山東省高速公路全壽命周期BIM技術應用

趙 杰，徐 潤，張常勇

（山東省交通規劃設計院集團有限公司 全壽命周期BIM技術應用研發中心，山東 濟南 250031）

引言

以GIS+BIM+IoT為核心的新一代數字交通BIM技術，利用其可視化、模擬性、協調性等特性將抽象的三維實體具體化，將靜止的分析數據動起來，將割裂的信息流轉起來。BIM技術應用是高速公路數字孿生應用、建立智慧高速數字底板的重要實現工具，基于BIM技術的數字化基礎設施，將成為智慧高速的數字化底板和工程全壽命周期信息傳遞的有效載體，是企業數字化轉型的重要內容。通過BIM技術應用可視化集成，實現數據賦能交通發展，推進工程信息化升級，實現物理設施數字化，助力數字公路、智能交通的落地，系統化賦能高速管理服務。

政策引導有力地推動了BIM技術在行業內的應用，《數字交通發展規劃綱要》《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》等部委文件的陸續出臺進一步推動了BIM技術在行業內的應用。2021年，《公路工程信息模型統一標準》《公路工程設計信息模型應用標準》《公路工程施工信息模型應用標準》三部標準的頒布和落地，標志著公路工程BIM應用進入深化應用發展階段。

1 規劃設計階段應用

工程項目規劃設計階段是工程項目全壽命周期數字化初始環節，是項目具備全價值鏈數字化基礎的實施階段。工程項目規劃設計階段應用BIM技術，能夠優化設計方案，提前發現問題，減少設計變更，提高設計質量，提升工程品質，降低工程投資；規范設計成果BIM交付的內容，可以進一步促進交通基礎設施數字化應用，打造融合高效的智慧交通基礎設施。設計階段路橋隧及三維地質模型見圖1。

圖1 設計階段路橋隧及三維地質模型

1.1 工程可行性研究階段應用

工程可行性研究階段BIM技術應用實施應采用BIM+GIS相結合的方式開展，工可階段的BIM應用主要利用BIM技術對項目的設計方案進行數字化仿真模擬，對其可行性進行驗證。利用BIM技術對工程項目所處的地形、地質、水文、路網、城鎮規劃、產業布局、資源分布、環境敏感點、文物等建設條件進行建模，在電子沙盤中論證項目起終點，擬定備選方案，進行方案比選、實施方案模擬、土地評價、環境影響分析、節能分析等工作，選擇最優的工程方案。

1.2 初步設計階段應用

初步設計是基本確定工程項目設計方案，BIM技術在初步設計階段的應用需要圍繞項目方案的可視化設計開展，典型應用宜包括數字化勘測、路線方案（含比選方案）數字沙盤、專業方案比選及論證、碰撞檢查和交通仿真驗證等，結合GIS+BIM的信息融合，綜合比較征遷用地、平縱控制要素、挖填平衡、用地紅線、經濟造價、施工難易程度等多種因素確定和優化路線總體設計方案。

1.3 施工圖設計階段應用

施工圖設計是對初步設計（或技術設計）方案的具體和深化。BIM技術在施工圖設計階段的應用將依托初步設計（或技術設計）的應用進一步深化，為施工期BIM技術應用提供精細化BIM模型，宜包括方案數字沙盤、方案精細化模型（含施工階段對接信息）、碰撞檢查、交通仿真驗證及施工組織可視化等。

1.4 重大、復雜節點工程應用

針對重大、復雜節點工程，BIM技術在設計階段的應用是復雜技術方案的可視化展示、碰撞檢查以及細部方案的優化和仿真，宜詳細展示技術設計的內容和信息，便于開展技術論證和推進公路工程項目。

特大橋、隧道、樞紐互通等重要節點工程，應根據設計階段分別開展專項應用。特大橋、航道橋、跨鐵路橋等重點橋梁工程應開展初步設計多方案比選論證，施工圖精細建模優化設計等內容，并為建設期結構施工監測、運維期管養監測提供信息對接接口；隧道工程應進行初步設計階段隧道洞口方案比選、多階段地質勘察成果綜合三維地質建模、施工圖精細化建模設計方案優化等內容，并為建設運維期監測管控提供信息對接接口；樞紐互通應開展初步設計線形方案比選、施工圖凈空核查、視距驗證以及交通仿真分析等優化設計應用。

2 建設施工管理階段

建設期施工過程信息管理是工程項目全壽命周期應用過程中的核心環節，建設施工期BIM協同管理應通過集成化BIM協同管理系統平臺的方式實施，實現各參建方不同維度的信息集成和管控應用。山東高速建設管理BIM協同平臺以“BIM協同管理為中心、多平臺數據融合”的建設管理協同理念為基礎，基于GIS+BIM引擎，打通進度、計量、質量安全、人員、成本管控、物聯及視頻的數據交互通道，實現面向企業的路網級多項目協同管理。打造企業集團級的智慧建設管理平臺、項目級的BIM協同管理平臺、標段級的施工管理平臺，實現一張看板總體掌控、數據下沉關注細節、物聯互通掌控現場、信息直達及時高效的智慧建設管理，達到壓縮管理層級、提高工作效率的目的，施工管理BIM平臺看板見圖2。

圖2 施工管理BIM平臺看板

基于BIM信息集成優勢，項目建設單位圍繞建設工程投資費用、計劃進度、質檢信息、人員設備管控、征遷可視化調度、物聯網信息融合、質量溯源、電子檔案等管理要素開展施工管理信息采集和可視化集成管控，實現基于BIM+GIS的協同項目管理，改進工程項目各參建單位的技術交流方式，壓縮管理層級，提升管理效率，提高管理水平，以數據驅動實現對在建項目的“可視、可知、可控”。

（1）將建設施工期BIM協同管理和智慧工地建設相配合開展，打通信息渠道，實現施工現場“人機料法環”的綜合可視化管理，通過勞務實名制、農民工工資管理、現場勞務考勤、特種作業現場人員定位、安全教育及考試管理等與三維BIM+GIS場景融合應用實現人員管理。（2）通過路基壓實管控、路面攤鋪可視化管理、漿噴樁實時監測記錄、現場實驗室物聯監管實現施工期機械設備物聯可視化管控，通過原材料質檢追溯、物料管控系統實現原材料管理，通過開展基于BIM的可視化施工工藝交底實現施工工藝方法和流程的直觀表達，更好地傳達設計意圖，提高現場施工作業效率，減少誤工返工現象的發生。（3）通過現場環境檢測、施工期橋梁結構監測、隧道開挖監控量測、道路施工期邊坡監測等多種數字化監管手段提高感知現場能力，自動形成數字檔案，加強施工過程管控。

3 養護運維階段

養護運營管理階段是公路工程服務和使用的關鍵環節，需要打通設計、建設管理、施工、監理、養護運營各階段的信息通道，通過物聯網IoT技術實現深度融合，加強BIM數據深度應用，推進基于BIM技術的養護信息數字化管理，充分利用建設期BIM數據改進養護管理，提升養護管理效能，提供基于路網級數字化信息服務，通過基于BIM+GIS的資產數字化管理實現數字化運營、集成決策、綜合管控、綜合信息服務發布、應急救援管理等內容，實現路網路產的數字孿生服務。基礎設施監測一體化平臺見圖3。

圖3 基礎設施監測一體化平臺

養護運營管理階段BIM技術應用需跟蹤項目運營周期持續開展，通過回溯反饋信息，完善養護決策服務體系，優化設計施工方案，利用BIM集成優勢開展信息的綜合應用。通過建立養護運營BIM協同管理平臺，集成和接入養護運營管理階段的物聯網監控監測信息、維護信息、養護信息、運營信息等，實現相關資料信息提取、養護決策應用，為應急決策、通行保障等養護運營綜合管理提供可視化應用解決方案。

4 存在的問題及建議

4.1 存在的問題

（1）前期投入高、工具不完善，信息安全等問題比較突出，BIM設計成果審查及交付仍未切實落地，公路工程全要素數字化還有很多基礎研發工作需要開展。（2）各單位的組織結構和管理模式不盡相同，平臺化的解決方案需量身打造，需要立足自身業務需求開展，不能單純“抄作業”，普適性的推廣難度高。（3）建管養全壽命周期信息尚未完全實現有效傳遞，很多項目限于設計源頭數字化介入不足，難以貫穿全周期應用。（4）運維期BIM技術應用需要依靠大量前期數據積累，短時間難以開展有效地大數據分析和智能研判應用。

4.2 建議

（1）加大《公路工程信息模型應用統一標準》（JTG/T 2420—2021）等文件的培訓宣貫力度，強化行業組織引領，加大BIM標準推廣落地力度，加快推進工程與軟件融合的BIM技術人才培養和投入，強化BIM技術應用能力，統一、規范BIM設計成果審查及交付標準，提升全行業應用水平。（2）勘察設計招標和計費中進一步明確和規范實施內容，強化設計源頭理念提升，加快推進BIM規劃設計應用。（3）加強集團級調度管理，形成集成效應，探索如何應用BIM、GIS、大數據、云計算等技術，更好地推進交通強國、智慧高速建設。（4）提高國產自主化BIM軟件替代率和推廣，強化信息安全保護。