數(shù)字技術(shù)在樂西高速建造中的應(yīng)用

郭世杰

（四川高速公路建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)不斷完善，高速公路建設(shè)里程持續(xù)增加，“交通強(qiáng)國”已成為新時代智慧高速公路建設(shè)與發(fā)展的行動指南，“數(shù)字交通與新基建”則是智慧高速賦能創(chuàng)新之路，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵所在[1]。BIM技術(shù)在工程各領(lǐng)域應(yīng)用全面展開，各地科研院所、設(shè)計、施工、運(yùn)營單位開展BIM研發(fā)的積極性較高，公路工程項目全壽命周期BIM智慧化管理解決方案不斷成熟，各個基建行業(yè)應(yīng)用得到快速推廣，市場規(guī)模增速明顯，為BIM＋發(fā)展帶來了強(qiáng)勁動力。不過，我國基于BIM技術(shù)在公路建設(shè)智慧化管理仍處于起步階段[2]。本文以樂西高速為例，展開高速公路全要素智能建造管理應(yīng)用研究，為全面推行“智慧工地”建設(shè)，提升項目管理效率及信息化水平做出貢獻(xiàn)[3]。

1 工程概況

樂山至西昌高速公路位于四川南部地區(qū)涼山、樂山范圍內(nèi)，是連接成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)與攀西經(jīng)濟(jì)區(qū)的關(guān)鍵紐帶，也是重要的扶貧通道，項目的建成將推動大小涼山地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實現(xiàn)脫貧攻堅。樂西高速公路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

樂西高速公路作為四川省交通重點項目，項目采用施工圖設(shè)計施工總承包（EPC）和傳統(tǒng)土建招標(biāo)相結(jié)合的模式，開展建設(shè)管理。由于項目具有工程規(guī)模大、地形條件復(fù)雜、橋隧占比大等工程特點，施工管理難度極大，以BIM技術(shù)作為載體，集成BIM模型信息，將施工模擬作為安全管控依據(jù)，為項目建設(shè)提供可視化支撐，實現(xiàn)智慧工地建設(shè)。

2 高速公路項目建設(shè)管理現(xiàn)狀與需求

2.1 高速公路項目建設(shè)管理現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)在智慧高速方向主要關(guān)注無人駕駛、車路協(xié)同、自動化監(jiān)測、智慧化運(yùn)營管控和出行誘導(dǎo)服務(wù)等方面，但總體理解不同，尚未形成統(tǒng)一的共識。

（1）業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)上報匯總及時性差、缺少數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，未能形成統(tǒng)一的項目監(jiān)管制度體系；施工現(xiàn)場管理不規(guī)范，試驗操作不規(guī)范，數(shù)據(jù)不嚴(yán)謹(jǐn)，施工現(xiàn)場對安全管理不到位，問題發(fā)生后，缺乏對問題的回溯能力。傳統(tǒng)的信息化方法在切實有效解決施工現(xiàn)場存在的問題，提高現(xiàn)場管理水平方面還不夠完善[4]。

（2）信息化現(xiàn)狀

傳統(tǒng)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要作用是為業(yè)主、施工、監(jiān)理等各單位提供建設(shè)管理過程的各項數(shù)據(jù)，并且將各類數(shù)據(jù)留存后形成竣工資料，各類采集、填寫的數(shù)據(jù)未做到合理利用，未對項目后期養(yǎng)護(hù)、管理過程提供幫助，缺乏數(shù)據(jù)應(yīng)用措施[5]。

高速公路建設(shè)與運(yùn)營是兩個差異巨大的階段，在高速公路從建設(shè)轉(zhuǎn)向收費(fèi)運(yùn)營的過程中，建設(shè)期間的數(shù)據(jù)遺失已成為普遍現(xiàn)象，其結(jié)果造成現(xiàn)階段運(yùn)營高速的養(yǎng)護(hù)無法實現(xiàn)問題責(zé)任追溯以及獲取相關(guān)養(yǎng)護(hù)部位的建設(shè)數(shù)據(jù)資料，難以實現(xiàn)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策的長遠(yuǎn)目標(biāo)[6]。

2.2 高速公路項目建設(shè)管理需求

2.2.1 項目管理需求

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理不能及時掌握現(xiàn)場施工情況，缺乏對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時了解，在施工建設(shè)的項目管理上存在一定的漏洞與隱患[7]。而新形勢下的項目管理需要通過建設(shè)項目管理中心，實現(xiàn)對項目施工的實時監(jiān)測預(yù)警與統(tǒng)計分析，提升管理效率[8]。

2.2.2 監(jiān)督指導(dǎo)需求

新形勢對項目生產(chǎn)與監(jiān)督指導(dǎo)的需求不斷提高，需要通過項目管理中心的建設(shè)，實現(xiàn)行業(yè)專家、業(yè)務(wù)管理部門對施工現(xiàn)場復(fù)雜工藝的指導(dǎo)，對現(xiàn)場施工實行全天候、全過程監(jiān)控，促進(jìn)項目管理方式由傳統(tǒng)向現(xiàn)代，由封閉向開放，由非標(biāo)向標(biāo)準(zhǔn)的、規(guī)范的方向轉(zhuǎn)變[9]。

2.2.3 體系建設(shè)需求

現(xiàn)階段項目現(xiàn)場端信息化水平較低，數(shù)據(jù)資源獨立、分散，未形成規(guī)范、統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。為實現(xiàn)項目建設(shè)全過程統(tǒng)一化、規(guī)范化管理，需建立相應(yīng)管理制度及信息化管理體系。

3 川高系統(tǒng)高速公路建設(shè)管理平臺

3.1 總體架構(gòu)

川高系統(tǒng)高速公路建設(shè)管理平臺業(yè)務(wù)層向下聯(lián)結(jié)施工過程中智能終端以及數(shù)據(jù)融合集成平臺；中間利用橫向云平臺、融合通信、人工智能、大數(shù)據(jù)、視頻、地理信息、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)組成的數(shù)字管理平臺；基礎(chǔ)設(shè)施和感知層向上提供服務(wù)能力支撐智慧應(yīng)用，總體架構(gòu)見圖1。

圖1 總體架構(gòu)圖

3.2 軟件功能

川高系統(tǒng)高速公路建設(shè)管理平臺軟件包含內(nèi)網(wǎng)首頁、進(jìn)度控制、項目信息、合同管理、設(shè)計變更、計量管理（含路基、路面、機(jī)電、房建各標(biāo)段）、質(zhì)量管理、政策法規(guī)、績效考核、安全生產(chǎn)、投資管理、工程建設(shè)、項目資料、科學(xué)研究、資料庫等模塊。

3.3 應(yīng)用目的

（1）資金撥付高效化

工程建設(shè)過程中，項目資金的審批權(quán)力往往集中在個人手中，缺乏相應(yīng)監(jiān)督管理，使資金支付透明化降低。通過應(yīng)用網(wǎng)上計量支付功能，使各個審核環(huán)節(jié)及時間都能在網(wǎng)上查詢，相對于紙質(zhì)操作節(jié)省了大量時間，不僅可以快速完成計量簽署，提高支付效率，還實現(xiàn)了支付的透明運(yùn)行，減少了由于資金撥付不及時導(dǎo)致的工程進(jìn)度延期情況的發(fā)生。

（2）造價控制嚴(yán)格化

對工程設(shè)計變更進(jìn)行動態(tài)化管理，通過在網(wǎng)上公開變更全過程（包括理由、流程、結(jié)果、文件）等，避免了隨意變更設(shè)計情況的發(fā)生。全面接受社會監(jiān)督，嚴(yán)格控制工程造價，減少弄虛作假現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）工程建設(shè)信息即時化

結(jié)合指揮部加強(qiáng)工地現(xiàn)場質(zhì)量、安全、監(jiān)控等要求，基于現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行功能調(diào)整升級，應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著力打造基于物聯(lián)網(wǎng)的施工管理平臺，保證數(shù)據(jù)實時性和真實性。施工管理平臺功能包括監(jiān)控視頻數(shù)字化、預(yù)應(yīng)力張拉檢測智能化。通過基于物聯(lián)網(wǎng)施工管理平臺的建設(shè)，從全方位、多層次角度出發(fā)，達(dá)到對高速公路施工實時精細(xì)化監(jiān)控管理的目標(biāo)，及時糾正重點施工環(huán)境和部位的質(zhì)量問題，保障項目施工全過程的安全狀態(tài)，爭取實現(xiàn)安全創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)。

4 樂西高速數(shù)字化應(yīng)用

4.1 全要素數(shù)字模型構(gòu)建

（1）地質(zhì)專業(yè)

在地質(zhì)數(shù)據(jù)庫里，錄入地勘數(shù)據(jù)資料、鉆孔數(shù)據(jù)資料等，根據(jù)錄入的地質(zhì)數(shù)據(jù)和DEM，地質(zhì)專業(yè)通過自動和手動的方式建立地質(zhì)分界面，形成地質(zhì)三維模型，見圖2。

圖2 三維地質(zhì)模型

（2）線路專業(yè)

線路設(shè)計人員基于測繪數(shù)據(jù)，在DEM上通過二次開發(fā)的方式將路線數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換成BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到建設(shè)管理系統(tǒng)中，將其保存在中心服務(wù)器上供其他專業(yè)調(diào)用。線路模型的平縱多方案可實時切換、比選，為后續(xù)的工程量統(tǒng)計、三維模型更新帶來極大便利，從而快速實現(xiàn)項目的多方案比選。

（3）路基專業(yè)

路基專業(yè)基于線路專業(yè)的數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)路基與線路的關(guān)聯(lián)，通過自定義標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，基于DEM和路線模型，生成路基模型。由于與路線的關(guān)聯(lián)，只需更改對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面模板和路線，便能實時更新路基模型。

（4）橋隧專業(yè)

橋隧專業(yè)基于線路專業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)橋梁與線路的關(guān)聯(lián)，通過自定義參數(shù)化構(gòu)件創(chuàng)建各類參數(shù)構(gòu)件庫（見圖3），開展橋梁設(shè)計和建模工作，所有常規(guī)橋梁均可參數(shù)化、自動化建模，并將階段性成果和最終的設(shè)計成果提交到中心服務(wù)器上供其他專業(yè)調(diào)用。

圖3 橋隧構(gòu)件庫

4.2 BIM系統(tǒng)應(yīng)用

BIM系統(tǒng)在高速公路工程項目的全生命周期階段，一直是模型可視化、施工數(shù)據(jù)集成查看、施工進(jìn)度計劃跟蹤、設(shè)計文件在線管理的重要工具，其包含電子沙盤、進(jìn)度管理、設(shè)計變更、計量管理等多個重要功能模塊。

（1）電子沙盤

電子沙盤為BIM系統(tǒng)模塊的核心功能，將構(gòu)件級數(shù)據(jù)進(jìn)行高效關(guān)聯(lián)，通過電子沙盤，可進(jìn)行模型查看、數(shù)據(jù)測量、模型篩選、地形透視、行車漫游等操作。圖4為電子沙盤功能展示。

圖4 電子沙盤

（2）進(jìn)度管理

進(jìn)度管理菜單包括三個模塊：年度計劃、進(jìn)度填報、形象進(jìn)度。年度計劃展示該構(gòu)件所在標(biāo)段年產(chǎn)值計劃，默認(rèn)顯示最近填報的一年。進(jìn)度填報展示該構(gòu)件所在標(biāo)段最近填報的月進(jìn)度填報表。形象進(jìn)度展示工程形象進(jìn)度中四類統(tǒng)計表格。

（3）設(shè)計變更

設(shè)計變更菜單中包含變更信息和變更匯總表兩部分。變更信息將顯示該構(gòu)件的相關(guān)變更文件。在變更匯總表處，列出該構(gòu)件所在標(biāo)段的所有變更報表，見圖5。

圖5 設(shè)計變更功能

（4）質(zhì)檢評定

質(zhì)檢評定模塊將顯示該構(gòu)件的開工報告、工序檢驗（施工）、交工評定（施工）、工序檢驗（監(jiān)理）、交工評定（監(jiān)理），共5類質(zhì)檢評定表格。通過應(yīng)用此功能，可隨時了解項目各部件及施工工序的質(zhì)量評定情況，有助于項目質(zhì)量綜合管理。

4.3 數(shù)字化交付的應(yīng)用

結(jié)合樂西高速公路，應(yīng)用高速公路全要素協(xié)同數(shù)字孿生智能建管一體化平臺，進(jìn)行數(shù)字化竣工交付。

（1）模型的交付

為滿足運(yùn)維后期需要，實現(xiàn)資產(chǎn)的數(shù)字化管理，在交付過程中需對各設(shè)施設(shè)備的數(shù)字信息進(jìn)行收集與管理，形成數(shù)字資產(chǎn)，便于后期維護(hù)。具體項目組成包括：幾何模型、現(xiàn)場實景影像資料（可通過APP移動端采集，并關(guān)聯(lián)相關(guān)視點）、數(shù)據(jù)收集導(dǎo)入、檔案資料收集導(dǎo)入等。

（2）影像資料的交付

參建方應(yīng)負(fù)責(zé)材料、設(shè)備資料的收集及各類檢測的現(xiàn)場拍攝記錄等；在現(xiàn)場實施中負(fù)責(zé)對工程質(zhì)量、隱蔽工程及工序、分部分項工程驗收過程、現(xiàn)場安全文明以及反索賠事件、涉及造價變更的現(xiàn)場實施過程進(jìn)行周期性的拍攝記錄。須按相應(yīng)的拍攝標(biāo)準(zhǔn)，階段性地將現(xiàn)場影像資料上傳到平臺供后期調(diào)用。

（3）文檔資料的交付

設(shè)施設(shè)備的文檔、現(xiàn)場變更文件、竣工圖紙等，需按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、格式進(jìn)行命名，上傳至平臺，并與模型進(jìn)行數(shù)字化關(guān)聯(lián)。

通過BIM承載平臺，承載數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)格式不相同的環(huán)境模型和工程模型，使全線模型可以快速瀏覽與查看，實現(xiàn)輕量化的BIM承載平臺可廣泛應(yīng)用于公路工程項目三維模型的展示、溝通、協(xié)調(diào)和匯報。

5 結(jié)語

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)路網(wǎng)的擴(kuò)大及信息技術(shù)高速發(fā)展，智能建造成為高速公路建設(shè)的發(fā)展趨勢，越來越多技術(shù)手段可供選擇。以樂西高速公路為例，應(yīng)用川高系統(tǒng)高速公路建設(shè)管理平臺進(jìn)行項目全周期、全要素數(shù)字化管理，有效提高了施工管理水平，減少了施工風(fēng)險，縮短了施工工期，向“智慧工地”建設(shè)目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。