基于BIM技術(shù)的高速公路工程項目管理研究

文｜中交第四航務(wù)工程局第二工程有限公司 劉建宏

1 引言

BIM技術(shù)的推出，使得國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者爭相展開理論和實踐研究，在多年的發(fā)展之下，取得了良好的應(yīng)用成效，并且在高速公路領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和推廣。目前在高速公路工程當(dāng)中，對于BIM技術(shù)的應(yīng)用和研究，主要是針對工程規(guī)劃設(shè)計階段，但實際上，在整個項目管理過程中，BIM技術(shù)都能夠發(fā)揮出積極作用。因此，此次研究從BIM技術(shù)的特點，以及全過程工程管理角度出發(fā)，將BIM技術(shù)與高速公路工程項目管理進行有機融合，意在強化BIM技術(shù)應(yīng)用效果。

2 BIM 的特點

2.1 可視化展示

相較于傳統(tǒng)CAD 出圖方式而言，BIM技術(shù)具有可視化特點，能夠?qū)⒏咚俟饭こ探ㄔO(shè)過程中，相關(guān)構(gòu)件之間的互動聯(lián)系、特征信息等準(zhǔn)確、可靠地反映出來，幫助相關(guān)人員更好地了解設(shè)計情況，以及相應(yīng)構(gòu)件的屬性和物理特征，對于后續(xù)設(shè)計的優(yōu)化整改，以及交底工作的實施均有重要作用。某高速公路項目生產(chǎn)基地BIM 模型如圖1所示。

圖1 某高速公路項目生產(chǎn)基地BIM 模型

2.2 全程協(xié)調(diào)工作

由于高速公路工程項目規(guī)模較大，參與施工建設(shè)的單位、專業(yè)等也相對較多，為保障工程質(zhì)量，確保項目實施的順利性，就需要做好各專業(yè)、參建方之間的溝通交流，保障交流的質(zhì)量和效率。而BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，能夠為各參建方提供良好的溝通渠道和平臺，在各專業(yè)設(shè)計圖紙整合的過程中，能夠直接發(fā)現(xiàn)設(shè)計當(dāng)中存在的問題，并通過BIM技術(shù)模擬，計算相應(yīng)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，促使各參建方能夠直接明確設(shè)計當(dāng)中存在的問題，并及時進行優(yōu)化調(diào)整，避免后續(xù)出現(xiàn)返工或者不良沖突等情況，進一步提高管理效率[1]。

2.3 仿真模擬實驗

模擬性是BIM技術(shù)應(yīng)用過程中最為主要的優(yōu)勢特點，通過對后續(xù)實踐活動的模擬，能夠更好地了解到實際施工過程中可能出現(xiàn)的問題，進而對設(shè)計方案展開優(yōu)化調(diào)整。除此之外，借助BIM技術(shù)還能夠進行地震、水流、風(fēng)荷載以及車輛荷載等方面的受力實驗，以此對設(shè)計方案的可行性進行分析，進一步提高方案設(shè)計的合理性以及科學(xué)性。

2.4 智能導(dǎo)出圖紙

借助BIM技術(shù)，不僅能夠直接獲得相應(yīng)構(gòu)件設(shè)計信息，幫助相關(guān)技術(shù)人員、施工人員更充分的了解構(gòu)件實際情況，還能夠?qū)IM技術(shù)優(yōu)化后的設(shè)計圖紙直接導(dǎo)出，不僅極大地提升了圖紙設(shè)計過程中的便利性，而且與傳統(tǒng)建筑圖、節(jié)點詳圖相比，BIM技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)С鱿鄳?yīng)施工設(shè)計圖紙，而且還能夠出具相關(guān)檢測報告以及改進建議等，因此相應(yīng)圖紙具有極強的綜合性以及可操作性。

2.5 計算精準(zhǔn)可控

BIM技術(shù)的精準(zhǔn)性特點，主要是針對工程造價管理而言的，由于高速公路工程量相對較大，因此工程造價管理內(nèi)容相對較多，需要進行大量的計算和分析工作，而以往人工計算分析過程中，難以避免會出現(xiàn)失誤和偏差，對于工程造價管理將會產(chǎn)生不良影響。而BIM技術(shù)下的工程造價管理，能夠借助相應(yīng)三維模型和管理軟件，直接對相應(yīng)結(jié)構(gòu)材料的用量進行準(zhǔn)確計算，為工程預(yù)算、造價的管理奠定良好基礎(chǔ)，有效保障相應(yīng)計算工作的精準(zhǔn)性。

3 BIM技術(shù)在高速公路工程項目管理當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 規(guī)劃設(shè)計階段

BIM技術(shù)在高速公路工程項目規(guī)劃設(shè)計階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在規(guī)劃、勘察以及設(shè)計三個部分。在規(guī)劃階段，BIM技術(shù)能夠與GIS 技術(shù)等進行有機結(jié)合，以此實現(xiàn)對于高速公路工程項目的建模，并通過實現(xiàn)設(shè)定項目條件、可能遇到的問題等，實現(xiàn)對于項目建設(shè)過程的模擬分析，以此對相應(yīng)道路選擇、場地布置等方面進行事先規(guī)劃，并對工程項目的預(yù)算、工期、功能以及環(huán)境影響程度等多個方面進行評估，以此保障工程項目的可行性。在勘察階段，在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助GIS、GPS 等先進技術(shù)，對公路工程地形地貌等展開勘測工作，并獲取相應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，能夠進一步保障勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時也有助于提高勘測效率，然后將相應(yīng)勘測結(jié)果導(dǎo)入到BIM 系統(tǒng)當(dāng)中，可直接進行相應(yīng)模型的創(chuàng)建，極大地提高了勘測工作的便利性。在施工圖設(shè)計階段，可通過相應(yīng)碰撞試驗、結(jié)構(gòu)分析以及模擬施工，明確設(shè)計圖紙當(dāng)中存在的問題，并及時進行優(yōu)化調(diào)整，有助于提高設(shè)計質(zhì)量和效率，降低后續(xù)工程變更等情況發(fā)生的概率[2]。

3.2 施工階段

施工階段BIM技術(shù)的主要應(yīng)用表現(xiàn)在溝通協(xié)作、成本管理、質(zhì)量控制以及進度管理四個方面。在溝通協(xié)作方面，基于BIM 構(gòu)建的三維模型以及管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)多個專業(yè)間的線上溝通和交流，幫助各專業(yè)技術(shù)以及其他工作人員，直觀地了解設(shè)計圖紙以及相應(yīng)施工內(nèi)容，不僅省去了很多溝通、解釋的時間，而且也極大地提高了溝通協(xié)作的效率。在成本管控方面，BIM 三維模型構(gòu)建完成后，能夠根據(jù)實際成本管理需求，獲取任意構(gòu)件，或者結(jié)構(gòu)的相應(yīng)材料用量信息，不僅極大地降低了工作量，而且也有效避免了傳統(tǒng)人工計算過程中出現(xiàn)的誤差問題，實現(xiàn)對于工程項目資金的合理管控，有效保障工程量、預(yù)算以及成本計算的準(zhǔn)確性。

在質(zhì)量控制方面，BIM技術(shù)不僅能夠在施工前進行碰撞檢測，并在施工過程中根據(jù)碰撞報告合理展開施工，降低返工概率，保障施工質(zhì)量，而且還能夠在BIM技術(shù)的支持下實現(xiàn)施工過程的動態(tài)管理，保障工程質(zhì)量效果，確保相應(yīng)工藝、技術(shù)能夠得到有效落實，全面確保施工質(zhì)量效果。在進度管理方面，可引入4D 技術(shù)，通過加入時間維度，明確施工現(xiàn)場影響進度的不確定因素，使得施工進度計劃與現(xiàn)場實際情況之間保持較高的契合度，確保施工進度計劃的有效落實，還能夠在可視化情況下，分析每日進度情況，并與進度計劃進行對比分析。

3.3 運營維護階段

BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⒃O(shè)計以及施工過程中的全部信息都存儲在相應(yīng)模型當(dāng)中，以此為后續(xù)運營維護提供可靠數(shù)據(jù)信息，幫助相關(guān)維護人員明確維護工作展開的重點，以及可能發(fā)生事故或者存在潛在問題的部位，進一步提升運營維護的針對性和有效性，此外還能夠進行相應(yīng)位移情況、局部裂縫以及健康狀態(tài)等方面的監(jiān)測，并形成相應(yīng)運營維護數(shù)據(jù)[3]。

4 基于BIM技術(shù)的高速公路工程項目管理實施案例

對于高速公路工程而言，其模型搭建需要根據(jù)工程實際情況展開，因此，本文以某高速公路建設(shè)項目為例，案例項目施工段全長88.96km，整體施工規(guī)模較大，而且途徑農(nóng)田、水資源保護區(qū)等，施工難度也相對較大。

4.1 項目準(zhǔn)備管理

首先，在項目準(zhǔn)備階段，應(yīng)根據(jù)實際項目管理需求建立BIM 實施小組，并明確BIM 實施流程以及實施計劃。BIM 實施流程包括確立BIM 實施目標(biāo)、成立BIM 小組、開展項目啟動會，并進行人員培訓(xùn)，然后進行BIM 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作、搭建高速公路模型，并對BIM技術(shù)進行應(yīng)用，以此實現(xiàn)對于項目實施全過程的管理。

其次，建立相應(yīng)組織機構(gòu)，明確BIM技術(shù)應(yīng)用下，項目實施組織架構(gòu)分工情況，確保項目管理工作的有效落實，BIM 組織架構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 BIM 組織架構(gòu)簡圖

最后，進行軟硬件配置，其中硬件配置主要包括塔式圖形工作站和移動圖形工作站兩個部分，包括處理器、內(nèi)存、主硬盤以及顯卡的配置選擇；軟件配置方面，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)軟件功能進行配置，主要軟件功能包括結(jié)構(gòu)物建模軟件、地形路基建模軟件、二維圖形軟件、基礎(chǔ)設(shè)施項目規(guī)劃設(shè)計軟件、展示渲染軟件，以及施工模擬、安全檢測、VR展示軟件，還包括文檔生成軟件，施工模擬、碰撞檢測軟件。

4.2 BIM 建模環(huán)節(jié)

由于BIM 應(yīng)用過程中，所涉及的數(shù)據(jù)信息、專業(yè)相對較多，因此在BIM 模型創(chuàng)建之前，需要先創(chuàng)建BIM 標(biāo)準(zhǔn)文件，明確模型儲存規(guī)則、文件夾命名規(guī)則。

在實際進行建模的過程中，主要包括綜合生產(chǎn)基地模型、橋涵結(jié)構(gòu)物模型以及路基工程模型。其中綜合性生產(chǎn)基地模型主要包括場站總平面圖、拌合站模型、水穩(wěn)站模型，以及鋼筋加工廠模型。橋涵結(jié)構(gòu)物模型，主要包括下部結(jié)構(gòu)建模、上部混凝土箱梁建模以及上部鋼箱梁建模。以鋼箱梁結(jié)構(gòu)建模為例，主要應(yīng)用Revit 軟件，對不同構(gòu)件分別制作相應(yīng)結(jié)構(gòu)模型，并利用Dynamo 進行編程，促使模型更加精準(zhǔn)，經(jīng)過Dynamo 驅(qū)動后的主線橋、H 匝道鋼箱梁模型如圖3所示。路基工程模型的建立，主要是根據(jù)路基寬度、緩和曲度以及相應(yīng)設(shè)計高程等，創(chuàng)建道路三維模型，并將其導(dǎo)入到Civil 3D 軟件當(dāng)中，進而生成相應(yīng)模型。

圖3 鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)圖

4.3 技術(shù)應(yīng)用模式

BIM技術(shù)在高速公路工程項目管理過程中的主要應(yīng)用模式包括圖紙信息復(fù)核、工程量統(tǒng)計、碰撞檢測、場地規(guī)劃、施工過程模擬、方案優(yōu)化以及提高協(xié)同管理平臺[4]。本文以碰撞檢測和工程量統(tǒng)計環(huán)節(jié)為例，針對BIM技術(shù)在管理過程中的應(yīng)用展開探討。

高速公路工程基于其本身工序、專業(yè)較多等特點，實際施工過程中，難以避免會出現(xiàn)交叉施工情況，為保障施工順利開展，可借助BIM技術(shù)展開碰撞檢測，建立三維空間數(shù)字化模型，并通過對施工方案進行預(yù)演，避免施工過程中出現(xiàn)沖突情況。在案例工程中，經(jīng)過碰撞試驗之后，發(fā)現(xiàn)箱梁梁體縱筋和箱梁底板箍筋的存在碰撞情況，并通過對箍筋位置的調(diào)整，實現(xiàn)了對于設(shè)計方案的有效優(yōu)化。

在進行工程量統(tǒng)計過程中，需要應(yīng)用相應(yīng)軟件建立三維模型，然后再通過軟件當(dāng)中工程量明細功能，實現(xiàn)對于相應(yīng)部位工程量數(shù)據(jù)信息的提取，如在進行混凝土方量計算的過程中，可借助Revit 軟件，直接獲取土方填筑量情況以及相應(yīng)部位的工程量清單，并將其與圖紙量進行對比分析，復(fù)核工程量情況，明確計量紅線。此外，運用BIM技術(shù)建立5D-BIM 三維信息管理平臺，在內(nèi)置預(yù)算法則的支持下，造價人員可以根據(jù)實際工程進度情況，隨時提取所需工程量，極大的提升了預(yù)算的精度和效率，對于強化工程造價控制也有著積極作用。

5 結(jié)束語

BIM技術(shù)基于其自身可視化、可協(xié)調(diào)性、模擬性以及可出圖性等方面的優(yōu)勢和特點，在高速公路工程項目管理全過程中，都能夠發(fā)揮其自身作用，在項目規(guī)劃設(shè)計階段，通過BIM技術(shù)可視化建模、碰撞檢查等功能能夠進一步提升設(shè)計的科學(xué)性、合理性以及可行性；在施工階段，BIM技術(shù)還能夠支持項目管理過程中的溝通協(xié)作，提高溝通效率質(zhì)量，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)項目成本、質(zhì)量以及進度等方面的管理；在項目運營維護階段，基于BIM技術(shù)對道路工程運行情況等進行監(jiān)測，保障工程維修養(yǎng)護計劃方案的合理性?；贐IM技術(shù)展開高速公路工程項目管理時，應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，明確項目實施流程、組織機構(gòu)等，并從模型搭建、BIM 初級應(yīng)用以及拓展應(yīng)用等方面科學(xué)進行項目管理工作。相信隨著對BIM技術(shù)的深入研究和實踐探索，該技術(shù)將會在工程項目管理當(dāng)中發(fā)揮更大的作用。