高速公路建設(shè)管理BIM技術(shù)應(yīng)用解決方案

鄒德斌

武漢港口集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 431400

BIM技術(shù)自1975年美國(guó)喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授提出以后，已在全球發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)靡使用。我國(guó)住建部于2014年發(fā)文推廣BIM技術(shù)，交通運(yùn)輸部也于2017年發(fā)文推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)、檢測(cè)維護(hù)管理全生命周期的應(yīng)用，并推出了5個(gè)示范工程。幾年時(shí)間過(guò)去了，BIM技術(shù)在高速公路上的應(yīng)用并不理想，大部分應(yīng)用還停留在動(dòng)畫(huà)演示、或設(shè)計(jì)時(shí)建立部分構(gòu)造模型、施工期的進(jìn)度形象展示等的部分或階段應(yīng)用。

為解決這些問(wèn)題，本文結(jié)合我們?cè)贐IM技術(shù)應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)凚IM技術(shù)在高速公路施工應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)[1-2]。

1 應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性

1.1 國(guó)家政策的支持

1.1.1 國(guó)家國(guó)務(wù)院的指導(dǎo)意見(jiàn)

2017年2月《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》中指出，要“加快推進(jìn)建筑信息模型(BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理,為項(xiàng)目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù),促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效”。

1.1.2 交通運(yùn)輸部的指導(dǎo)意見(jiàn)

2017年1月，交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)推進(jìn)智慧交通發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017-2020年)中明確指出,“到2020年逐步實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：在基礎(chǔ)設(shè)施智能化方面，推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)、檢測(cè)維護(hù)管理全生命周期的應(yīng)用，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和管理水平大幅度提升?！?/p>

1.2 高速公路BIM技術(shù)應(yīng)用必要性

越是復(fù)雜的項(xiàng)目，應(yīng)用BIM技術(shù)產(chǎn)生的效益就越大。在高速公路中使用BIM技術(shù)，既有國(guó)家政策支持，又有示范工程和要求，各省市也陸續(xù)的在一些項(xiàng)目中使用。既然BIM技術(shù)可以節(jié)約成本和提高管理效率，那么要怎么做才能做到這些呢？它到底能為作為投資方的業(yè)主作些什么？首先我們來(lái)看在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，業(yè)主方最關(guān)心的問(wèn)題是什么：

業(yè)主最關(guān)心的問(wèn)題主要有：1）安全；2）質(zhì)量；3）進(jìn)度（工期）；4）投資控制；5）環(huán)保；6）責(zé)任追蹤；7）不滋生腐??；8）暢通的協(xié)同協(xié)調(diào)；9）快速的交工驗(yàn)收及竣工決算。上述這些問(wèn)題都可以通過(guò)BIM技術(shù)很方便的一一解決。

2 應(yīng)用BIM技術(shù)的可行性

2.1 安全問(wèn)題

在施工全過(guò)程中，要堅(jiān)決杜絕重大安全事故，盡量減少一般事故，最好不出現(xiàn)任何安全事故。要做到這一點(diǎn)，可以采取下列措施：

1）把所有安全源與BIM模型中的構(gòu)件和（或）相應(yīng)施工工序相關(guān)聯(lián)，在施工這個(gè)構(gòu)件或作這道工序前隨時(shí)查看該道工序或構(gòu)件施工時(shí)有什么樣的安全風(fēng)險(xiǎn)，以便提前做好安全準(zhǔn)備。

2）某些安全風(fēng)險(xiǎn)比較大的施工工序或工項(xiàng)，可以通過(guò)BIM模型的漫游動(dòng)畫(huà)對(duì)參與人員進(jìn)行反復(fù)、生動(dòng)的安全教育。

3）對(duì)某些固定的危險(xiǎn)源，如隧道施工中用的炸藥存放點(diǎn)，可以通過(guò)設(shè)電子圍欄和人臉識(shí)別的判斷，對(duì)非法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的人員實(shí)施警告、報(bào)警和驅(qū)離。

通過(guò)以上措施，可以很好地保證避免安全事故的發(fā)生[3]。

2.2 質(zhì)量問(wèn)題

1）首先必須從源頭抓起，試想如果一個(gè)工程從開(kāi)始施工到交工驗(yàn)收都沒(méi)有任何設(shè)計(jì)變更，那么這個(gè)工程會(huì)不會(huì)比－邊施工一邊設(shè)計(jì)變更的工程質(zhì)量更好呢?另外，如果設(shè)計(jì)時(shí)把對(duì)工程的各種制約或影響因素都考慮到了，那么這個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量是不是更高呢？通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)階段可以做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，即可達(dá)到上述效果[4]。

2）在施工階段，對(duì)工程質(zhì)量影響最大的主要問(wèn)題是人、機(jī)、料、環(huán)、法，如果解決好了這幾個(gè)問(wèn)題，對(duì)工程質(zhì)量的保證就上了一把保險(xiǎn)鎖[5]。解決方法是：

①對(duì)參與人員堅(jiān)持持證上崗，用合適的人做該做的事。BIM協(xié)同管理平臺(tái)能通過(guò)人臉識(shí)別功能對(duì)參與人員的身份進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證，再與BIM模型上的相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)比較，并自動(dòng)判斷是否是報(bào)備的人員和合適的施工人員，否則會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告。

②機(jī)械在進(jìn)場(chǎng)時(shí)需要提供合格證、保養(yǎng)證等必要的證書(shū)以證明進(jìn)場(chǎng)機(jī)械是合格的，以此保證工程的質(zhì)量，并將機(jī)械的使用情況與BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)。

③在使用材料前，除了必須有出廠合格證外，還必須有監(jiān)理實(shí)驗(yàn)室或（和）施工方實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)合格證，只有合格的材料才能在工程中使用。所有合格證和實(shí)驗(yàn)資料也必須與BIM模型相關(guān)構(gòu)件（即這批材料建造的構(gòu)件）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便日后追蹤。

④對(duì)環(huán)境（在這里只考慮自然環(huán)境）條件有要求的工序或工項(xiàng)單獨(dú)列出并與相應(yīng)的BIM構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，當(dāng)施工人員違背這些條件施工該構(gòu)件時(shí)，BIM協(xié)同管理平臺(tái)會(huì)發(fā)出警告。例如雨天施工路基或澆筑混凝土，又如混凝土養(yǎng)生條件不夠或時(shí)間不夠時(shí)，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉等這些不適宜施工的情況都是限制條件。這些都可以通過(guò)攝像或無(wú)人機(jī)采集的信息與BIM模型相關(guān)聯(lián)的要求條件進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)不符合條件仍在施工者則予以報(bào)警并要求立即停工。

⑤對(duì)于施工工法，其方法是否經(jīng)濟(jì)、合理，是否可行，是否有安全風(fēng)險(xiǎn)等，均可通過(guò)BIM模型事先進(jìn)行虛擬建造，以便找出最優(yōu)最經(jīng)濟(jì)的工法，從而達(dá)到既節(jié)約成本又提高質(zhì)量的目的。

⑥對(duì)工程全過(guò)程的質(zhì)量，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝像、拍照或無(wú)人機(jī)采樣等手段獲得信息與BIM模型進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于個(gè)別質(zhì)量要求較高的局部，如裝配式橋梁連接處或鋼結(jié)構(gòu)加工，可以通過(guò)3D激光掃描點(diǎn)云形成模型與原模型進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品當(dāng)即進(jìn)行糾正或重建處理，以此確保工程質(zhì)量。

有了上面這些強(qiáng)有力的措施，相信工程質(zhì)量完全可以得到保證。

2.3 工程進(jìn)度

進(jìn)度、質(zhì)量、成本甚至安全問(wèn)題經(jīng)常是互相影響。作為業(yè)主，最希望能在不增加投資、不出現(xiàn)安全事故、保證質(zhì)量的情況下能按時(shí)完工，甚至提前完工、交工。要做到這一點(diǎn)，必須保證工程實(shí)際進(jìn)度是按計(jì)劃進(jìn)度在進(jìn)行。

通過(guò)BIM模型＋時(shí)間維度，可以推演每一天的施工進(jìn)度，讓業(yè)主和工程各參與方實(shí)時(shí)形象地了解工程進(jìn)度（直接觀看BIM模型）或提前了解工程形象進(jìn)度。

2.4 投資控制

如果項(xiàng)目的設(shè)計(jì)變更多了，難免可能超過(guò)投資預(yù)算，把握住了設(shè)計(jì)變更這一關(guān)，相信就能控制好投資。特別是經(jīng)過(guò)了精細(xì)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，更容易把控住投資關(guān)。眾所周知，影響工程投資最大的因素是方案，如果前期方案階段就使用BIM技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，那這個(gè)投資一定是最優(yōu)的投資。因此BIM技術(shù)最大的價(jià)值在于工程的全過(guò)程應(yīng)用和參與工程的各方全員參加。

2.5 環(huán)境保護(hù)

“綠水青山就是金山銀山”。如何少破壞或不破壞生態(tài)，如何不讓水土流失？這是環(huán)保課題中首要考慮的問(wèn)題。其次是工程中盡可能多的使用再生資源和材料，再就是施工中盡可能少的產(chǎn)生噪音、揚(yáng)塵、和污水等對(duì)環(huán)境有影響的物質(zhì)。

通過(guò)BIM+GIS+AIOT可以很方便地解決或控制上述問(wèn)題。BIM+GIS的應(yīng)用不僅可以讓方案最優(yōu)，投資最少，還可以做到土石方的填挖平衡，生態(tài)環(huán)境破壞最小。通過(guò)BIM+AIOT可以監(jiān)控污水（泥漿）、噪音等對(duì)環(huán)境的影響并加以控制。

2.6 責(zé)任追蹤

任何人都不希望工程出現(xiàn)安全、質(zhì)量等方面的問(wèn)題，但是一旦出現(xiàn)問(wèn)題，責(zé)任是否清楚？通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中與安全、質(zhì)量等有關(guān)的資料與BIM模型一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)，當(dāng)某一部分或某個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)了問(wèn)題，其責(zé)任是誰(shuí)就可以一目了然，這可以避免很多扯皮推諉的事情發(fā)生。

2.7 不滋生腐敗

通過(guò)BIM及協(xié)同管理平臺(tái)的應(yīng)用，幾乎沒(méi)有設(shè)計(jì)變更（由于地質(zhì)變化產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變更除外），可以實(shí)現(xiàn)工程量跟工程造價(jià)的精確計(jì)算。通過(guò)BIM及協(xié)同管理平臺(tái)的應(yīng)用，可以保證工程項(xiàng)目建設(shè)和管理的監(jiān)督無(wú)死角，建立更加公開(kāi)透明的檢查與監(jiān)督機(jī)制。事實(shí)證明BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目在投資建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中信息公開(kāi)和透明的有效方法和工具。所有的事情都透明了，就沒(méi)有暗箱操作的空間，也就沒(méi)有腐敗滋生的土壤了。

2.8 暢通的協(xié)同協(xié)調(diào)

BIM技術(shù)最大特點(diǎn)之一就是信息傳遞和信息共享，項(xiàng)目各參與方都在同一平臺(tái)、同一模型上獲取同樣的信息，避免了歧義，減少了許多溝通時(shí)間和成本。

2.9 快速的交工驗(yàn)收及竣工決算

以前很多項(xiàng)目完工通車(chē)后，長(zhǎng)時(shí)間不能進(jìn)行交（竣）工驗(yàn)收，究其原因是很多與項(xiàng)目相關(guān)的資料缺失或丟失，有的人為了能交（竣）工驗(yàn)收，不得不對(duì)資料進(jìn)行編造。如果項(xiàng)目所有有用信息跟資料均在協(xié)同管理平臺(tái)上與模型構(gòu)件直接關(guān)聯(lián)，也就是與項(xiàng)目相關(guān)的所有有用資料均集成在項(xiàng)目模型上，此時(shí)不僅不需要到處拼湊資料，還可直接按竣工文檔要求一鍵生成竣工文件，這樣就可快速進(jìn)行交工驗(yàn)收工作。此外，在工程竣工決算時(shí)，也可直接從模型導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)量和財(cái)務(wù)資料，輔助進(jìn)行竣工決算。

在項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)除了能為業(yè)主解決上述問(wèn)題外，還可以有以下收獲：

1)在設(shè)計(jì)階段使用算量BIM模型，除了設(shè)計(jì)單位能利用其做概、預(yù)算外，還可以為業(yè)主直接生成施工招標(biāo)所用的工程量清單，并在施工全過(guò)程可以自動(dòng)計(jì)量計(jì)價(jià)，并將其自動(dòng)與相應(yīng)構(gòu)件關(guān)聯(lián)，為日后進(jìn)行造價(jià)比較所用，且所有資料和信息可傳遞到竣工決算階段使用。

2)BIM+GIS再造了一個(gè)道路、橋梁、隧道等構(gòu)造物與周邊地形、地貌、地物以及它們之間的關(guān)系，將項(xiàng)目全過(guò)程所有有用信息全部注入模型，相當(dāng)于給予了它靈魂，使得虛擬道路不僅各方面都與實(shí)物相同，而且還多了靈氣和生氣（即數(shù)字孿生）。并將伴隨著項(xiàng)目的全生命周期，即在運(yùn)維階段的模型及信息利用和全過(guò)程管理。

3)結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)，可以對(duì)一些特殊結(jié)構(gòu)如橋梁、隧道和高邊坡等埋設(shè)傳感器，以便在運(yùn)維階段對(duì)其進(jìn)行更好的監(jiān)控，使得這些構(gòu)造物“病”了知道能叫“疼”，并對(duì)其進(jìn)行未“病”先防，未“病”先治，這樣這些構(gòu)造物就會(huì)“活”得更久。這也是BIM+GIS+AIOT應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并且可以可視化監(jiān)管。

4)通過(guò)BIM+協(xié)同管理平臺(tái)的應(yīng)用不僅使管理更加方便、更加直觀（可以在大屏的駕駛艙直接了解項(xiàng)目的相關(guān)情況，如進(jìn)度、已完成的投資額、參與的人員等），還可以提高對(duì)項(xiàng)目的管控效率和提高管理水平。

5)美國(guó)斯坦福大學(xué)根據(jù)美國(guó)32個(gè)項(xiàng)目總結(jié)了使用BIM技術(shù)產(chǎn)生的巨大效益：

①消除約40%預(yù)算外變更；②計(jì)量時(shí)間縮短80%，誤差在3%以?xún)?nèi)；③成本降低10%（目前中國(guó)建筑業(yè)近五年平均利潤(rùn)在2.8%-3.3%之間）；④工程工期平均縮短7%。

3 怎么讓BIM技術(shù)價(jià)值最大化

毫無(wú)疑問(wèn)，BIM技術(shù)在工程的全生命周期應(yīng)用和項(xiàng)目各參與方全員參與時(shí)其價(jià)值是最大的，并且還必須以業(yè)主（項(xiàng)目管理方）為主導(dǎo)。除此之外，還離不開(kāi)以下幾個(gè)重要因素:

1)業(yè)主應(yīng)用BIM技術(shù)的決心；

2)應(yīng)用BIM技術(shù)的專(zhuān)項(xiàng)資金；

3)一套BIM項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)；

4)一個(gè)基于BIM的協(xié)同管理平臺(tái)；

5)一個(gè)專(zhuān)業(yè)的BIM管理咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)。

此外，尚需業(yè)主和施工各參與方有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，施工方有專(zhuān)門(mén)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)施工過(guò)程的BIM建模和信息掛接。管理咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)可由業(yè)主派遣，也可聘請(qǐng)第三方擔(dān)任。管理咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)一定要有路橋工程設(shè)計(jì)或施工和相應(yīng)的管理經(jīng)驗(yàn)、且BIM技術(shù)水平較高的團(tuán)隊(duì)擔(dān)綱，其職責(zé)主要有：根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)編寫(xiě)B(tài)IM實(shí)施指南，編寫(xiě)B(tài)IM項(xiàng)目應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用目標(biāo)。根據(jù)合同（或?yàn)闃I(yè)主起草BIM合同）要求，在施工全過(guò)程協(xié)調(diào)各方的BIM應(yīng)用，或?qū)Ω鞣紹IM應(yīng)用提出合理化建議、對(duì)各方的BIM進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，保證交工（竣工）時(shí)交給業(yè)主合格的數(shù)字資產(chǎn)用于運(yùn)維。因此BIM管理咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)不僅要有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、工程管理經(jīng)驗(yàn)，還必須對(duì)BIM的各種軟件非常熟悉、有豐富的建模經(jīng)驗(yàn)、有基于BIM的協(xié)調(diào)管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、同時(shí)還必須有編寫(xiě)B(tài)IM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于協(xié)同管理平臺(tái)，既可以是項(xiàng)目級(jí)平臺(tái)也可以是企業(yè)級(jí)平臺(tái)。如果為項(xiàng)目級(jí)平臺(tái)，既可由業(yè)主采購(gòu)，也可由管理咨詢(xún)方自帶平臺(tái)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)使用和發(fā)展考慮，建議業(yè)主采購(gòu)一個(gè)企業(yè)級(jí)平臺(tái)，可在所有項(xiàng)目中使用，且要求該平臺(tái)嵌入業(yè)主的相關(guān)規(guī)定、文件以及辦事流程等。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)路橋建設(shè)中BIM技術(shù)使用得還不夠多，使用得也不夠好，但隨著各層級(jí)的BIM標(biāo)準(zhǔn)的完善、BIM應(yīng)用軟件的完善、使用BIM技術(shù)提質(zhì)增效意識(shí)的提高和BIM技術(shù)產(chǎn)生的價(jià)值越來(lái)越得到體現(xiàn)，相信在不久的將來(lái)，BIM技術(shù)應(yīng)用的春天就會(huì)到來(lái)，一個(gè)全過(guò)程應(yīng)用BIM技術(shù)、項(xiàng)目參與方全員參與BIM技術(shù)應(yīng)用的局面會(huì)轟轟烈烈來(lái)到。