BIM在公路隧道全壽命周期質(zhì)量安全管理中的應(yīng)用

劉永杰　白永厚　龔航濤　安炬峰

摘 要：以西藏S5線拉澤隧道項(xiàng)目圭嘎拉隧道為研究對(duì)象，首先介紹對(duì)BIM加以運(yùn)用的必要性，其次對(duì)建立模型期間需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明，最后圍繞如何將BIM用于全周期管理展開(kāi)討論，指出要想使BIM優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵是要以各施工階段所表現(xiàn)出特點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)BIM進(jìn)行合理運(yùn)用，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);質(zhì)量安全管理;全壽命周期;公路隧道項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2022）08-0028-03

0 引言

在經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提升的背景下，各地政府紛紛加大了對(duì)公路隧道進(jìn)行建設(shè)的力度，如何憑借現(xiàn)有技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行高效管理，成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，將BIM技術(shù)用于項(xiàng)目施工，可對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況具有系統(tǒng)且準(zhǔn)確的了解，通過(guò)形象管理與可視管理相結(jié)合的方式，使施工質(zhì)量最大程度接近預(yù)期，與此同時(shí)，項(xiàng)目所具有安全系數(shù)也將得到更進(jìn)一步的提高。

1 研究背景

近幾年，國(guó)內(nèi)對(duì)公路進(jìn)行建設(shè)的速度有所加快，隨著項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模的增加，原有管理模式所存在不足也逐漸浮出水面，具體表現(xiàn)為管理人員無(wú)法對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行連續(xù)且充分的使用，導(dǎo)致施工期間所遇到問(wèn)題難以得到及時(shí)解決。為實(shí)現(xiàn)全周期管理目標(biāo)，越來(lái)越多單位選擇引入BIM技術(shù)，通過(guò)對(duì)材料、采購(gòu)和幾何信息進(jìn)行整合的方式，使項(xiàng)目相關(guān)信息所具有價(jià)值得到最大程度發(fā)揮[1]。

事實(shí)證明，BIM所具有信息化、協(xié)調(diào)性以及可視化特征，均能夠給項(xiàng)目管理產(chǎn)生積極影響。例如，有關(guān)人員可憑借該技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)處理方案進(jìn)行制定，在實(shí)時(shí)匯總各項(xiàng)信息的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一且科學(xué)的處理。再例如，可通過(guò)該技術(shù)對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行建立，確保參建人員對(duì)項(xiàng)目情況具有全方位了解，提前規(guī)避施工期間可能遇到的問(wèn)題。

2 將BIM用于公路隧道管理的策略

2.1 項(xiàng)目介紹

圭嘎拉左洞長(zhǎng)12.798 km，右洞長(zhǎng)12.790 km，含2座分離式斜井，累計(jì)單洞長(zhǎng)為33.8 km，考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜，施工期間需要用到運(yùn)土車、汽車吊和挖掘機(jī)等設(shè)備，且地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度極大，為保證項(xiàng)目如期交付并投運(yùn)，項(xiàng)目決定引入BIM技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量安全進(jìn)行全周期管理。

2.2 建立模型

基于BIM技術(shù)開(kāi)展全周期管理工作，可最大程度拉近各參建方的距離，通過(guò)信息共享的方式，使工作質(zhì)效得到提高。對(duì)此項(xiàng)目而言，BIM模型應(yīng)體現(xiàn)以下內(nèi)容：首先是幾何信息、隧道情況和危險(xiǎn)源信息;其次是項(xiàng)目類型、材料性質(zhì)和施工邊界;最后是設(shè)備分配情況、設(shè)計(jì)方案與建設(shè)計(jì)劃。

2.2.1 設(shè)計(jì)模型

BIM模型往往包含立項(xiàng)、可行性研究等多方面內(nèi)容，可借助相關(guān)軟件對(duì)自身所掌握資料進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此獲得施工所需數(shù)字信息，這樣做既能夠避免出現(xiàn)工作內(nèi)容重復(fù)的問(wèn)題，又可以為信息安全提供保證。除特殊情況外，設(shè)計(jì)模型均應(yīng)涵蓋環(huán)境、人員、管理風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容，其中，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)模型涵蓋應(yīng)急準(zhǔn)備、空間管理和水文條件分析，人員風(fēng)險(xiǎn)模型所描述內(nèi)容以人員能力、業(yè)務(wù)素養(yǎng)為主，管理風(fēng)險(xiǎn)模型更注重管理層能力、人員安全意識(shí)。

對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行建立時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：第一，保證模型所涵蓋信息真實(shí)且完整，構(gòu)件涵蓋功能屬性、物理屬性還有幾何屬性等多方面內(nèi)容。第二，對(duì)模型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確保在修改某個(gè)信息后，相關(guān)信息均能夠隨之更新。第三，以信息要素為依據(jù)，對(duì)模型信息進(jìn)行分解，從而獲得符合項(xiàng)目情況的管理模塊，具體包括資料風(fēng)險(xiǎn)管理、人員風(fēng)險(xiǎn)管理、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和物料風(fēng)險(xiǎn)管理，其中，資料風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)涵蓋施工方案的制定，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和采集，隧道情況的預(yù)報(bào);人員風(fēng)險(xiǎn)管理的重點(diǎn)是業(yè)務(wù)培養(yǎng)、心理輔導(dǎo)，同時(shí)還應(yīng)考慮骨干人員的專業(yè)水平;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容相對(duì)較多，既有常規(guī)的水文、地質(zhì)條件，自然條件，還有針對(duì)性較強(qiáng)的空間管理以及應(yīng)急準(zhǔn)備;物料風(fēng)險(xiǎn)管理主要包含三個(gè)子模塊，分別是物料檢查和運(yùn)用，機(jī)械設(shè)備選型，設(shè)備使用與保養(yǎng)。另外，在本項(xiàng)目中，有關(guān)人員還新增了施工風(fēng)險(xiǎn)管理，該模塊的內(nèi)容主要涵蓋員工安全意識(shí)和管理層能力兩方面。

2.2.2 施工模型

施工模型主要負(fù)責(zé)展示項(xiàng)目信息，對(duì)該模型進(jìn)行建立前，先要確定設(shè)計(jì)模型，再以設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)合約文件和相關(guān)規(guī)定，對(duì)模型內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保所建立模型能夠發(fā)揮出應(yīng)有作用。對(duì)公路隧道項(xiàng)目而言，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)施工模型進(jìn)行建立，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：首先是確保項(xiàng)目能夠獲得施工所需信息，為后續(xù)施工的順利開(kāi)展奠基;其次是在保證數(shù)據(jù)完整的前提下，降低施工成本;最后是使設(shè)計(jì)信息與施工信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享，確保潛在問(wèn)題可被及時(shí)發(fā)覺(jué)并得到處理[2]。

需要注意的是，設(shè)計(jì)模型往往難以做到完全滿足項(xiàng)目施工對(duì)圖形結(jié)構(gòu)所提出要求。因此，在前期準(zhǔn)備階段，有關(guān)人員應(yīng)先對(duì)BIM模型進(jìn)行拆分，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)所提供資料對(duì)模型加以完善，確保BIM模型所傳遞信息與現(xiàn)場(chǎng)情況完全一致。在項(xiàng)目中，有關(guān)人員以所掌握資料為依據(jù)，通過(guò)BIM技術(shù)建立了隧道施工模型及風(fēng)機(jī)房施工模型（如圖1、圖2所示）。

2.2.3 管理模型

以設(shè)計(jì)、施工模型為基礎(chǔ)，對(duì)管理模型進(jìn)行構(gòu)建，充分考慮安全管理所包含內(nèi)容，確保模型體系完整且具有實(shí)際意義。項(xiàng)目所建立管理模型被劃分成數(shù)據(jù)、管理和施工3個(gè)層次，其中數(shù)據(jù)層所涵蓋信息以組織設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)模型為主，日常工作中，管理層應(yīng)對(duì)上述信息進(jìn)行維護(hù)與管理，確保其具有實(shí)際意義。在圖2所示模型中，施工層主要負(fù)責(zé)加工數(shù)據(jù)層所涵蓋信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)子模塊進(jìn)行構(gòu)建。應(yīng)用層的核心職責(zé)是以工作需求為依據(jù)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全周期管理，確保項(xiàng)目具備良好的安全性與可靠性。前期準(zhǔn)備階段，項(xiàng)目應(yīng)通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)施工計(jì)劃、管理方案進(jìn)行編制，施工期間則應(yīng)將重心放在技術(shù)交底和處理監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上，竣工后，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)安全管理要點(diǎn)、注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)。

2.3 前期管理

前期準(zhǔn)備階段，可利用BIM進(jìn)行虛擬施工，由此明確施工期間較易發(fā)生的情況，通過(guò)調(diào)整管理側(cè)重點(diǎn)的方式，使管理工作取得理想成效。對(duì)項(xiàng)目而言，該項(xiàng)技術(shù)在該階段所能發(fā)揮的作用，主要包括虛擬施工、監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)數(shù)據(jù)和檢測(cè)碰撞情況等，具體應(yīng)用方法如下。

2.3.1 虛擬施工

為保證項(xiàng)目施工能夠按照預(yù)期計(jì)劃有序推進(jìn)，決定引入模擬技術(shù)，在對(duì)隧道開(kāi)挖流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的基礎(chǔ)上，通過(guò)BIM模型將模擬所得數(shù)據(jù)告知施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員對(duì)施工流程加以調(diào)整，確?，F(xiàn)場(chǎng)空間可得到充分利用，為項(xiàng)目安全性提供保證。

2.3.2 監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)數(shù)據(jù)

施工前，應(yīng)全面了解現(xiàn)場(chǎng)情況并對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)控，項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)對(duì)象主要包括地表沉降、支撐軸力?？筛鶕?jù)BIM模型所提供數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全性加以明確，通過(guò)對(duì)比臨界值和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所存在差異的方式，確定監(jiān)測(cè)區(qū)域的安全系數(shù)與危險(xiǎn)等級(jí)，酌情調(diào)整項(xiàng)目安全措施，為參建人員提供穩(wěn)定且安全的施工環(huán)境。

2.3.3 檢測(cè)空間碰撞情況

對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢測(cè)期間，同樣需要用到BIM模型，目的是保證空間得到科學(xué)利用，最大程度避免出現(xiàn)重疊或穿插等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行編寫，明確施工期間可能遇到的難題，提前擬定切實(shí)可行的防控方案[3]。

2.3.4 優(yōu)化既有資源配置

項(xiàng)目既要對(duì)管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)立，還要對(duì)生產(chǎn)制度進(jìn)行制定，根據(jù)安全管理需要對(duì)人員進(jìn)行配置，通過(guò)定期組織培訓(xùn)的方式，確保管理人員對(duì)自身所從事工作的重要性具有準(zhǔn)確認(rèn)知。本項(xiàng)目對(duì)管理人員所提出要求如表1所示。

2.3.5 確定施工專項(xiàng)方案

公路工程相關(guān)技術(shù)規(guī)范明確指出，對(duì)于專業(yè)性強(qiáng)、施工難度大或危險(xiǎn)系數(shù)高的項(xiàng)目，提前根據(jù)項(xiàng)目情況對(duì)專項(xiàng)方案進(jìn)行編制，并派專業(yè)人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督。在編制專項(xiàng)方案期間，應(yīng)綜合考慮管理方、技術(shù)人員所提出建議，方案確定后，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)方案內(nèi)容加以呈現(xiàn)。

2.4 施工管理

2.4.1 落實(shí)安全檢查

施工期間，為保證項(xiàng)目安全，項(xiàng)目委派專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，通過(guò)拍照等方式如實(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，借助現(xiàn)有軟件對(duì)BIM模型進(jìn)行調(diào)閱，以安全管理平臺(tái)為依托，對(duì)施工期間所遇到問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行共享，由此形成系統(tǒng)且完善的管理檔案。

開(kāi)挖隧道時(shí)，率先確定仰拱、二襯工作的實(shí)施時(shí)間，同時(shí)對(duì)圍巖情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為圍巖可靠性、項(xiàng)目安全性提供保證。隨后，將基準(zhǔn)模型、現(xiàn)場(chǎng)模型導(dǎo)入管理軟件，對(duì)碰撞公差進(jìn)行設(shè)置，由此明確項(xiàng)目偏移情況，根據(jù)隧道變形程度，制定相應(yīng)的解決方案。此外，還可以借助BIM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理所得結(jié)果建立相應(yīng)模型，為后續(xù)施工提供參考。

2.4.2 進(jìn)行技術(shù)交底

要想保證施工過(guò)程安全且可靠，關(guān)鍵是要由管理人員組織參建人員進(jìn)行技術(shù)交底，使參建人員明確項(xiàng)目難點(diǎn)，為安全措施的落實(shí)奠基。與此同時(shí)，還可以憑借BIM技術(shù)優(yōu)化既有技術(shù)方案，提高方案所具有的可靠性以及安全性。在施工內(nèi)容方面，應(yīng)以施工模型為依據(jù)，對(duì)項(xiàng)目相關(guān)信息進(jìn)行整理，明確本項(xiàng)目潛在的危險(xiǎn)因素，對(duì)防控方案和具體措施進(jìn)行制定。另外，還要對(duì)技術(shù)交底期間所使用圖片進(jìn)行導(dǎo)出，為參建人員提供參考。

2.5 竣工管理

待項(xiàng)目施工告一段落，對(duì)安全管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，編制并移交相關(guān)安全檔案，對(duì)項(xiàng)目所涉及安全信息進(jìn)行反饋，為日后同類項(xiàng)目的開(kāi)展提供參考。事實(shí)證明，基于BIM建立安全信息模型，對(duì)項(xiàng)目施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，有助于施工方提前發(fā)現(xiàn)既有方案存在的不足，從而制定更符合實(shí)際情況的施工方案和進(jìn)度計(jì)劃，在保證信息得到實(shí)時(shí)傳遞的基礎(chǔ)上，為項(xiàng)目施工所具有安全性提供保障。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，考慮到公路隧道項(xiàng)目往往具有工期緊張、施工難度大等特點(diǎn)，要想在保證項(xiàng)目質(zhì)量和安全系數(shù)的前提下，對(duì)施工功效進(jìn)行提升，關(guān)鍵是要擬定切實(shí)可行的施工計(jì)劃與方案，依托BIM技術(shù)對(duì)隱患識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行建立，并保證參建人員能夠按照要求完成各項(xiàng)工作。其中，施工前需要重點(diǎn)關(guān)注安全措施費(fèi)用的落實(shí)情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況編制專項(xiàng)方案，并完成應(yīng)急疏散模擬等工作，施工期間需要對(duì)安全技術(shù)進(jìn)行交底，同時(shí)對(duì)空間安全性與工藝安全性進(jìn)行檢查，根據(jù)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)制定后續(xù)施工計(jì)劃。事實(shí)證明，將BIM技術(shù)用于公路隧道管理，可使項(xiàng)目安全性、整體質(zhì)量得到顯著提高，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有極為重大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱向榮，劉躍成，葉保權(quán)，等.公路隧道信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2021，6（22）：18-20.

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