BIM技術在526國道改建工程建管養全過程中的應用

尹 成 福，陳 小 銳

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526國道岱山段改建公路工程道路全長約29.9 km，由一條主線及兩條支線構成。其中主線長23.64 km，沿線設特大橋2 140 m/2座、大橋2 542 m/9座，中小橋502 m/14座，匝道橋516 m/2座，隧道627 m/2座，設互通立交2處，超限檢測站1處；支線一路線長1.44 km，沿線布設中小橋48 m/1座；支線二路線長4.8 km，沿線布設大橋750 m/1座、中小橋185 m/6座。

BIM應用于526國道岱山段改建工程，通過開發基于BIM的項目管理平臺，建立BIM應用實施整體架構體系，組織專業團隊、軟硬件設施的模擬搭設以滿足各方在不同方面的需求，便于更好地進行項目的管理來達到項目各個階段設定的安全、工期、投資、質量等各項管理目標。筆者詳細論述了BIM技術在526國道改建工程建管養全過程中的應用。

2 BIM技術應用方案

2.1 BIM應用系統平臺

BIM技術條件下的項目管理平臺是實現異構系統間數據集成的關鍵，需要實現與工程建設規模及要求相適應的項目信息集成管理，參建各方的項目工程信息儲存在BIM中心的公共應用平臺系統中，各方通過對該技術的應用，在虛擬平臺中形成了一套精細化的管理模式，實現信息的共享，同時達到無縫管理的效果，通過這種模式，使項目信息在規劃、設計、建造和運營維護全過程得到傳遞和共享，各參與方在從項目概念的產生到最終運營的全壽命周期內都可以操作信息及操作模型進行項目的協同管理工作[1]。

2.2 BIM的實施過程

(1)模型的構建與維護。根據模型構建的劃分原則，使用統一的工程結構分解(EBS)，即按照項目的單位工程、分部工程、分項工程進行施工結構的分解，所制作的模型構建必須使用統一代碼規則以及命名規則[2]，形成統一、有序的整體模型。

(2)施工圖設計模型。根據項目范圍內各專業施工圖(包括隧道、橋梁、互通、機電安裝等)以及設計變更需求，構建并維護項目初始模型。模型的精度采用滿足現場施工圖設計的等級(圖1～3)。

圖1 各種隧道施工模型

圖2 各種混凝土橋梁施工模型

(3)施工圖深化設計模型。根據項目施工組織設計，對各專業施工圖(包括隧道、橋梁、互通、機電安裝等)進行施工深化設計，并對初始模型進行優化調整。模型的精度須滿足現場施工圖紙深化設計的等級。

(4)施工竣工信息模型。在項目施工過程中，按照施工進度跟蹤并采集竣工所需的數據并賦予模型，使竣工數據結構化，動態構建施工竣工信息模型。竣工數據包括：設備、設施、材料的對應品牌、型號、規格、有效期、供貨(或施工)單位信息。模型精度采用竣工驗收等級。

圖3 各種鋼管拱橋施工模型

2.3 前期調研與準備工作

為了保證所策劃的項目任務順利進行，實現管理與BIM技術的結合，前期的調研工作必不可少。根據調研到的實際情況撰寫調研報告，反映客觀真實情況，各方根據調研報告進行討論修改，從而為今后的實施做鋪墊和基礎。在調研的基礎上提交相關成果：如實施項目的調研報告、項目的執行計劃及相關BIM技術標準的制定(建模、維護、應用)等。

2.4 勘察、施工圖設計階段的BIM應用

(1)場地現狀仿真及應用。根據合同約定的勘察工作(巖土工程詳勘、專項勘察、施工階段為設計服務的補充勘察等)成果，結合航拍、GIS技術進行地形、建模及隧道及橋梁主體、隧道結構周邊關鍵建筑物的建模及模型應用工作，以可視化的手段展示工程的地質環境，辨識出現場施工對周邊構造物是否產生影響，輔助并指導項目人員進行施工技術及安全方案的編制以及施工風險分析。

(2)多專業協同設計。通過BIM多專業協同設計提高設計效率和工作質量，采用三維設計方式開展施工圖設計，形成整體工程模型并進行模型合模及優化調整，實現通過工程模型全專業出圖[3]。

(3)可視化設計。通過BIM技術的可視化設計，突破傳統設計手段的技術局限性，提高設計效率。通常，在對圖紙進行多次修改之后，會遺忘是否已經對其進行過修改，為避免這種反復的過程，通過使用BIM技術，可以真正做到“一處修改，處處更新”，可以根據需要在模型之中自動生成平面或剖面圖，確保一致和準確。

2.5 施工階段BIM的 現場應用

(1)現狀模擬及方案優化。針對岱山526國道公路工程中的道路恢復、交通疏解、綠化工程、場地準備、管線遷改等工程內容，分別利用傾斜攝影、航拍及GIS技術記錄工程項目的現狀及周邊構造物的狀態，從而完成建模及應用模型，并開展方案優化及模擬工作。針對隧道位置及區間市政給排水管網情況進行建模，規劃隧道開挖與區間接入市政管網的方案，明確管線遷改路徑并為地面臨時設施的規劃提供參考。

(2)碰撞檢查。應用計算機的各種優勢，充分分析結構物重點部位的結構標高和外部結構尺寸，結合綜合排布方案，完成項目施工及建造階段的相關專業(機電、土建結構等)碰撞檢查，用以發現影響實際施工的碰撞點。經過排布方案后的碰撞檢測，能夠對設計模型中任意部位進行剖切，從而提供能夠指導現場實際施工的圖紙。

深化設計：結合施工現場的具體情況和施工工藝，完善設計方案及施工圖。

施工方案：根據業主方、監理方、分包班組意見進行方案調整、具體管道支架調整等。

(3)施工組織設計可視化管理。充分利用BIM模型的可視化方式對全過程施工管理的危險源點，重、難點，工序優化等環節進行梳理和挖潛，形成能滿足現場施工需求、切實可行的施工組織設計方案，并將其拆分成季度、月度、周計劃，與模型充分地關聯。根據優化后的全專業施工組織設計得到資金及投資計劃、人員投入計劃、大型施工工器具投用計劃、設備材料到貨計劃等。

(4)施工方案的模擬與優化。根據以往的施工經驗選擇施工方案的方法、工藝、裝備等并定義工序邏輯關系，從而利用BIM多維度可視化的特點展示施工方案，利用Microstation建模軟件，創建施工方案模型；利用Navigator、Synchro 4D分析軟件，模擬、推演施工方案，驗證其技術可行性并予以優化；使用Synchro 4D分析軟件對施工方案進行工、料、機的資源配置，分析其經濟可行性并予以優化[4]。推演施工方案的工法、工藝，以驗證、優化施工方案的技術可行性及經濟可行性。例如，深基坑施工程序復雜，需要解決三維空間超復雜問題：風險大，材料用量大，工程量費事費力的統計工作。同時，工程進度控制困難，應用該技術對支撐維護施工方案進行模擬和分析。結合施工流程，通過工程模型掛接對施工順序和工期安排等進行動態演示基坑開挖過程，及時發現潛在的問題并予以解決。

(5)施工現場模擬。利用所建立的模型對施工現場進行還原，對現場進行充分的仿真和比擬，了解各種風險區域，規劃人員和設備間的安全距離，在一定程度上避免施工安全風險，同時，通過對現場的機械設備、臨設、用電、安全等多方面的模擬，找出施工過程中不同類型的潛在風險，為項目的后續實施進行指導和風險辨識分析。

(6)虛擬施工交底指導。基于BIM模型及施工工藝模擬，利用Microstation軟件，創建施工方案模型并關聯技術要點、工序、風險點等施工文檔發布I-Model超級模型，推演模擬結果，以3D PDF、動畫等方式展示施工方案模型，為方案的施工可行性對比及優化進行三維動態展示，利用模型實現設計交底及三維圖紙會審，并對施工人員進行各種三維交底。

(7)安全管理。

①施工風險點動態跟蹤。通過跟蹤現場施工風險點并進行對比、分析、糾偏，充分利用所建立的各種管理平臺對不同時段、不同階段的風險進行管控。

②施工人員的動態管理。利用所建立的區域管理控制系統，實現對進場施工人員的動態管理，包含對現場各類人員信息、進出場時間、安全教育、技術交底、培訓等信息的錄入，使項目部可以充分了解人員的各種信息和狀態。在施工現場布設針對人員安全的4D網格定位系統，監測人員現場位置信息，當作業人員靠近危險區域(如防護欄周邊、大型設備施工作業區域)時提供實時的安全提醒，避免安全事故的發生。

(8)質量管理。質量管理包括質量資料管理和現場質量管理。質量資料包括檢驗批、試驗報告、質檢報告等文檔資料，將質量資料文檔關聯至模型，形成質量信息模型，以便于質量資料文檔穿透式查詢。

(9)項目成本的精細化管理。基于BIM模型計算工程量所具有的特點：其算量結果可視化，算量計算子目可追溯計算公式和模型；能夠自動更新實際的工程量的清單；利用歷史數據或模板數據，導入模型即可完成快速算量造價過程，工程量計算能夠反差追溯到每一個構件，并可進行多專業的算量結果匯總。模型修改后，能自動識別符合原來屬性的構件，可以單選構件或分類構件群，每個構件都有詳細的工程量計算式。

應用以BIM技術為依托的工程投資數據平臺，將包含投資信息(工程量數據、造價數據)的BIM模型上傳到系統服務器，系統即會自動對文件進行分析并進行整理，包含可視化三維圖形的結構化工程基礎數據[5]。管理人員可遠程調用、協同，對項目快速、準確地按區域(根據區域劃分投資主體)、按時間段(月、季度、特定時間等)進行分析，統計工程量或造價，使項目的投資處于可控范圍內。

(10)進度模擬與資金計劃。

①進度模擬。可以將進度計劃(以project、Excel編制的進度計劃)導入模型中，將模型與施工進度計劃結合，并進一步整合資源(人力、材料、機械設備)、成本、安全等信息，從而實現多個維度的施工管理，形成5D模型，實現5D虛擬建造、動畫播放，并與成本、工序維度關聯，為相應的資金準備提供依據，直觀了解施工形象、進度及人、材、機等信息。

②材料的精確控制。在傳統的項目材料管理中容易出現一些問題，如工程技術口制定的采購計劃以及施工過程中無法準確拆分工程量、無法及時進行施工的過程管控、施工中靠經驗進行材料領取等。基于對BIM技術的關聯數據，可以充分、快速地獲取各種基礎數據并隨時為采購計劃提供數據支撐，限額進行領料，同時為材料核銷提供基礎。

③虛擬漫游。利用多專業集成平臺，將多專業BIM模型進行集成，可以模擬真實情況進入建筑物內查看，進行施工前的虛擬漫游與技術交底，指導施工技術人員了解構造物的結構。同時，可以利用模擬設備進場，動態模擬設備進場的線路、位置，為施工預留空間提供指導，可以自由設定高度進行自動和動態的凈空檢查。

2.6 運維階段的BIM應用

竣工交付時，將實體建筑與富含大量運維所需的BIM(建筑信息模型)一并交付，讓BIM實現項目生命全周期的管理，為業主方提供及時、直觀、完整、關聯的項目信息服務和決策支持。實現BIM竣工模型(虛擬建筑)的信息與實際建筑物信息一致。運維階段的BIM咨詢服務基于施工階段的BIM系統平臺提供的延伸服務，基于BIM技術的檔案資料協同管理平臺，能夠實現高效管理與協同。

(1)設備的動態化管理。基于BIM運維管理系統具有查閱、搜索、定位等功能，通過點擊所制作的模型中的模擬設備即可以查閱所有相應的具體信息，如所在位置、聯系電話、維護情況等；該管理平臺系統將會對項目的各種設備使用周期進行綜合管理，形成動態更新的數據庫，比如對設備及時更換配件及保養進行提醒等，防止設備發生事故[4]，同時，通過查詢功能，可以快速、充分查詢到設備的規格、制造商、零件號碼和其他信息，快速找到問題所在并聯系制造商或安裝方解決問題。

(2)構件信息的實時查詢。施工階段，需要把主要材料供應商的信息、設計變更單等相關資料加入到模型中，通過算量軟件BIM功能可以添加供應商信息，其他圖片或文件亦可以通過連接模式關聯到具體的構件中，例如大理石地面，可以注明供應商、尺寸、規格、型號、聯系方式等。與之相關的設計變更單可以通過掃描后作為連接進行關聯，在運營維護階段其相關資料即可以得到有效利用，例如地面大理石損壞，此時，就可以查詢到大理石的相關廠家信息。

3 結 語

筆者詳細闡述了BIM技術在526國道岱山段改建公路工程中的應用。分別從勘察設計階段、施工管理階段、后期運營管理階段進行的全過程應用，對傳統的建管養過程管理進行了數字化管理升級，更好地開展了項目管理工作，達到了項目設定的安全、質量、工期、投資等各項管理目標。與傳統的管理方式相比，其具有的可視化、精細化、動態化、實時化等優點將會越來越多地滲透到項目管理的各個環節，更穩定、更安全、更便捷地為項目管理服務。