基于BIM技術(shù)的公路工程管理系統(tǒng)應(yīng)用

王 勇，路盛敏

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

2006年，我國部分建筑企業(yè)開始關(guān)注BIM概念。從2009年開始，設(shè)計類BIM軟件在國內(nèi)開始推行?！笆濉逼陂g，在國家和行業(yè)主管部門的推動下，BIM技術(shù)得到快速發(fā)展，如今在設(shè)計階段的各個專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，并進(jìn)入將設(shè)計BIM數(shù)據(jù)向施工階段傳遞的深度應(yīng)用階段。而公路工程BIM技術(shù)當(dāng)前的難點(diǎn)在于BIM信息的傳遞和關(guān)聯(lián)存在阻力，且公路工程帶狀模型體量較大，給BIM模型的使用帶來較大的局限性。

南寧南過境線吳圩機(jī)場至隆安段(下稱吳隆高速公路)基于BIM+GIS+云技術(shù)開發(fā)公路工程BIM管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)的輕量化展現(xiàn)，以BIM模型為載體，基于三維圖形引擎開發(fā)了多項管理功能，對本項目的BIM成果交付和成果應(yīng)用均起到了積極的作用，為今后BIM的應(yīng)用發(fā)展提供了一定的思路。

1 工程概況

吳隆高速公路是廣西西部地區(qū)與南寧吳圩國際機(jī)場便捷連接的高速公路通道，也是廣西規(guī)劃新增通往粵港澳大灣區(qū)的高速公路通道和桂西北地區(qū)通往廣西相對富裕的桂東南及北部灣沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)干線。本項目路線全長44.914 km，全線共設(shè)扶綏、龍頭、南寧西站、壇洛西互通式立交共4處，設(shè)置1處服務(wù)區(qū)。全線無隧道，設(shè)特大橋梁(沙尾左江特大橋)1座。

2 基于BIM+GIS+云技術(shù)的公路工程BIM管理系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，BIM+GIS可基于互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用。當(dāng)前，BIM和GIS不約而同地開始融合云計算這項新技術(shù)，分別出現(xiàn)了云BIM和云GIS的概念，云計算的引入將使BIM和GIS的數(shù)據(jù)存儲方式發(fā)生改變，數(shù)據(jù)量級也將得到提升，對BIM+GIS的成果可實現(xiàn)輕量化應(yīng)用[1]。由此，吳隆高速公路以BIM+GIS+云技術(shù)開發(fā)了公路工程BIM管理系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

吳隆高速公路BIM管理系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)概括總結(jié)為“四橫三縱”，橫向由基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐和業(yè)務(wù)應(yīng)用四個體系組成，囊括了從前端感知到終端應(yīng)用的完整數(shù)據(jù)鏈；縱向由政策制度體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和組織保障體系組成，保證了實施過程的落地性、可行性和有序性[2]。

公路工程BIM管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 BIM信息的輕量化

高速公路建設(shè)項目通?？缬驈V且距離長，沿線存在設(shè)計的不規(guī)則路基、橋梁、隧道以及長距離的空間地理位置關(guān)系，模型體積和數(shù)據(jù)量較大，BIM信息的使用和傳遞存在一定的障礙，所以如何將階段性、離散性、碎片化的BIM應(yīng)用方法和應(yīng)用成果轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)性的BIM應(yīng)用模式是需要解決的一大問題。

公路工程BIM管理系統(tǒng)在精細(xì)化設(shè)計BIM模型的基礎(chǔ)上建立符合施工要求的深化模型，通過制定編碼規(guī)則，將數(shù)字信息、技術(shù)數(shù)據(jù)與模型相掛接，并與項目管理過程融合，實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理、質(zhì)量安全管理、技術(shù)管理等。同時在集成的信息平臺上設(shè)置開放接口，支撐與各專業(yè)軟件的信息互通，從而解決了設(shè)計階段與施工階段BIM數(shù)據(jù)交互的問題[3]。

3 工程應(yīng)用

吳隆高速公路項目以BIM模型作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用集成多系統(tǒng)和多數(shù)據(jù)庫的方式建立了公路工程BIM管理系統(tǒng)。即公路總體模型可查看項目路線、構(gòu)造物和項目環(huán)境等基本信息，同時利用項目總體模型作為其他工程業(yè)務(wù)系統(tǒng)的鏈接定位，例如可將邊坡監(jiān)測系統(tǒng)、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)和施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)入口直接設(shè)置于相應(yīng)的工點(diǎn)模型位置，方便項目管理人員更便捷地查找和使用。

目前該公路工程BIM管理系統(tǒng)主要建立了設(shè)計管理、技術(shù)管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理和安全管理五個功能版塊，并接入其相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在吳隆高速公路的設(shè)計和施工過程中應(yīng)用公路工程BIM管理系統(tǒng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.1 設(shè)計管理

圖2 路線方案比較示例圖

在設(shè)計管理的過程中，該系統(tǒng)通過采用高精度點(diǎn)云和高清影像展現(xiàn)路線周邊的環(huán)境情況[4]，并且可實時查看路線的平縱指標(biāo)，方便相關(guān)人員審核路線總體的基本情況，同時還可以查看橋梁、隧道、涵洞和支擋防護(hù)等構(gòu)造物屬性信息和相關(guān)設(shè)計圖紙。路線方案比較示例圖如圖2所示。在吳隆高速公路初步設(shè)計階段，審核人員通過本系統(tǒng)進(jìn)行方案審核時提出對K8～K15段進(jìn)行改線，減少了填挖方量，同時也減少了對基本農(nóng)田的占用和減少了對淥勞村的拆遷面積，節(jié)約了項目的總體造價。

3.2 技術(shù)管理

技術(shù)管理主要是結(jié)合管理單位和施工單位的具體需求自主開發(fā)了資料管理系統(tǒng)，對建設(shè)過程中的文件流轉(zhuǎn)過程進(jìn)行管理。吳隆高速公路技術(shù)管理通過線上流程、電子簽章、電子歸檔等手段，幫助管理單位完成對施工流程的實時把控，同時也避免了建設(shè)過程中出現(xiàn)文件審批過程不透明、文件流轉(zhuǎn)記錄難追溯等問題，保護(hù)了施工單位的合法權(quán)益。本項目通過使用該系統(tǒng)減少了各項審批的時間，提高了管理效率，預(yù)防了各項審批材料的丟失。

3.3 質(zhì)量管理

在質(zhì)量管理的過程中，當(dāng)BIM模型建立完成后，使用Fuzor、NavisWorks等仿真軟件對特大構(gòu)造物的三維模型進(jìn)行仿真模擬，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后上傳至云端，使施工人員可實時查看仿真步驟以及相關(guān)參數(shù)，結(jié)合圖紙進(jìn)行施工，避免重大施工錯誤[3]。

以吳隆高速公路控制性節(jié)點(diǎn)沙尾左江特大橋為例，大橋全長968.5 m，主跨為360 m中承式鋼管混凝土提籃拱橋，采用Revit軟件進(jìn)行全橋精細(xì)化建模，使用Navis Works軟件對橋梁模型進(jìn)行碰撞檢測，對碰撞結(jié)果進(jìn)行分析并得到協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，由設(shè)計人員對圖紙進(jìn)行優(yōu)化，減少了后期的變更和施工浪費(fèi)，最后把模擬結(jié)果上傳至公路工程BIM管理系統(tǒng)，再對每個步驟批注了說明，例如吊塔、主拱、主梁和橋臺的施工工藝、坐標(biāo)、材料等重要信息，施工人員可實時查看并結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)行施工，在提高了施工效率的同時減少了施工損耗[5]。

3.4 進(jìn)度管理

本項目沙尾左江特大橋建立了精度達(dá)到LOD300的BIM模型，通過拆分、編碼、屬性關(guān)聯(lián)后，對各個構(gòu)件進(jìn)行定位、表達(dá)、傳遞，然后上傳至公路工程BIM管理系統(tǒng)，由現(xiàn)場施工管理人員輸入施工進(jìn)度信息，最后結(jié)合施工現(xiàn)場的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了對沙尾左江特大橋的施工進(jìn)度云管理[6]。

3.5 安全管理

吳隆高速公路結(jié)合BIM+GIS技術(shù)，把沙尾左江特大橋的監(jiān)控系統(tǒng)接入公路工程BIM管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測各個監(jiān)控點(diǎn)的變形量、鋼筋和墻體應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值和累計曲線，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時，系統(tǒng)上的監(jiān)測點(diǎn)紅色則會亮顯報警并顯示施工現(xiàn)場的監(jiān)控錄像。該系統(tǒng)在沙尾左江特大橋施工過程中預(yù)警多次事故，保障了沙尾左江特大橋的施工安全和質(zhì)量。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

本項目采用BIM技術(shù)進(jìn)行高速公路項目管理，特別是在吳隆高速公路的建設(shè)管理中發(fā)揮了重要的作用，提升了項目質(zhì)量、進(jìn)度、安全以及檔案管理的信息化和數(shù)字化水平，提高了項目的管理效率。系統(tǒng)應(yīng)用在各個功能模塊的效果主要有以下幾點(diǎn)：

(1)技術(shù)管理：避免了項目建設(shè)過程中出現(xiàn)文件審批過程不透明、文件流轉(zhuǎn)記錄難追溯等問題，對建設(shè)過程中的文件流轉(zhuǎn)過程進(jìn)行管理，通過線上流程、電子簽章、電子歸檔等手段，將施工管理文件置于線上，實現(xiàn)工程建設(shè)過程中各方來往文件的電子化流轉(zhuǎn)，審批流程一目了然。

(2)設(shè)計管理：傳統(tǒng)的設(shè)計管理僅在設(shè)計單位做了閉環(huán)管理，而在多方參與的工程管理中，設(shè)計管理作為保證項目順利進(jìn)行的重要一環(huán)且貫穿整個項目進(jìn)程，而現(xiàn)場一般缺乏詳細(xì)的設(shè)計管理。線上設(shè)計管理功能可用于對圖紙和模型的交付管理，通過對設(shè)計產(chǎn)品的跟蹤、設(shè)計變更的記錄，為工程項目提供設(shè)計總體計劃控制、產(chǎn)品質(zhì)量把控的功能。

(3)進(jìn)度管理：結(jié)合直觀、可視的形象進(jìn)度管理技術(shù)，基于施工 BIM 模型，建立工程合同進(jìn)度、工程施工計劃、實際進(jìn)度信息等與三維模型的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程施工計劃進(jìn)度、實際進(jìn)度的整編輸入和三維展示，以及施工進(jìn)度的對比分析功能，使管理更為直觀和高效。

(4)質(zhì)量管理：通過數(shù)字化技術(shù)，將數(shù)字化質(zhì)量管理細(xì)化至工程最小顆粒度“單元工程級”，落實工程質(zhì)量管理“縱向到底”的理念?；谑┕?BIM 模型，實現(xiàn)工程建設(shè)過程中的所有部位、施工工序質(zhì)量驗評工作的“無紙化”管理。

(5)安全管理：采用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)手段，將工程項目安全管理升級改造，轉(zhuǎn)變安全管理工作方式，優(yōu)化管理流程，建立一整套科學(xué)、有效的安全生產(chǎn)風(fēng)險管理體系，打造從線上到線下、從網(wǎng)頁端到 APP、從管理制度到管控流程的全范圍安全管理。

5 結(jié)語

吳隆高速公路基于BIM+GIS+云技術(shù)開發(fā)了公路工程BIM管理系統(tǒng)，實現(xiàn)BIM信息的輕量化展現(xiàn)，BIM技術(shù)應(yīng)用貫穿整個項目的全生命周期，提高了設(shè)計、施工和管理的效率。以BIM模型展示系統(tǒng)作為底層基礎(chǔ)開發(fā)多引擎子系統(tǒng)，相較于單引擎系統(tǒng)成本更低、加載更流暢、穩(wěn)定性更強(qiáng)以及開發(fā)環(huán)境更好，為項目的BIM管理系統(tǒng)開發(fā)提供可行思路。

目前，公路工程BIM管理系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)了設(shè)計和施工BIM的信息交互，下一階段可根據(jù)施工進(jìn)程逐步構(gòu)建竣工交付模型，全面集成設(shè)計及施工階段的信息數(shù)據(jù)，完成管養(yǎng)階段的模型成果交付，搭建運(yùn)營管養(yǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)，逐步開展基于BIM模型的管養(yǎng)應(yīng)用，以期在后續(xù)的高速公路工程中進(jìn)行推廣和應(yīng)用。