BIM技術在高速公路工程施工管理中的應用

武楊楠

(山西交通控股集團有限公司運城南高速公路分公司，山西 運城 044000)

0 前 言

高速公路項目施工工序復雜，且建筑周期過長，因此一直以來都難以較為精準地對其施工成本及質量進行控制。而隨著BIM技術在高速公路項目中的大范圍使用，可以有效地在工程建設期內對施工項目進行監管，解決了以往一直困擾施工人員的問題。正因如此，交通運輸部于2017年12月印發了《關于推進公路水運工程應用BIM技術的指導意見》，旨在全面提高工程建設質量，為行業發展提供源源不絕的動力。

1 工程概況

山西省某繞城高速公路工程全長13.042 km，其中涉及到大型橋梁工程6座，總建筑長度1 784.5 m；中型橋梁工程7座，總建筑長度406.2 m；特大型橋梁工程1座，建筑長度1 591.58 m。另包含匝道橋6座、箱涵19道、互通立交3處、圓管涵46道，以及服務區1座。工程開展期間，挖方路段工程總量為7.5萬m3，填方路段工程總量289萬m3，建筑周期為26個月。

2 施工方案優化

2.1 原設計方案

項目開展期間，為了遵循“綠色建筑”理念，避免對當地自然生態環境造成較大改變，本工程在充分征求山西省某縣級政府意見后，決定采用60 km/h的設計時速來對高速公路的施工標準進行控制。其中主線路段為雙向四車道，每條行車道寬度為2×3.75 m，路基寬24.5 m，中間設置1條寬度為1 m的分隔帶，右側硬路肩寬3 m，與行車道橫坡同為2%，左側路緣寬0.5 m，土路肩0.75 m，橫坡4%。

2.2 采用BIM技術對設計方案進行優化

采用BIM技術對施工設計方案進行優化的過程中，首先利用無人機測繪技術來對現場施工路線進行模擬，便于BIM系統建立三維立體模型，從而通過碰撞檢測等多項技術對施工設計進行優化。采用無人機測繪的過程中，需要保證無人機高度維持在1 000 m左右，將現場地形完整地測繪下來。此外，施工單位需要結合設計圖紙、現場地形圖等相關資料進行實地走訪，并對各個測區的像控點進行標記，以確保無人機能夠通過GPS實時差分PTK設備沿路線進行逐一測繪。現場控制點間距需要與施工圖紙之間按照1∶1 000的比例進行分布，以保證無人機測繪圖像的精確性。無人機繪制的本工程實際施工線路如圖1所示。

圖1 山西省某繞城高速公路示意圖

完成無人機測繪之后，將保存下來的圖像輸入到BIM系統中，形成立體的三維結構模型，并利用VR技術對該施工現場全貌進行模擬，從而對材料堆放區域、鋼筋加工場以及現場指揮中心等區域進行規劃。同時，在施工現場各個關鍵節點處安裝監測設備，以便于后期施工對公路項目實施平臺化管理。隨后施工單位即可基于無人機測繪的二維空間平面圖設置3D數字沙盤結構，以便對原定施工設計進行優化[1]。

該繞城高速公路項目通過3D數字沙盤實現，原定設計方案在建設開展期間會占用原有城區的一部分使用土地，為了響應國家“綠色建筑”號召，減少施工過程中的成本損耗以及相關影響，本工程對設計方案進行了優化調整，具體措施為沿城區已有公路部分設置高架橋建筑，在已有公路中間及其沿線兩側分別設置寬度為3 m的橋墩，建成后的高架橋公路雙向道路中央預留出3 m寬的中央分隔帶，如此一來不僅可以減少對舊城區的占用面積，而且避免了施工期間需要對路面以及地下管線設施進行重建工作，縮小了施工成本。另外，此工程原設計方案中公路主干線主要集中于道路的東西兩側，并設置了較小的平面半徑R=300 m平曲線用于橫跨公路交叉口。調整后將高速公路匝道轉彎半徑設置為320 m，使其通往高架橋時的公路跨徑達到80 m，從而減少了對該項目原有區域地塊的分割。經優化調整后的建筑工程方案如表1所示。

表1 優化設計方案對比

通過以上方案可以看出，經過調整后的施工設計方案對于城區造成的影響得到了進一步縮小，原定計劃中用于舊城區拆遷及改建的成本支出大約在3 210.2萬元，經過優化調整后支出成本縮小至2 660.6萬元，并且經過調整后的方案由于使用了一部分原有公路的建筑基礎，因此在工程造價、景觀協同以及道路排水設施方面更加經濟合理。此外該工程還使用了BIM碰撞檢測技術，對原有施工方案中的鋼筋、梁體鋼筋、預埋件、預應力管道等構件進行了碰撞檢測，共發現了8處不合理碰撞點，于是在調整梁體鋼筋位置后對以上幾處碰撞點進行了復核，成功排除了施工中可能出現的設計變更問題，進一步保證了施工質量的有效提升。

3 施工質量控制

除了在施工開展之前對項目設計方案進行優化之外，BIM技術獨特的建筑優勢是可以貫穿整個項目建設周期進行質量管理。由于該繞城高速公路項目中設計到的排水、橋梁、管涵眾多，為了保證各個建筑項目參數不會出錯，在施工開展期間質量管理人員可以隨時使用智能移動終端設備對建筑工程構件進行拍攝，將保存下來的圖像上傳至BIM數據庫當中，與3D沙盤中的立體模型進行重疊對比，可以保證工程構件的建筑參數準確無誤，從而避免了施工后期進行大范圍返工造成的損失。除此之外，在設計某些管涵構件的施工時，也可以由BIM系統直接向管涵的生產廠家運輸至管道的準確數據，由其進行統一預制后運輸至現場進行安裝，不僅提高了施工效率，而且避免了人工操作容易產生誤差的情況[2]。

4 施工進度控制

使用BIM技術對工程項目進行管理時，施工單位可以將每一道工序分為若干節點，穿插時間要素來建立BIM 4D模型，從而對施工過程實施動態監管。在這一模式下，BIM平臺可以自動對施工過程進行模擬，結合人力、機械、材料等不同要素來計算施工周期的長短。并且在此過程中如果出現人工手動調整進度計劃，則系統會做出相關反應，對后續的施工進度進行自動更新調整，并在現場進度與原定計劃之間無法進行重疊時，向人工發出提示和提供相應的調整變動方案[3]。

5 施工成本管理

加入成本信息要素的BIM 5D管理系統，首先可以根據人工輸入的主要建筑材料來自動核算施工成本，其核算依據是根據3D數字沙盤中模擬的建筑工程總量來進行計算，不僅能夠保證計算結果的準確性，而且BIM 5D管理系統還能夠支持與大數據中心進行連接，收集建筑市場中的價格信息來核算工程的最低建筑成本，不僅能夠幫助施工單位更好地使用資金，而且能夠精準地幫助人工制定各類資源的配置計劃，保證在最大限度上減少不必要的資源浪費。此外，當建材市場某一主要建筑材料的價格數據出現變化時，系統會同步更新成本數據，以便于施工單位能夠對工程成本實施動態化管理[4]。

6 施工部門人員管理

6.1 BIM技術的研發應用

本工程以BIM技術作為創新測試項目，檢測現場管理部門對于BIM技術應用的熟練程度。通過前期集中培訓、實訓指導、業務拓展來開發管理部門全新的工作思路，創造出了一種契合企業發展需求的工作思路。該管理部門通過小組成員結合BIM技術多次協商研討，最終實現了“一套集成模型，一個共用平臺，服務多個部門”的工作目標，使得項目管理效率得到顯著提升。

6.2 強化技術儲備

本工程雖然最終形成了一套成熟的工作方案，但是由于是獨立進行的工作項目，對于一些系統軟件的應用技術尚未達到令人滿意的熟練程度，因此，技術力量依舊成為了限制工作效率提升的主要因素。為了彌補這一缺陷，本工程在后期采用與高校進行校企合作的方式，引入國內高端的科研力量來共同開展BIM管理技術的開發與應用，從而為企業儲備了大批優秀的技術人才。

6.3 加強部門聯動

在BIM管理平臺的支撐下，本工程最終改變了以往傳統的管理工作模式，各個部門之間更新工作理念，主動在工作中展開協同互助，從而在真正意義上完善了BIM管理應用模型。例如物資管理、0號臺賬利用、試驗數據管理、征拆情況統計、工程量計算、成本分析等，均實現了多個部門協同聯動，使得工作效率得到了顯著提升。

7 結 語

本文首先結合無人機測繪技術討論了利用BIM系統進行施工設計優化的巨大優勢，并依據工程實例證明了其可以有效減少高速公路項目對城鎮居民環境所造成的影響，進而分別討論了BIM技術在成本管理、進度管理、質量管理這三個方面的建筑優勢，希望能夠對行業發展起到一定的促進作用。

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