基于BIM技術的公路工程管理系統應用

王 勇，路盛敏

(1.廣西新發展交通集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

2006年，我國部分建筑企業開始關注BIM概念。從2009年開始，設計類BIM軟件在國內開始推行。“十三五”期間，在國家和行業主管部門的推動下，BIM技術得到快速發展，如今在設計階段的各個專業BIM技術應用已經趨于成熟，并進入將設計BIM數據向施工階段傳遞的深度應用階段。而公路工程BIM技術當前的難點在于BIM信息的傳遞和關聯存在阻力，且公路工程帶狀模型體量較大，給BIM模型的使用帶來較大的局限性。

南寧南過境線吳圩機場至隆安段(下稱吳隆高速公路)基于BIM+GIS+云技術開發公路工程BIM管理系統，實現了BIM數據的輕量化展現，以BIM模型為載體，基于三維圖形引擎開發了多項管理功能，對本項目的BIM成果交付和成果應用均起到了積極的作用，為今后BIM的應用發展提供了一定的思路。

1 工程概況

吳隆高速公路是廣西西部地區與南寧吳圩國際機場便捷連接的高速公路通道，也是廣西規劃新增通往粵港澳大灣區的高速公路通道和桂西北地區通往廣西相對富裕的桂東南及北部灣沿海地區的經濟干線。本項目路線全長44.914 km，全線共設扶綏、龍頭、南寧西站、壇洛西互通式立交共4處，設置1處服務區。全線無隧道，設特大橋梁(沙尾左江特大橋)1座。

2 基于BIM+GIS+云技術的公路工程BIM管理系統

隨著互聯網技術的高速發展，BIM+GIS可基于互聯網和移動通信技術進行集成應用。當前，BIM和GIS不約而同地開始融合云計算這項新技術，分別出現了云BIM和云GIS的概念，云計算的引入將使BIM和GIS的數據存儲方式發生改變，數據量級也將得到提升，對BIM+GIS的成果可實現輕量化應用[1]。由此，吳隆高速公路以BIM+GIS+云技術開發了公路工程BIM管理系統。

2.1 系統技術架構

吳隆高速公路BIM管理系統應用技術架構概括總結為“四橫三縱”，橫向由基礎設施、數據資源、應用支撐和業務應用四個體系組成，囊括了從前端感知到終端應用的完整數據鏈；縱向由政策制度體系、標準規范體系和組織保障體系組成，保證了實施過程的落地性、可行性和有序性[2]。

公路工程BIM管理系統技術架構如圖1所示。

2.2 BIM信息的輕量化

高速公路建設項目通常跨域廣且距離長，沿線存在設計的不規則路基、橋梁、隧道以及長距離的空間地理位置關系，模型體積和數據量較大，BIM信息的使用和傳遞存在一定的障礙，所以如何將階段性、離散性、碎片化的BIM應用方法和應用成果轉變成系統性的BIM應用模式是需要解決的一大問題。

公路工程BIM管理系統在精細化設計BIM模型的基礎上建立符合施工要求的深化模型，通過制定編碼規則，將數字信息、技術數據與模型相掛接，并與項目管理過程融合，實現基于BIM技術的進度管理、質量安全管理、技術管理等。同時在集成的信息平臺上設置開放接口，支撐與各專業軟件的信息互通，從而解決了設計階段與施工階段BIM數據交互的問題[3]。

3 工程應用

吳隆高速公路項目以BIM模型作為基礎數據，采用集成多系統和多數據庫的方式建立了公路工程BIM管理系統。即公路總體模型可查看項目路線、構造物和項目環境等基本信息，同時利用項目總體模型作為其他工程業務系統的鏈接定位，例如可將邊坡監測系統、橋梁監測系統和施工現場監測系統等系統入口直接設置于相應的工點模型位置，方便項目管理人員更便捷地查找和使用。

目前該公路工程BIM管理系統主要建立了設計管理、技術管理、進度管理、質量管理和安全管理五個功能版塊，并接入其相關系統數據。在吳隆高速公路的設計和施工過程中應用公路工程BIM管理系統取得了良好的經濟效益和社會效益。

3.1 設計管理

圖2 路線方案比較示例圖

在設計管理的過程中，該系統通過采用高精度點云和高清影像展現路線周邊的環境情況[4]，并且可實時查看路線的平縱指標，方便相關人員審核路線總體的基本情況，同時還可以查看橋梁、隧道、涵洞和支擋防護等構造物屬性信息和相關設計圖紙。路線方案比較示例圖如圖2所示。在吳隆高速公路初步設計階段，審核人員通過本系統進行方案審核時提出對K8～K15段進行改線，減少了填挖方量，同時也減少了對基本農田的占用和減少了對淥勞村的拆遷面積，節約了項目的總體造價。

3.2 技術管理

技術管理主要是結合管理單位和施工單位的具體需求自主開發了資料管理系統，對建設過程中的文件流轉過程進行管理。吳隆高速公路技術管理通過線上流程、電子簽章、電子歸檔等手段，幫助管理單位完成對施工流程的實時把控，同時也避免了建設過程中出現文件審批過程不透明、文件流轉記錄難追溯等問題，保護了施工單位的合法權益。本項目通過使用該系統減少了各項審批的時間，提高了管理效率，預防了各項審批材料的丟失。

3.3 質量管理

在質量管理的過程中，當BIM模型建立完成后，使用Fuzor、NavisWorks等仿真軟件對特大構造物的三維模型進行仿真模擬，經數據處理后上傳至云端，使施工人員可實時查看仿真步驟以及相關參數，結合圖紙進行施工，避免重大施工錯誤[3]。

以吳隆高速公路控制性節點沙尾左江特大橋為例，大橋全長968.5 m，主跨為360 m中承式鋼管混凝土提籃拱橋，采用Revit軟件進行全橋精細化建模，使用Navis Works軟件對橋梁模型進行碰撞檢測，對碰撞結果進行分析并得到協調數據，由設計人員對圖紙進行優化，減少了后期的變更和施工浪費，最后把模擬結果上傳至公路工程BIM管理系統，再對每個步驟批注了說明，例如吊塔、主拱、主梁和橋臺的施工工藝、坐標、材料等重要信息，施工人員可實時查看并結合現場進行施工，在提高了施工效率的同時減少了施工損耗[5]。

3.4 進度管理

本項目沙尾左江特大橋建立了精度達到LOD300的BIM模型，通過拆分、編碼、屬性關聯后，對各個構件進行定位、表達、傳遞，然后上傳至公路工程BIM管理系統，由現場施工管理人員輸入施工進度信息，最后結合施工現場的實時監控，實現了對沙尾左江特大橋的施工進度云管理[6]。

3.5 安全管理

吳隆高速公路結合BIM+GIS技術，把沙尾左江特大橋的監控系統接入公路工程BIM管理系統，實時監測各個監控點的變形量、鋼筋和墻體應力應變數值和累計曲線，當監測數據超過預警值時，系統上的監測點紅色則會亮顯報警并顯示施工現場的監控錄像。該系統在沙尾左江特大橋施工過程中預警多次事故，保障了沙尾左江特大橋的施工安全和質量。

4 系統應用效果分析

本項目采用BIM技術進行高速公路項目管理，特別是在吳隆高速公路的建設管理中發揮了重要的作用，提升了項目質量、進度、安全以及檔案管理的信息化和數字化水平，提高了項目的管理效率。系統應用在各個功能模塊的效果主要有以下幾點：

(1)技術管理：避免了項目建設過程中出現文件審批過程不透明、文件流轉記錄難追溯等問題，對建設過程中的文件流轉過程進行管理，通過線上流程、電子簽章、電子歸檔等手段，將施工管理文件置于線上，實現工程建設過程中各方來往文件的電子化流轉，審批流程一目了然。

(2)設計管理：傳統的設計管理僅在設計單位做了閉環管理，而在多方參與的工程管理中，設計管理作為保證項目順利進行的重要一環且貫穿整個項目進程，而現場一般缺乏詳細的設計管理。線上設計管理功能可用于對圖紙和模型的交付管理，通過對設計產品的跟蹤、設計變更的記錄，為工程項目提供設計總體計劃控制、產品質量把控的功能。

(3)進度管理：結合直觀、可視的形象進度管理技術，基于施工 BIM 模型，建立工程合同進度、工程施工計劃、實際進度信息等與三維模型的關聯，實現工程施工計劃進度、實際進度的整編輸入和三維展示，以及施工進度的對比分析功能，使管理更為直觀和高效。

(4)質量管理：通過數字化技術，將數字化質量管理細化至工程最小顆粒度“單元工程級”，落實工程質量管理“縱向到底”的理念。基于施工 BIM 模型，實現工程建設過程中的所有部位、施工工序質量驗評工作的“無紙化”管理。

(5)安全管理：采用物聯網、移動互聯網等先進技術手段，將工程項目安全管理升級改造，轉變安全管理工作方式，優化管理流程，建立一整套科學、有效的安全生產風險管理體系，打造從線上到線下、從網頁端到 APP、從管理制度到管控流程的全范圍安全管理。

5 結語

吳隆高速公路基于BIM+GIS+云技術開發了公路工程BIM管理系統，實現BIM信息的輕量化展現，BIM技術應用貫穿整個項目的全生命周期，提高了設計、施工和管理的效率。以BIM模型展示系統作為底層基礎開發多引擎子系統，相較于單引擎系統成本更低、加載更流暢、穩定性更強以及開發環境更好，為項目的BIM管理系統開發提供可行思路。

目前，公路工程BIM管理系統已經基本實現了設計和施工BIM的信息交互，下一階段可根據施工進程逐步構建竣工交付模型，全面集成設計及施工階段的信息數據，完成管養階段的模型成果交付，搭建運營管養數字化管理系統，逐步開展基于BIM模型的管養應用，以期在后續的高速公路工程中進行推廣和應用。