BIM信息化技術(shù)在高等級(jí)公路建設(shè)中的應(yīng)用

賈松鍇

（中交一公局集團(tuán)有限公司，北京 101102）

0 引言

BIM 技術(shù)自2001年引進(jìn)國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)，至今仍處在初級(jí)應(yīng)用階段。2020年通過火神山、雷神山的建造項(xiàng)目，引起了政府、基建行業(yè)的重視，“新基建”成了熱門詞。基建單位初步認(rèn)識(shí)到了BIM 技術(shù)對(duì)土木行業(yè)，特別是在高等級(jí)公路建設(shè)方面帶來的巨大前景和無限可能。面對(duì)當(dāng)前基建行業(yè)技術(shù)手段落后、城市建設(shè)空間設(shè)計(jì)復(fù)雜、資源條件及環(huán)保約束提高、勞動(dòng)力成本不斷上漲等一系列問題，表明粗放式發(fā)展模式已逐漸被社會(huì)淘汰。土木行業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變思想，加快BIM 等信息化技術(shù)的應(yīng)用，高等級(jí)公路建設(shè)全面進(jìn)入“新基建”的時(shí)代已刻不容緩。

現(xiàn)依據(jù)中交一公局集團(tuán)重慶渝武高速公路項(xiàng)目前期策劃及施工管理中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)BIM 信息化技術(shù)在高等級(jí)公路建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介及特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

渝武高速重慶段屬國(guó)家高速公路網(wǎng)G75 蘭州-海口高速公路，是國(guó)家高速公路網(wǎng)“7918”規(guī)劃的第八縱線，也是重慶市規(guī)劃“三環(huán)十二射七聯(lián)線”主骨架高速公路網(wǎng)中重要的射線之一。項(xiàng)目建成后，將與中環(huán)快速路、繞城高速、在建三環(huán)高速等納入重慶“1 小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”，是名副其實(shí)的扶貧之路，是進(jìn)一步縮小東西部地區(qū)差距，強(qiáng)化地區(qū)聯(lián)系，優(yōu)化地區(qū)產(chǎn)業(yè)格局，對(duì)加快合川地區(qū)增強(qiáng)綜合實(shí)力，改善投資環(huán)境，促進(jìn)客流、物流、資金流在重慶地區(qū)的聚集和流動(dòng)，起到積極的推動(dòng)作用[1]。

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

項(xiàng)目工程結(jié)構(gòu)為典型綜合標(biāo)和典型山嶺丘陵地形：橋梁22 座，天橋3 座，涵洞6 道，隧道1.5 座，路基填挖方工程，工點(diǎn)多且分散；山嶺重丘區(qū)，山勢(shì)陡峻，地形復(fù)雜，施工縱向便道貫通依托地方道路較多，高峰期增加交通壓力。

項(xiàng)目路線穿越風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、地方規(guī)劃區(qū)等，施工環(huán)境干擾因素多。

項(xiàng)目施工難點(diǎn)在于項(xiàng)目全線橋隧比高達(dá)58.1%，隧道共計(jì)1.5 座，金屏山隧道長(zhǎng)度約為1.3km，隧道主要含巖溶、瓦斯、采空區(qū)、石膏、暗河等不良地質(zhì)災(zāi)害；橋梁上跨城市主干道、上跨在建渝合鐵路，最大墩高為33.52m，高空作業(yè)，安全隱患多，交通組織協(xié)調(diào)難度大；路基存在高填深挖段，有落石、雨水沖刷滑塌等風(fēng)險(xiǎn)。

2 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目中的部分應(yīng)用

2.1 施工方案可行性模擬

渝武高速與三環(huán)高速在合川區(qū)百歲村位置相交，原設(shè)計(jì)為渝武高速上跨合長(zhǎng)高速，但此方案安全風(fēng)險(xiǎn)大、投入高，經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化擬采取下穿方案。但優(yōu)化過程并不順利，三環(huán)高速已完成該段路基填方施工，挖除路基改為橋梁可能會(huì)對(duì)整體工期造成影響。為選擇最佳施工方案，通過利用BIM 技術(shù)對(duì)不同方案進(jìn)行建模，經(jīng)過專家論證及經(jīng)濟(jì)比選最終確定采用下穿方案，成功優(yōu)化全線標(biāo)高，降低橋隧比，極大地避免了在后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的工序安排以及空間上的沖突問題，順利完成上跨改為下穿變更，如圖1。

圖1 施工方案可行性模擬

2.2 傾斜攝影制作

項(xiàng)目為典型山嶺丘陵地形：山嶺重丘區(qū)，山勢(shì)陡峻，地形復(fù)雜：航拍照片、手持設(shè)備照片、GPS 等測(cè)量方式往往只能平面、局部的展示地形地貌及附屬物情況，在施工過程中往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、缺失以及對(duì)三維交叉情況考慮不充分等問題。而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，不受場(chǎng)地障礙的影響，工作時(shí)間短、效率高，可以利用生成的傾斜攝影模型進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃、施工布置，甚至通過對(duì)地面控制點(diǎn)的精準(zhǔn)布置等處理，做到山區(qū)工程土石方精準(zhǔn)計(jì)算。

通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，精確把握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理規(guī)劃使用土地，對(duì)紅線兩側(cè)500m 范圍內(nèi)的地物地貌進(jìn)行航拍。對(duì)于500m 范圍外項(xiàng)目駐地、拌和站等大臨設(shè)施區(qū)域，專門進(jìn)行補(bǔ)拍，整體掌握現(xiàn)場(chǎng)三維實(shí)景情況，減少策劃修改，于施工前記錄全線原始地形地貌，掌握關(guān)鍵性施工資料[2]。

2.3 大臨設(shè)施三維建模及電子沙盤制作

秉承策劃先行的理念，對(duì)大臨設(shè)施、施工便道進(jìn)行提前規(guī)劃。利用BIM 軟件對(duì)大臨設(shè)施進(jìn)行1∶1 建模，并利用模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)、三維技術(shù)交底，減少實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的問題。

高精度的傾斜攝影模型往往文件過大，不利于展示整體形象。項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際地形地貌，結(jié)合傾斜攝影、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)有路線信息，利用BIM 軟件制作項(xiàng)目整體電子沙盤，為項(xiàng)目施工部署提供全面指導(dǎo)，并將臨建模型載入電子沙盤。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際切實(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工布置，做到在項(xiàng)目施工前期對(duì)大臨設(shè)施及便道建設(shè)進(jìn)行完善設(shè)計(jì)，之后依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上布置臨建、便道，并進(jìn)行填挖計(jì)算、工程出圖，達(dá)到“所見即所得”的目的，減少施工過程中因前期策劃不到位造成的返工、窩工現(xiàn)象。

2.4 模型碰撞檢測(cè)

項(xiàng)目通過利用BIM 軟件檢測(cè)模型中存在的碰撞，及早發(fā)現(xiàn)施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)的碰撞問題，將問題解決在前期策劃階段，相較傳統(tǒng)圖紙審閱大幅減少審閱時(shí)間，并提高主體結(jié)構(gòu)物預(yù)留預(yù)埋準(zhǔn)確性，減少施工中可能出現(xiàn)的碰撞變更，使工程質(zhì)量及工期得到有效保障。

2.5 可視化交底

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及方案要求建立相應(yīng)BIM 模型和虛擬樣板，利用BIM 數(shù)字化、信息化手段將方案中成熟的施工工藝流程及規(guī)范要求通過動(dòng)畫交底的形式表達(dá)出來，對(duì)方案進(jìn)行直觀模擬，更加清楚明了地控制關(guān)鍵工序，全面提升質(zhì)量意識(shí)及整體施工水平。同時(shí)靈活運(yùn)用二維碼，掃碼即可觀看交底動(dòng)畫和查看實(shí)體構(gòu)件澆筑日期及負(fù)責(zé)人信息，做到隨掃隨學(xué)，隨掃隨知。

制作可視化交底時(shí)，工程施工、技術(shù)管理部門應(yīng)層層把關(guān)，將交底視頻及各工序構(gòu)件做實(shí)做細(xì)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目制作，同類型施工項(xiàng)目均可復(fù)制使用，積累優(yōu)秀施工經(jīng)驗(yàn)，并最終形成一套標(biāo)準(zhǔn)化可視化交底流程，便于在內(nèi)外部進(jìn)行BIM ＋數(shù)字化施工經(jīng)驗(yàn)推廣，響應(yīng)當(dāng)前可視化、信息化和智能化施工，全面提升施工管理水平，優(yōu)先做到精細(xì)化施工管理[3]。

2.6 BIM+數(shù)字管理平臺(tái)應(yīng)用

項(xiàng)目采用中交簡(jiǎn)石數(shù)字科技（蘇州）有限公司的BIM+數(shù)字項(xiàng)目管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)施工進(jìn)度管理、施工成本管理、人員管理、安全質(zhì)量管理等。通過對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行建模并上傳至平臺(tái)，導(dǎo)入工程模型及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)參數(shù)，管理人員通過手機(jī)端“一公局BIM平臺(tái)”APP，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行工序報(bào)驗(yàn)、安全質(zhì)量信息管理、方案及交底情況查詢、機(jī)械和人員進(jìn)場(chǎng)情況全面掌握，同時(shí)將隧道有毒有害氣體監(jiān)測(cè)、高邊坡監(jiān)測(cè)、空氣質(zhì)量及噪聲監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)終端接入平臺(tái)，有利于管理人員對(duì)施工計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)施工安排的及時(shí)糾偏，保證施工工序的安全、有序開展，確保按時(shí)完成施工任務(wù)。項(xiàng)目創(chuàng)新應(yīng)用BIM+經(jīng)營(yíng)成本管理模塊通過生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)平臺(tái)將模型構(gòu)件與造價(jià)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以直接生成工程造價(jià)表，相對(duì)比常規(guī)項(xiàng)目，減少了重復(fù)工作、優(yōu)化了信息流通速度，做到了成本的精準(zhǔn)核算。

根據(jù)“建管養(yǎng)一體化”指導(dǎo)思想，項(xiàng)目數(shù)字管理平臺(tái)率先將BIM 模型信息與平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，實(shí)時(shí)收集整理建設(shè)信息，為后續(xù)管理、養(yǎng)護(hù)積累數(shù)據(jù)提供依據(jù)。創(chuàng)新考慮“永臨結(jié)合”，將高邊坡數(shù)字化監(jiān)測(cè)于路基施工時(shí)就進(jìn)行布置，并接入BIM+數(shù)字管理平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，既加強(qiáng)了施工過程中的變形監(jiān)測(cè)，又便于后續(xù)管養(yǎng)過程中的持續(xù)監(jiān)測(cè)，打造智能化、數(shù)字化高等級(jí)公路[4]。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用效益

3.1 技術(shù)方面

山嶺丘陵，地形復(fù)雜，相比以往同類項(xiàng)目容易出現(xiàn)前期策劃不夠精準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)敷衍了事不全面，甚至出現(xiàn)較大錯(cuò)誤。通過前期采用無人機(jī)傾斜攝影、電子沙盤創(chuàng)建等BIM 信息化技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)整體情況有一定的了解，減少了人員、設(shè)備的投入，避免了大臨建設(shè)、便道建設(shè)的返工或不合理規(guī)劃。通過傾斜攝影結(jié)合土石方控制，在后續(xù)路基施工中更便于項(xiàng)目實(shí)施精細(xì)化管理，利于加強(qiáng)土石方工程進(jìn)度、質(zhì)量控制；通過精細(xì)化建模，更有利于提升橋梁、隧道施工精度，便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員利用模型進(jìn)行質(zhì)量管控以及預(yù)留預(yù)埋控制。

依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際施工進(jìn)展，建立常用構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)化安全防護(hù)設(shè)施設(shè)備族庫(kù)。隨著項(xiàng)目持續(xù)推進(jìn)，后續(xù)族庫(kù)的不斷完善，BIM 信息化技術(shù)應(yīng)用效率將大大提高，形成可復(fù)制可推廣的一套BIM 信息化技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，特別是在同類型山嶺丘陵地形項(xiàng)目，BIM 信息化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)將更加明顯，項(xiàng)目管理水平將大大提高。

3.2 經(jīng)濟(jì)方面

通過一系列BIM 信息化技術(shù)手段的應(yīng)用，項(xiàng)目前期工作開展極為迅速，并對(duì)大臨設(shè)施、施工便道規(guī)劃方面進(jìn)行了優(yōu)化，使其基本全部選用紅線用地，克服了山嶺丘陵地形、水文條件復(fù)雜、場(chǎng)地狹窄等不利條件，嚴(yán)格按照集團(tuán)及地方要求進(jìn)行了切實(shí)可行的前期策劃，并通過BIM 數(shù)字化、信息化技術(shù)手段的應(yīng)用，對(duì)前期設(shè)計(jì)變更提供了有力支撐。在滿足工程要求的前提下，合理降低了大臨設(shè)施、施工便道的工程量，節(jié)約了施工成本，大大提高了項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)效益，前期施工進(jìn)展相較同類型項(xiàng)目，施工進(jìn)度提速50%，為項(xiàng)目施工提供了有力保障[5]。

3.3 綠色施工方面

在充分考慮安全、質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)等影響因素下，通過BIM 信息化技術(shù)應(yīng)用，利用傾斜攝影與BIM模型結(jié)合，1∶1 模擬還原施工過程進(jìn)展。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地實(shí)際情況，如周邊道路、居民聚集點(diǎn)及施工用水等，在保證使用要求的前提下，減少臨時(shí)用地面積，合理安排大臨設(shè)施及便道便橋施工順序，避免因施工安排不到位對(duì)環(huán)境、文物保護(hù)點(diǎn)造成二次破壞。同時(shí)，通過可視化模擬合理選用機(jī)械設(shè)備、施工工藝，從源頭最大限度地減少因施工對(duì)周邊環(huán)境可能造成的影響，從而實(shí)現(xiàn)綠色施工。

4 結(jié)語(yǔ)

利用BIM，通過全員參與加強(qiáng)了項(xiàng)目?jī)?nèi)部信息溝通，為項(xiàng)目前期策劃及施工管理提供了有力支持。三維模型的建立可提前發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)問題，節(jié)約工期，使關(guān)鍵線路施工得到保障。傾斜攝影的應(yīng)用為項(xiàng)目決策、策劃提供了更多參考依據(jù)，使決策更加合理、準(zhǔn)確、有效。隧道有毒有害氣體檢測(cè)、高邊坡檢測(cè)系統(tǒng)、智能壓實(shí)系統(tǒng)等各項(xiàng)數(shù)字化、智能化設(shè)備的應(yīng)用，使項(xiàng)目全生命周期管理更加合理完善，在節(jié)約施工管理成本的同時(shí)，為“建、管、養(yǎng)”一體化協(xié)調(diào)發(fā)展創(chuàng)造了條件。

目前，BIM 信息化技術(shù)在高等級(jí)公路建設(shè)中的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段。依托實(shí)際項(xiàng)目施工對(duì)BIM 信息化技術(shù)手段應(yīng)用，可以明顯了解基于BIM 信息化技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目相較于同類項(xiàng)目在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、綠色施工方面均有了較大提升，相信通過后續(xù)施工中的不斷嘗試、創(chuàng)新，將勞務(wù)人員實(shí)名制管理、大型設(shè)備管理、隧道安全步距監(jiān)測(cè)、隧道有害氣體監(jiān)測(cè)、無人機(jī)巡檢等多方面信息手段更加深度融合，BIM 信息化技術(shù)必將給高等級(jí)公路建設(shè)帶來更多的驚喜與可能，基于BIM信息化技術(shù)的精細(xì)化管理必將逐漸替代原始粗放的生產(chǎn)模式，成為基建的新方向。