚至包括動畫、音頻等信息,使得決策和設(shè)計意圖、施工和養(yǎng)護(hù)過程更清晰, 有效避免理解不到位產(chǎn)生的誤差,提高施工質(zhì)量和效率,提前預(yù)見問題,如碰撞沖突明顯的重點和難點部位。

(2)全壽命。 通過BIM 技術(shù)可集成立項、設(shè)計、施工、運營、管養(yǎng)和改擴(kuò)建等階段的各類信息,并以構(gòu)件為載體,以屬性體現(xiàn),使得構(gòu)件具備全周期的可追溯性。

(3)協(xié)同性。 BIM 技術(shù)可為各參建單位在立項、設(shè)計、施工、運營、管養(yǎng)和改擴(kuò)建等階段提供協(xié)同工作平臺,實現(xiàn)信息共建共享,確保信息的及時、準(zhǔn)確和一致性,有利于不同專業(yè)間的集成協(xié)同配合工作,提高工作效率。

(4)動態(tài)優(yōu)化。通過BIM 技術(shù)可對項目進(jìn)行動態(tài)管理,各參建單位可根據(jù)實際情況進(jìn)行優(yōu)化,對技術(shù)交底、施工組織、試驗檢測、質(zhì)量檢查與竣工驗收等環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)管理和優(yōu)化。

1.2 高速公路工程檔案特點

高速公路具有規(guī)模大、路線長、地形地貌復(fù)雜、構(gòu)造物多、專業(yè)多、參建單位多等特點。 工程檔案是其從規(guī)劃到建成使用過程中形成的具有保持價值的文字、圖紙、影像等各種形式的載體。 為此其形成的檔案信息資料不僅數(shù)量龐大,且涉及多個專業(yè)、多個部門。 故需要良好的頂層設(shè)計,有效的管理模式,足夠的儲存空間,清晰的計算邏輯和關(guān)系。

1.3 BIM 技術(shù)與高速公路檔案的關(guān)系

BIM 技術(shù)與高速公路工程檔案兩者的特點高度契合,BIM 技術(shù)的可視化、全壽命、動態(tài)優(yōu)化和系統(tǒng)性可以解決高速公路檔案量大、時間長、專業(yè)多、參建單位多等引起的問題。 通過BIM 技術(shù)使項目信息高度集中、可視化、統(tǒng)一共享、動態(tài)可調(diào),解決檔案快速精確收集和成檔的問題,且可隨時調(diào)用查詢,為項目決策、設(shè)計、施工、運營和管養(yǎng)提供真實可靠的基礎(chǔ)信息；同時,通過BIM 技術(shù)構(gòu)建的協(xié)同平臺,實現(xiàn)不同專業(yè)、不同部門、不同參建單位間的無障礙高效溝通,提高協(xié)同工作效率,加快項目建設(shè)。可見,以BIM 技術(shù)為依托,重新構(gòu)建高速公路的工程檔案管理模式,可有效提高成檔質(zhì)量和效率,增強檔案的真實性、公信力和服務(wù)屬性。

2 基于BIM 技術(shù)的檔案管理模式

2.1 檔案管理模式構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)

檔案信息化的基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)化, 檔案管理模式需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)才能實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同。

(1)統(tǒng)一建檔立卷標(biāo)準(zhǔn)。 高速公路的檔案不僅要滿足《中華人民共和國檔案法》、《文件檔案管理文件要求》、《國家重大工程項目文件歸檔要求與檔案整理規(guī)范》等法律法規(guī)及條例的要求,還要符合交通運輸部《公路工程竣工文件材料立卷歸檔管理辦法》、《公路建設(shè)項目文件資料管理辦法》的規(guī)定。 基于BIM 的檔案管理模式在上述規(guī)范規(guī)定的收集類目、明細(xì)、整理歸檔方法、立卷方式及移交要求的基礎(chǔ)上,再根據(jù)工程建設(shè)的實際情況,進(jìn)行增項、擴(kuò)展和細(xì)化。

(2)統(tǒng)一BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)。 BIM 模型需要采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和深度,包括統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)、深度、數(shù)據(jù)接口和邏輯層次,以利于管理模式的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。 由于公路工程暫未頒布BIM 模型建模和實施的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 故選用 《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51212-2016)和《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51235- 2017), 上述兩個規(guī)定未涵蓋的專業(yè)采用《城市軌道交通工程BIM 應(yīng)用指南》,通過上述規(guī)范基本可以覆蓋公路工程涉及的專業(yè)范疇。

(3)統(tǒng)一BIM 建模層次和深度。 移交檔案管理部門的信息必須符合要求, 需要對基于BIM 的工程檔案設(shè)定建模層次和深度標(biāo)準(zhǔn), 避免各項目移交的BIM 檔案參差不齊。為詳細(xì)真實的反應(yīng)工程信息,須以構(gòu)件為單元層次,以施工圖設(shè)計為深度標(biāo)準(zhǔn),且工程項目的分解、構(gòu)件專業(yè)工點劃分和建模精細(xì)度等參數(shù)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 并附相應(yīng)EBS 編碼。同時,建模需采用統(tǒng)一的主流的軟件產(chǎn)品,選擇數(shù)據(jù)接口兼容性好軟件格式。

此外,為了確保信息的共享,應(yīng)保持各類專業(yè)信息間的邏輯關(guān)系,即某個專業(yè)信息變化后,其他與之關(guān)聯(lián)的專業(yè)信息也能隨之更新。

2.2 檔案管理模式構(gòu)架

高速公路基于BIM 的工程檔案管理架構(gòu)如圖1 所示, 總體由檔案信息處理應(yīng)用中心和檔案信息交互終端構(gòu)成。 其中：

(1)檔案信息處理應(yīng)用中心。包括基礎(chǔ)層、處理層和應(yīng)

用層三個層次。

基礎(chǔ)層由ICT(信息和通信技術(shù))資源池構(gòu)成,并通過特定的SLA(服務(wù)協(xié)定)給上層系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)層主要用于收集、 分類和儲存各個終端上報的工程檔案信息,信息設(shè)置審核程序,確保信息的內(nèi)容、分類等滿足現(xiàn)有文檔接受規(guī)定。

處理層包括檔案信息處理和檔案管理模塊, 是集成多種BIM 建模工具和管理工具的硬件中間層。 處理層主要用于對基礎(chǔ)層提供的工程檔案信息進(jìn)行處理, 以獲得統(tǒng)一形式的檔案信息, 并構(gòu)建BIM 模型與檔案信息間的有序關(guān)聯(lián)和鏈接,實現(xiàn)項目工程檔案的高度集中化、可視化和動態(tài)化等。

應(yīng)用層是對處理層建立的檔案信息進(jìn)行應(yīng)用, 實現(xiàn)業(yè)務(wù)場景的具象功能,對施工前、施工過程以及施工后的運營等階段進(jìn)行全壽命的檔案信息服務(wù)。 如施工階段可通過BIM 模型漫游和三維模型等進(jìn)行進(jìn)度查閱、計劃倒排、實時跟蹤和調(diào)整等,指導(dǎo)項目施工,并同步形成工程和管理檔案,如實詳細(xì)的反應(yīng)項目施工進(jìn)度控制過程。

(2)檔案信息交互終端。 包括數(shù)據(jù)輸入終端、數(shù)據(jù)審核、共享與協(xié)同工作平臺。

檔案原始信息數(shù)據(jù)可通過移動端、客戶端和Web 端等渠道按要求的內(nèi)容和格式進(jìn)行編輯和整理, 其中包括前期決策及設(shè)計文件、施工過程的構(gòu)件和材料信息、施工計劃和組織等等。

數(shù)據(jù)輸入后進(jìn)入審核(或?qū)徟?環(huán)節(jié),由相關(guān)人員對數(shù)據(jù)的合規(guī)性和正確性等進(jìn)行審核和簽認(rèn), 保證數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容的正確性、規(guī)范性和安全性。經(jīng)過審核的數(shù)據(jù)方可進(jìn)入檔案信息處理應(yīng)用中心。

共享與協(xié)同工作平臺既為各參建方提供準(zhǔn)確、及時、統(tǒng)一格式的檔案信息, 并可以為各參建單位提供協(xié)同工作平臺,通過建立互動機制,實現(xiàn)各參建單位的協(xié)同作業(yè)。此外該平臺還可以實現(xiàn)與相關(guān)主管部門、 質(zhì)監(jiān)部門和檔案部門的直連直通。

3 基于BIM 的檔案管理模式應(yīng)用

根據(jù)工程檔案管理模式的構(gòu)建思路, 本文選擇莆炎高速公路福州段的A4 標(biāo)段作為背景工程,對基于BIM 的工程檔案管理系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。

3.1 工程概況

莆炎高速公路福州段起于永泰梧桐潼關(guān)與福永高速公路銜接,經(jīng)過梧桐鎮(zhèn)、嵩口鎮(zhèn)終于三明尤溪界,采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè), 設(shè)計時速100km, 路基寬度33.5m。 A4 標(biāo)段位于嵩口鎮(zhèn)境內(nèi),路線全長6.157km,主要工程量有主線橋梁765.0m/3 座； 隧道3556m/1 座； 涵洞257.07m/4 道；土石方67.38 萬m3。

3.2 基于BIM 的工程檔案建立

根據(jù)檔案管理模式的構(gòu)架和構(gòu)建要求, 以結(jié)構(gòu)構(gòu)件為基本載體,并賦予構(gòu)件從決策、設(shè)計到施工等階段的全過程信息。 采用Revit、Navisworks 等軟件,并配備移動工作站、高配置電腦、無人機及高清攝像頭等硬件。 通過基礎(chǔ)層的數(shù)據(jù)分類和儲存、處理層的數(shù)據(jù)處理和建模,得到BIM 模型如圖2～圖7 所示。 具體可分為：

(1)總體模型。圖2、圖3 分別為橋梁和隧道的BIM 總體模型,可用于指導(dǎo)測量、工程量計算、進(jìn)度標(biāo)識、項目展示等。

圖2 橋梁BIM 總體模型

圖3 隧道BIM 總體模型

(2)構(gòu)件模型。 圖4、圖5 分別為T 梁梁片和隧道排水管的構(gòu)件模型,可用于三維坐標(biāo)提取、碰撞檢查、可視化圖審和技術(shù)交底、優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)下料等。 圖4 中的構(gòu)件信息可實現(xiàn)構(gòu)件原材料、 施工工序管理及產(chǎn)品質(zhì)量檢查信息的可追溯化。

圖4 梁片信息檔案

圖5 隧道排水管三維可視化檔案信息

(3)其他模型。主要包括機械設(shè)備、支架模板、拌合站、預(yù)制梁場等施工輔助設(shè)施,分別如圖6 和圖7 所示。 可用于指導(dǎo)二襯臺車、模板、拌和站、梁場等的建設(shè)和加工制作,有利實時了解機械設(shè)備、拌合站和梁場的狀況,為施工提供支撐。

圖6 隧道二襯臺車及橋墩模板BIM 檔案信息

此外,在建立上述模型的基礎(chǔ)上,還需建立建立各種模型間的關(guān)系,包括空間關(guān)系和時間關(guān)系,最終形成完善的工程檔案信息。

圖7 預(yù)制梁場及混凝土攪拌站BIM 檔案信息

3.3 BIM 檔案在管理中的應(yīng)用

通過Navisworks 等軟件, 可對建立的BIM 工程檔案進(jìn)行應(yīng)用,對項目建設(shè)全過程動態(tài)管理,及時發(fā)現(xiàn)問題,及時調(diào)整,使得項目質(zhì)量、安全和進(jìn)度滿足要求,且能提高人工、材料和機械的利用效率,降低項目建設(shè)費用。 主要應(yīng)用如下：

(1)項目優(yōu)化和動態(tài)管理。通過BIM 檔案信息,可實現(xiàn)項目前期規(guī)劃和設(shè)計階段的優(yōu)化,如路線方案、不同專業(yè)的空間布局、 碰撞檢查等； 也可對施工過程進(jìn)行動態(tài)管理,根據(jù)進(jìn)度要求,倒排計劃,并調(diào)整生產(chǎn)要素支撐后續(xù)施工進(jìn)度。圖8 為利用BIM 信息調(diào)整的排水管,并同步形成變更檔案。

圖8 隧道排水管優(yōu)化設(shè)計

(2)計量及成本管理。 BIM 檔案信息可使高速公路計量工作可視化,有利于統(tǒng)籌安排計工計價工作,提前做好相關(guān)報檢和申報工作；有利于統(tǒng)計工程量,避免出現(xiàn)漏計和重復(fù)計量的情況；并在計量過程中同步形成檔案。

(3)人工、材料及機械管理。BIM 檔案信息可將施工過程中的人工、材料及機械信息在構(gòu)件檔案中得以體現(xiàn),使得構(gòu)件質(zhì)量具有可追溯性；同時可對人員、材料及機械等進(jìn)行管理,使得人員、材料和機械能高效地參與到項目建設(shè)中,避免窩工和物料浪費及供應(yīng)問題。 如人員的安全培訓(xùn)及出勤情況、材料的質(zhì)檢、儲備及領(lǐng)用情況、機械的保養(yǎng)、檢修和操作規(guī)程等等。

(4)現(xiàn)場協(xié)調(diào)管理。 利用BIM 檔案信息的三維可視化功能,再加上時間維度即可進(jìn)行虛擬施工。 直觀快速地將施工計劃、標(biāo)準(zhǔn)等與現(xiàn)場情況對比；并通過協(xié)作平臺共享施工影像,制定相應(yīng)的措施和工作流程,通知相關(guān)人員辦理,同步形成檔案。如圖9 所示。同時,還可以對梁場、拌合站、樁基、現(xiàn)澆梁、懸澆梁、高墩、隧道開挖、支護(hù)、高邊坡、高填方等重點部位進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控, 采集構(gòu)件和支架等輔助設(shè)施的相關(guān)參數(shù),掌握施工狀態(tài),優(yōu)化調(diào)整施工決策,減少施工問題和返工整改。

圖9 協(xié)作平臺

(5)質(zhì)量安全內(nèi)業(yè)管理。 現(xiàn)場質(zhì)量安全是項目建設(shè)過程的重點,質(zhì)量安全內(nèi)業(yè)檔案的規(guī)范填寫直接影響現(xiàn)場施工的規(guī)范化。 針對 《公路建設(shè)項目文件資料管理辦法》 及相關(guān)文件的規(guī)定, 重視質(zhì)量安全內(nèi)業(yè)的原始記錄。 為了保證現(xiàn)場施工原始記錄數(shù)據(jù)填寫的真實性和準(zhǔn)確性, 提高數(shù)據(jù)的后期利用,BIM 工程檔案管理模式通過匹配規(guī)則,建立現(xiàn)場檢測結(jié)果、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與BIM 模型的自動關(guān)聯(lián), 并通過手機和計算機終端對收集現(xiàn)場施工照片及檢測驗收數(shù)據(jù)后直接生產(chǎn)驗收意見, 經(jīng)審核后即可完成驗收,并同步形成質(zhì)量安全內(nèi)業(yè)。 這可減少信息錄入的工作量, 提高檔案的及時性和真實性,提高建檔效率。

(6)建立項目健康檔案。 BIM 檔案信息將項目各構(gòu)件的勘察設(shè)計資料、施工信息、歷次檢測數(shù)據(jù)匯集成項目的健康檔案,為項目營運后的管養(yǎng)、改建和拆除等提供必要的基礎(chǔ)資料,有利于實施針對性的管養(yǎng),降低管養(yǎng)費用；有利于提高改建和拆除質(zhì)量,降低費用。

4 結(jié)論

(1)基于BIM 的高速公路工程檔案模式可建立信息高度集成的三維動態(tài)模型, 匯集項目全壽命過程的相關(guān)數(shù)據(jù),對于檔案的權(quán)威性、真實性和可追溯性具有非常重要的意義。BIM 技術(shù)為高速公路檔案數(shù)字化、信息化提供了科學(xué)、合理、可行的技術(shù)途徑。 通過BIM 技術(shù)與檔案的深度結(jié)合。 兩者在一定程度上實現(xiàn)了優(yōu)勢互補。

(2)基于BIM 的高速公路工程檔案模式使得現(xiàn)場施工管理更加直觀便捷,內(nèi)業(yè)更及時、更客觀,實現(xiàn)了通過信息化加強了現(xiàn)場質(zhì)量把控的目標(biāo), 使得工程管理更為信息化和精細(xì)化。

(3)基于BIM 的高速公路工程檔案管理模式將成為協(xié)同參建各方的重要樞紐中心, 是未來進(jìn)行數(shù)據(jù)共享互通以及消除“信息孤島”的發(fā)展方向。

(4)基于BIM 的高速公路檔案管理模式有利于實現(xiàn)高速公路建檔案的全生命周期應(yīng)用, 提高檔案管理工作的信息化水平,是檔案智慧化發(fā)展的必然方向；也為將來的城市智慧模型提供豐富詳實的數(shù)據(jù)信息, 為智慧城市奠定堅實基礎(chǔ)。