BIM在公路隧道全壽命周期質量安全管理中的應用

劉永杰　白永厚　龔航濤　安炬峰

摘 要：以西藏S5線拉澤隧道項目圭嘎拉隧道為研究對象，首先介紹對BIM加以運用的必要性，其次對建立模型期間需要重點關注的內容進行說明，最后圍繞如何將BIM用于全周期管理展開討論，指出要想使BIM優勢得到充分發揮，關鍵是要以各施工階段所表現出特點為依據，對BIM進行合理運用，供相關人員參考。

關鍵詞：BIM技術;質量安全管理;全壽命周期;公路隧道項目

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2022）08-0028-03

0 引言

在經濟水平持續提升的背景下，各地政府紛紛加大了對公路隧道進行建設的力度，如何憑借現有技術對項目進行高效管理，成為業內人士關注的焦點。實踐經驗表明，將BIM技術用于項目施工，可對項目現場情況具有系統且準確的了解，通過形象管理與可視管理相結合的方式，使施工質量最大程度接近預期，與此同時，項目所具有安全系數也將得到更進一步的提高。

1 研究背景

近幾年，國內對公路進行建設的速度有所加快，隨著項目數量和規模的增加，原有管理模式所存在不足也逐漸浮出水面，具體表現為管理人員無法對相關信息進行連續且充分的使用，導致施工期間所遇到問題難以得到及時解決。為實現全周期管理目標，越來越多單位選擇引入BIM技術，通過對材料、采購和幾何信息進行整合的方式，使項目相關信息所具有價值得到最大程度發揮[1]。

事實證明，BIM所具有信息化、協調性以及可視化特征，均能夠給項目管理產生積極影響。例如，有關人員可憑借該技術對動態處理方案進行制定，在實時匯總各項信息的基礎上，對其進行統一且科學的處理。再例如，可通過該技術對數字模型進行建立，確保參建人員對項目情況具有全方位了解，提前規避施工期間可能遇到的問題。

2 將BIM用于公路隧道管理的策略

2.1 項目介紹

圭嘎拉左洞長12.798 km，右洞長12.790 km，含2座分離式斜井，累計單洞長為33.8 km，考慮到現場環境較為復雜，施工期間需要用到運土車、汽車吊和挖掘機等設備，且地質條件復雜，施工難度極大，為保證項目如期交付并投運，項目決定引入BIM技術，對項目質量安全進行全周期管理。

2.2 建立模型

基于BIM技術開展全周期管理工作，可最大程度拉近各參建方的距離，通過信息共享的方式，使工作質效得到提高。對此項目而言，BIM模型應體現以下內容：首先是幾何信息、隧道情況和危險源信息;其次是項目類型、材料性質和施工邊界;最后是設備分配情況、設計方案與建設計劃。

2.2.1 設計模型

BIM模型往往包含立項、可行性研究等多方面內容，可借助相關軟件對自身所掌握資料進行轉換，由此獲得施工所需數字信息，這樣做既能夠避免出現工作內容重復的問題，又可以為信息安全提供保證。除特殊情況外，設計模型均應涵蓋環境、人員、管理風險等內容，其中，環境風險模型涵蓋應急準備、空間管理和水文條件分析，人員風險模型所描述內容以人員能力、業務素養為主，管理風險模型更注重管理層能力、人員安全意識。

對相關模型進行建立時，應重點關注以下幾點：第一，保證模型所涵蓋信息真實且完整，構件涵蓋功能屬性、物理屬性還有幾何屬性等多方面內容。第二，對模型信息進行關聯，確保在修改某個信息后，相關信息均能夠隨之更新。第三，以信息要素為依據，對模型信息進行分解，從而獲得符合項目情況的管理模塊，具體包括資料風險管理、人員風險管理、環境風險管理和物料風險管理，其中，資料風險管理應涵蓋施工方案的制定，現場數據的監控和采集，隧道情況的預報;人員風險管理的重點是業務培養、心理輔導，同時還應考慮骨干人員的專業水平;環境風險管理的內容相對較多，既有常規的水文、地質條件，自然條件，還有針對性較強的空間管理以及應急準備;物料風險管理主要包含三個子模塊，分別是物料檢查和運用，機械設備選型，設備使用與保養。另外，在本項目中，有關人員還新增了施工風險管理，該模塊的內容主要涵蓋員工安全意識和管理層能力兩方面。

2.2.2 施工模型

施工模型主要負責展示項目信息，對該模型進行建立前，先要確定設計模型，再以設計模型為基礎，根據合約文件和相關規定，對模型內容進行相應的調整，確保所建立模型能夠發揮出應有作用。對公路隧道項目而言，通過BIM技術對施工模型進行建立，其優勢主要體現在3個方面：首先是確保項目能夠獲得施工所需信息，為后續施工的順利開展奠基;其次是在保證數據完整的前提下，降低施工成本;最后是使設計信息與施工信息實現實時共享，確保潛在問題可被及時發覺并得到處理[2]。

需要注意的是，設計模型往往難以做到完全滿足項目施工對圖形結構所提出要求。因此，在前期準備階段，有關人員應先對BIM模型進行拆分，再根據數據庫所提供資料對模型加以完善，確保BIM模型所傳遞信息與現場情況完全一致。在項目中，有關人員以所掌握資料為依據，通過BIM技術建立了隧道施工模型及風機房施工模型（如圖1、圖2所示）。

2.2.3 管理模型

以設計、施工模型為基礎，對管理模型進行構建，充分考慮安全管理所包含內容，確保模型體系完整且具有實際意義。項目所建立管理模型被劃分成數據、管理和施工3個層次，其中數據層所涵蓋信息以組織設計、項目施工標準和設計模型為主，日常工作中，管理層應對上述信息進行維護與管理，確保其具有實際意義。在圖2所示模型中，施工層主要負責加工數據層所涵蓋信息，根據現場情況對子模塊進行構建。應用層的核心職責是以工作需求為依據，對項目進行全周期管理，確保項目具備良好的安全性與可靠性。前期準備階段，項目應通過BIM技術對施工計劃、管理方案進行編制，施工期間則應將重心放在技術交底和處理監控數據上，竣工后，根據實際情況對安全管理要點、注意事項進行總結。

2.3 前期管理

前期準備階段，可利用BIM進行虛擬施工，由此明確施工期間較易發生的情況，通過調整管理側重點的方式，使管理工作取得理想成效。對項目而言，該項技術在該階段所能發揮的作用，主要包括虛擬施工、監測危險數據和檢測碰撞情況等，具體應用方法如下。

2.3.1 虛擬施工

為保證項目施工能夠按照預期計劃有序推進，決定引入模擬技術，在對隧道開挖流程進行動態模擬的基礎上，通過BIM模型將模擬所得數據告知施工現場，現場管理人員對施工流程加以調整，確保現場空間可得到充分利用，為項目安全性提供保證。

2.3.2 監測危險數據

施工前，應全面了解現場情況并對危險源進行監控，項目的監測對象主要包括地表沉降、支撐軸力。可根據BIM模型所提供數據，對現場安全性加以明確，通過對比臨界值和監測數據所存在差異的方式，確定監測區域的安全系數與危險等級，酌情調整項目安全措施，為參建人員提供穩定且安全的施工環境。

2.3.3 檢測空間碰撞情況

對項目進行碰撞檢測期間，同樣需要用到BIM模型，目的是保證空間得到科學利用，最大程度避免出現重疊或穿插等問題，在此基礎上對檢測報告進行編寫，明確施工期間可能遇到的難題，提前擬定切實可行的防控方案[3]。

2.3.4 優化既有資源配置

項目既要對管理機構進行設立，還要對生產制度進行制定，根據安全管理需要對人員進行配置，通過定期組織培訓的方式，確保管理人員對自身所從事工作的重要性具有準確認知。本項目對管理人員所提出要求如表1所示。

2.3.5 確定施工專項方案

公路工程相關技術規范明確指出，對于專業性強、施工難度大或危險系數高的項目，提前根據項目情況對專項方案進行編制，并派專業人員前往現場進行全過程監督。在編制專項方案期間，應綜合考慮管理方、技術人員所提出建議，方案確定后，通過BIM技術對方案內容加以呈現。

2.4 施工管理

2.4.1 落實安全檢查

施工期間，為保證項目安全，項目委派專人對現場進行檢查，通過拍照等方式如實記錄現場情況，借助現有軟件對BIM模型進行調閱，以安全管理平臺為依托，對施工期間所遇到問題、現場情況進行共享，由此形成系統且完善的管理檔案。

開挖隧道時，率先確定仰拱、二襯工作的實施時間，同時對圍巖情況進行實時監測，為圍巖可靠性、項目安全性提供保證。隨后，將基準模型、現場模型導入管理軟件，對碰撞公差進行設置，由此明確項目偏移情況，根據隧道變形程度，制定相應的解決方案。此外，還可以借助BIM對數據進行處理，根據處理所得結果建立相應模型，為后續施工提供參考。

2.4.2 進行技術交底

要想保證施工過程安全且可靠，關鍵是要由管理人員組織參建人員進行技術交底，使參建人員明確項目難點，為安全措施的落實奠基。與此同時，還可以憑借BIM技術優化既有技術方案，提高方案所具有的可靠性以及安全性。在施工內容方面，應以施工模型為依據，對項目相關信息進行整理，明確本項目潛在的危險因素，對防控方案和具體措施進行制定。另外，還要對技術交底期間所使用圖片進行導出，為參建人員提供參考。

2.5 竣工管理

待項目施工告一段落，對安全管理經驗進行總結，編制并移交相關安全檔案，對項目所涉及安全信息進行反饋，為日后同類項目的開展提供參考。事實證明，基于BIM建立安全信息模型，對項目施工全過程進行模擬，有助于施工方提前發現既有方案存在的不足，從而制定更符合實際情況的施工方案和進度計劃，在保證信息得到實時傳遞的基礎上，為項目施工所具有安全性提供保障。

3 結語

綜上，考慮到公路隧道項目往往具有工期緊張、施工難度大等特點，要想在保證項目質量和安全系數的前提下，對施工功效進行提升，關鍵是要擬定切實可行的施工計劃與方案，依托BIM技術對隱患識別系統進行建立，并保證參建人員能夠按照要求完成各項工作。其中，施工前需要重點關注安全措施費用的落實情況，根據現場情況編制專項方案，并完成應急疏散模擬等工作，施工期間需要對安全技術進行交底，同時對空間安全性與工藝安全性進行檢查，根據監測所得數據制定后續施工計劃。事實證明，將BIM技術用于公路隧道管理，可使項目安全性、整體質量得到顯著提高，對社會發展具有極為重大的意義。

參考文獻

[1] 朱向榮，劉躍成，葉保權，等.公路隧道信息化管理平臺設計研究及應用[J].工程技術研究，2021，6（22）：18-20.

[2] 程方圓，姚國明，奎永才，等.集成GIS/BIM的公路隧道數字化管理研究及應用[J].隧道建設（中英文），2019，39（12）：1973-1980.

[3] 魏麗彬.基于BIM技術的高速公路隧道安全運營管理應用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（11）：234-236+256.