BIM技術(shù)在高速公路工程施工管理中的應(yīng)用

武楊楠

(山西交通控股集團(tuán)有限公司運(yùn)城南高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044000)

0 前 言

高速公路項目施工工序復(fù)雜，且建筑周期過長，因此一直以來都難以較為精準(zhǔn)地對其施工成本及質(zhì)量進(jìn)行控制。而隨著BIM技術(shù)在高速公路項目中的大范圍使用，可以有效地在工程建設(shè)期內(nèi)對施工項目進(jìn)行監(jiān)管，解決了以往一直困擾施工人員的問題。正因如此，交通運(yùn)輸部于2017年12月印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程應(yīng)用BIM技術(shù)的指導(dǎo)意見》，旨在全面提高工程建設(shè)質(zhì)量，為行業(yè)發(fā)展提供源源不絕的動力。

1 工程概況

山西省某繞城高速公路工程全長13.042 km，其中涉及到大型橋梁工程6座，總建筑長度1 784.5 m；中型橋梁工程7座，總建筑長度406.2 m；特大型橋梁工程1座，建筑長度1 591.58 m。另包含匝道橋6座、箱涵19道、互通立交3處、圓管涵46道，以及服務(wù)區(qū)1座。工程開展期間，挖方路段工程總量為7.5萬m3，填方路段工程總量289萬m3，建筑周期為26個月。

2 施工方案優(yōu)化

2.1 原設(shè)計方案

項目開展期間，為了遵循“綠色建筑”理念，避免對當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成較大改變，本工程在充分征求山西省某縣級政府意見后，決定采用60 km/h的設(shè)計時速來對高速公路的施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。其中主線路段為雙向四車道，每條行車道寬度為2×3.75 m，路基寬24.5 m，中間設(shè)置1條寬度為1 m的分隔帶，右側(cè)硬路肩寬3 m，與行車道橫坡同為2%，左側(cè)路緣寬0.5 m，土路肩0.75 m，橫坡4%。

2.2 采用BIM技術(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化

采用BIM技術(shù)對施工設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化的過程中，首先利用無人機(jī)測繪技術(shù)來對現(xiàn)場施工路線進(jìn)行模擬，便于BIM系統(tǒng)建立三維立體模型，從而通過碰撞檢測等多項技術(shù)對施工設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。采用無人機(jī)測繪的過程中，需要保證無人機(jī)高度維持在1 000 m左右，將現(xiàn)場地形完整地測繪下來。此外，施工單位需要結(jié)合設(shè)計圖紙、現(xiàn)場地形圖等相關(guān)資料進(jìn)行實(shí)地走訪，并對各個測區(qū)的像控點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，以確保無人機(jī)能夠通過GPS實(shí)時差分PTK設(shè)備沿路線進(jìn)行逐一測繪?，F(xiàn)場控制點(diǎn)間距需要與施工圖紙之間按照1∶1 000的比例進(jìn)行分布，以保證無人機(jī)測繪圖像的精確性。無人機(jī)繪制的本工程實(shí)際施工線路如圖1所示。

圖1 山西省某繞城高速公路示意圖

完成無人機(jī)測繪之后，將保存下來的圖像輸入到BIM系統(tǒng)中，形成立體的三維結(jié)構(gòu)模型，并利用VR技術(shù)對該施工現(xiàn)場全貌進(jìn)行模擬，從而對材料堆放區(qū)域、鋼筋加工場以及現(xiàn)場指揮中心等區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃。同時，在施工現(xiàn)場各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處安裝監(jiān)測設(shè)備，以便于后期施工對公路項目實(shí)施平臺化管理。隨后施工單位即可基于無人機(jī)測繪的二維空間平面圖設(shè)置3D數(shù)字沙盤結(jié)構(gòu)，以便對原定施工設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化[1]。

該繞城高速公路項目通過3D數(shù)字沙盤實(shí)現(xiàn)，原定設(shè)計方案在建設(shè)開展期間會占用原有城區(qū)的一部分使用土地，為了響應(yīng)國家“綠色建筑”號召，減少施工過程中的成本損耗以及相關(guān)影響，本工程對設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，具體措施為沿城區(qū)已有公路部分設(shè)置高架橋建筑，在已有公路中間及其沿線兩側(cè)分別設(shè)置寬度為3 m的橋墩，建成后的高架橋公路雙向道路中央預(yù)留出3 m寬的中央分隔帶，如此一來不僅可以減少對舊城區(qū)的占用面積，而且避免了施工期間需要對路面以及地下管線設(shè)施進(jìn)行重建工作，縮小了施工成本。另外，此工程原設(shè)計方案中公路主干線主要集中于道路的東西兩側(cè)，并設(shè)置了較小的平面半徑R=300 m平曲線用于橫跨公路交叉口。調(diào)整后將高速公路匝道轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置為320 m，使其通往高架橋時的公路跨徑達(dá)到80 m，從而減少了對該項目原有區(qū)域地塊的分割。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后的建筑工程方案如表1所示。

表1 優(yōu)化設(shè)計方案對比

通過以上方案可以看出，經(jīng)過調(diào)整后的施工設(shè)計方案對于城區(qū)造成的影響得到了進(jìn)一步縮小，原定計劃中用于舊城區(qū)拆遷及改建的成本支出大約在3 210.2萬元，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后支出成本縮小至2 660.6萬元，并且經(jīng)過調(diào)整后的方案由于使用了一部分原有公路的建筑基礎(chǔ)，因此在工程造價、景觀協(xié)同以及道路排水設(shè)施方面更加經(jīng)濟(jì)合理。此外該工程還使用了BIM碰撞檢測技術(shù)，對原有施工方案中的鋼筋、梁體鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)應(yīng)力管道等構(gòu)件進(jìn)行了碰撞檢測，共發(fā)現(xiàn)了8處不合理碰撞點(diǎn)，于是在調(diào)整梁體鋼筋位置后對以上幾處碰撞點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)核，成功排除了施工中可能出現(xiàn)的設(shè)計變更問題，進(jìn)一步保證了施工質(zhì)量的有效提升。

3 施工質(zhì)量控制

除了在施工開展之前對項目設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化之外，BIM技術(shù)獨(dú)特的建筑優(yōu)勢是可以貫穿整個項目建設(shè)周期進(jìn)行質(zhì)量管理。由于該繞城高速公路項目中設(shè)計到的排水、橋梁、管涵眾多，為了保證各個建筑項目參數(shù)不會出錯，在施工開展期間質(zhì)量管理人員可以隨時使用智能移動終端設(shè)備對建筑工程構(gòu)件進(jìn)行拍攝，將保存下來的圖像上傳至BIM數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，與3D沙盤中的立體模型進(jìn)行重疊對比，可以保證工程構(gòu)件的建筑參數(shù)準(zhǔn)確無誤，從而避免了施工后期進(jìn)行大范圍返工造成的損失。除此之外，在設(shè)計某些管涵構(gòu)件的施工時，也可以由BIM系統(tǒng)直接向管涵的生產(chǎn)廠家運(yùn)輸至管道的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，由其進(jìn)行統(tǒng)一預(yù)制后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，不僅提高了施工效率，而且避免了人工操作容易產(chǎn)生誤差的情況[2]。

4 施工進(jìn)度控制

使用BIM技術(shù)對工程項目進(jìn)行管理時，施工單位可以將每一道工序分為若干節(jié)點(diǎn)，穿插時間要素來建立BIM 4D模型，從而對施工過程實(shí)施動態(tài)監(jiān)管。在這一模式下，BIM平臺可以自動對施工過程進(jìn)行模擬，結(jié)合人力、機(jī)械、材料等不同要素來計算施工周期的長短。并且在此過程中如果出現(xiàn)人工手動調(diào)整進(jìn)度計劃，則系統(tǒng)會做出相關(guān)反應(yīng)，對后續(xù)的施工進(jìn)度進(jìn)行自動更新調(diào)整，并在現(xiàn)場進(jìn)度與原定計劃之間無法進(jìn)行重疊時，向人工發(fā)出提示和提供相應(yīng)的調(diào)整變動方案[3]。

5 施工成本管理

加入成本信息要素的BIM 5D管理系統(tǒng)，首先可以根據(jù)人工輸入的主要建筑材料來自動核算施工成本，其核算依據(jù)是根據(jù)3D數(shù)字沙盤中模擬的建筑工程總量來進(jìn)行計算，不僅能夠保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且BIM 5D管理系統(tǒng)還能夠支持與大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行連接，收集建筑市場中的價格信息來核算工程的最低建筑成本，不僅能夠幫助施工單位更好地使用資金，而且能夠精準(zhǔn)地幫助人工制定各類資源的配置計劃，保證在最大限度上減少不必要的資源浪費(fèi)。此外，當(dāng)建材市場某一主要建筑材料的價格數(shù)據(jù)出現(xiàn)變化時，系統(tǒng)會同步更新成本數(shù)據(jù)，以便于施工單位能夠?qū)こ坛杀緦?shí)施動態(tài)化管理[4]。

6 施工部門人員管理

6.1 BIM技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用

本工程以BIM技術(shù)作為創(chuàng)新測試項目，檢測現(xiàn)場管理部門對于BIM技術(shù)應(yīng)用的熟練程度。通過前期集中培訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)、業(yè)務(wù)拓展來開發(fā)管理部門全新的工作思路，創(chuàng)造出了一種契合企業(yè)發(fā)展需求的工作思路。該管理部門通過小組成員結(jié)合BIM技術(shù)多次協(xié)商研討，最終實(shí)現(xiàn)了“一套集成模型，一個共用平臺，服務(wù)多個部門”的工作目標(biāo)，使得項目管理效率得到顯著提升。

6.2 強(qiáng)化技術(shù)儲備

本工程雖然最終形成了一套成熟的工作方案，但是由于是獨(dú)立進(jìn)行的工作項目，對于一些系統(tǒng)軟件的應(yīng)用技術(shù)尚未達(dá)到令人滿意的熟練程度，因此，技術(shù)力量依舊成為了限制工作效率提升的主要因素。為了彌補(bǔ)這一缺陷，本工程在后期采用與高校進(jìn)行校企合作的方式，引入國內(nèi)高端的科研力量來共同開展BIM管理技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，從而為企業(yè)儲備了大批優(yōu)秀的技術(shù)人才。

6.3 加強(qiáng)部門聯(lián)動

在BIM管理平臺的支撐下，本工程最終改變了以往傳統(tǒng)的管理工作模式，各個部門之間更新工作理念，主動在工作中展開協(xié)同互助，從而在真正意義上完善了BIM管理應(yīng)用模型。例如物資管理、0號臺賬利用、試驗數(shù)據(jù)管理、征拆情況統(tǒng)計、工程量計算、成本分析等，均實(shí)現(xiàn)了多個部門協(xié)同聯(lián)動，使得工作效率得到了顯著提升。

7 結(jié) 語

本文首先結(jié)合無人機(jī)測繪技術(shù)討論了利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行施工設(shè)計優(yōu)化的巨大優(yōu)勢，并依據(jù)工程實(shí)例證明了其可以有效減少高速公路項目對城鎮(zhèn)居民環(huán)境所造成的影響，進(jìn)而分別討論了BIM技術(shù)在成本管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理這三個方面的建筑優(yōu)勢，希望能夠?qū)π袠I(yè)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

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