BIM技術在六盤水市大坪子至董地一級公路工程項目中的應用

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100054)

1 工程概況

1.1 項目簡介

六盤水市大坪子至董地一級公路項目二工區施工范圍為K0+224.338 ～ K10+662和K17+240 ～ K24+448.140兩段，總長約17.62km、工程造價19.95億元，如圖1；預計2020年7月完成管段工程內容，計劃工期三年。

圖1 全線瀏覽圖

施工內容包括特大橋1座(天生湖特大橋)，大、中橋17座，隧道3座，管段內路基路面、涵洞、互通、服務區等嗎。

全線采用一級公路標準、雙向六車道、速度60 km/h設計，自西向東經由畢節市威寧猴場鎮、六盤水市雙嘎鄉、發箐鄉、中山區月照鄉等兩市四個鄉鎮。

1.2 工程特點和難點

本項目的特點主要為：項目施工范圍大、多點同時施工；地處偏遠、配套設施不完善；服務周期長、工期緊張、參與方眾多；鋼筋、預制構件集中加工，管理流程繁雜；存在大量爆破工程；施工環境復雜，對環境管理有較高的要求[1]。

主要施工難點為：管理人員多點往返，管理降效；物料量大、管理面廣，耗費人力物力；安全、質量管理難度大、管理成本高；需要自建混凝土攪拌場，選址要素多而雜；網絡通訊條件差，BIM基礎不完善；炸藥使用量大，需有完善的安全監管措施。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

(1)超長體量BIM模型：通過多項BIM建模軟件完成項目全線17.62km的模型，為后續BIM應用提供數據基礎；

(2)采集、分析GIS信息：通過專業GIS軟件，建立項目完整GIS信息，并與模型文件進行綁定，其中包括項目地理位置信息以及模型內部空間位置[2-3]；

(3)施工信息采集：通過在現場設置數字化模塊，實時采集現場施工信息，并將其賦予模型上，提高施工信息時效性[4]；

(4)BIM全信息集成：將BIM模型、工程設計、GIS以及數字化模塊采集的施工信息集成于BIM綜合管理平臺，幫助項目進行管理及決策[5]。

2.2 BIM實施方案

項目BIM應用之前，應根據公司BIM應用標準編制項目BIM應用實施計劃如圖2[6]。

圖2 BIM應用標準及實施計劃

2.3 BIM團隊組織

根據BIM實施計劃，項目組建包含BIM規劃、BIM監管及BIM實施的組織架構，如圖3[7]。

圖3 BIM組織架構

2.4 軟硬件環境

根據項目BIM、GIS及數字化應用的需求，配置了相關的軟硬件環境，如圖4-6所示[8-9]。

圖4 BIM軟硬件環境

圖5 GIS軟硬件環境

圖6 數字化技術軟硬件環境

3 BIM應用

3.1 BIM網絡建設

基建項目普遍地處偏遠，配套不完善，無法提供穩定通訊、網絡。而BIM平臺及終端模塊均需通過網絡進行連接，以保證數據的實時采集、分析和反饋。為保證BIM技術在基建項目的切實應用，攻關施工難點，項目需建設針對山區特殊性質的網絡。

通過不斷的考察與研討，最終確定了由復合式光纖、微波中繼器、通訊車組成的多段式網絡，保證了偏遠地區的信號穩定，其中：

受六盤水特殊天氣及山地環境影響，光纖易出現信號薄弱點，需通過中繼器進行加強?？紤]部分區域取電難度，項目采用復合式光纖，光纖自帶電源，隨時滿足中繼器需求。

項目部分山地高差大，光纖鋪設難度大，項目采取點對點跳躍式布置加強型微波中繼器，即保證了網絡的需求，又大幅降低網絡搭建成本。

針對落飛嘎等大型橋隧，施工人員密集，安全要求高，為保證網絡的正常使用，租賃通訊車加強信號。

3.2 BIM系統應用

基于BIM綜合管理系統的多方溝通模式，通過管理系統的電腦端、手機端、云盤，將模型、GIS和數字信息實時在多方進行傳遞和分析，將“經驗模式”項目管理逐漸轉變為“數據模式”項目管理，如圖7所示。

圖7 BIM綜合管理平臺

3.3 模型建立

根據設計圖紙，通過各類建模軟件完成道路、地形、橋梁和隧道的模型建立。

同時，根據基礎設施項目需求，建立智能參數化族，如圖8所示，結合塔吊、攪拌場的布置原則，智能分析場布。

圖8 基建項目模型

3.4 電子沙盤

通過Infraworks建立項目全線模型，并結合BIGmap的GIS信息形成完整電子沙盤。在多工段協同施工的過程中，項目指揮部進行全線工程模擬，合理協調各參建方的施工任務，及全局性決策，提高項目整體施工效率。

且因集成了高仿真的周邊地質環境，能在實際施工前，發現施工存在的問題，制定解決方案[10]，縮短項目工期。

同時，通過完成全線的電子沙盤，為后續的GIS應用及智能化場布提供數據支撐。

3.5 車輛智能化管理

項目同時多點開工，為確保車輛的高效、安全行駛，項目采取車輛智能化管理系統對所有車輛進行監管，如圖9所示。該系統采用“滴滴”類似技術，能對車輛進行實時定位跟蹤、歷史軌跡查詢、限速管理、越界管理、調度管理、工作負荷分析等方面進行管理，做到可視化、智能化、數據化的管理[11]。

3.6 隧道定位系統

為保證隧道的安全施工，項目采用隧道定位系統對項目所有施工人員進行實時定位及管理。

系統主要由安全帽及口罩定位模塊、隧道定位信號采集器、隧道模型及定位系統組成。

施工人員在佩戴口罩后，激活安全帽的定位模塊，方能通過門禁進入隧道施工，既保證了施工安全，也提高了對工人職業健康的關注。

隧道內部設置的信號采集器實時采集定位信息，并傳輸至定位監管室，與隧道模型綁定，反饋施工人員數量及位置，并最終傳輸至BIM管理平臺，如圖10所示，進行項目管理。

3.7 重要危險源監管

通過現場埋置的檢測應片，實施監測項目大體積混凝土澆筑情況，不僅能對重要危險源提前預警，還能對施工信息分析，指導后續施工，如圖11所示[12]。

進行橋梁施工時，在橋墩翻模位置設置應力監測，并在平臺上與橋墩模型進行綁定，平臺實時對監測數據進行記錄及分析，如圖12所示，并在接近臨界值時對項目進行全員預警，即提高了橋梁施工的安全保障，同時還降低了項目的管理成本。

圖9 車輛管理系統

圖10 隧道定位系統

圖11 大體積混凝土監測

圖12 橋墩模板監測

將塔吊黑匣子的信息通過網路接入BIM綜合管理平臺，如圖13所示，平臺對塔吊數據實時監控及分析，對危險工況提前預警，避免大型機械的危險作業，也提高公司對項目大型機械的管理效率。

圖13 塔吊監測

隧道工程普遍需要使用大量炸藥進行山體爆破，為保證存放炸藥的安全，項目通過紅外監控系統對該區域進行重點防護，除安防人員，項目所有管理人員均可通過BIM管理平臺，如圖17所示，確認炸藥庫的安全情況。

3.8 土石方準確計算

結合地勘報告、工程資料、建設地塊信息、GIS數據及實測地形數據，并導入Civil 3D軟件中，生成原始地形曲面模型、道路曲面模型、取棄土場曲面模型，進行場地分析，從而計算出精確土方量，同時生成土方施工圖指導現場施工[13]。

3.9 物料管理

視頻收料主要由三個部分組成:現場監控和地磅、視頻系統及小票生成器，以及物料綜合管理平臺，如圖14所示。

通過視頻收料模塊，極大地提高了收料效率與準確性，極大地降低了管理人員的現場工作量，降低了施工成本。

同時，自動生成的物料小票及上傳至平臺的物料臺賬，也極大地加強了項目對于物料的管控。

圖14 物料管理

4 應用效果

運用BIM技術結合各項信息化手段實現項目管理的可視化、信息化、智能化、精細化，相比傳統管理模式，提升了項目自身的管理水平、提高了工作效率、降低了項目管理成本。降低了單位間、部門間的溝通難度，減少了溝通的誤區。通過BIM技術的使用，豐富公司基建管理手段，提升了公司的市場競爭力，有力的支持了公司“轉型升級、提質增效”發展目標。

1)通過BIM平臺進行形象進度確認，節省了30%以上進度確認時間，加快了進度款結算，促進了企業資金的回流；

2)節省了現場勘察、測繪時間，節省了人工支出，加快了項目進度，并復核了場地規劃的合理性；

3)通過自主研發的系統精準控制供需，相比傳統減少了11%的混凝土浪費；

4)實時定位勞務工人位置，避免工人無故曠工，為隧道工人安全提供額外保障[14]；

5)加強了隧道施工的安全監測，提高了危險發生時的應急處理能力，杜絕危險發生帶來的經濟損失和人員傷亡；

6)通過BIM管理平臺，優化了機械重復的現場管理工作，減少了40%現場管理需求，極大的提升了管理人員的工作效率；

7)所有設計、現場的施工數據均由模塊和系統進行采集、分析和輸出，極大的保證了數據的準確性，提升了管理精度；

8)因其特殊的拆遷需要，以及多單位多路段的同時施工，協同作業效率較低。通過BIM平臺的實時性、可視化、多端口等特點，縮短了溝通、審批流程時間；

9)在進行高、大、危等施工難點攻關時，BIM技術提供了便捷直觀的模擬以及詳細精準的分析結果，提升了項目施工水平，縮短了施工工期。

5 總結

5.1 創新點

為切實應用BIM技術，提升基建項目管理實力，加快企業轉型速度。以項目特點為切入，深入分析，總結共計22項目施工重難點，如圖15所示。結合以往項目BIM管理經驗，逐項列舉解決措施，最終制定以BIM為核心，GIS和數字化模塊為支撐的管理思路。通過BIM+GIS+數字化模塊的組合應用，極大地擴寬了公司對于基建項目的管理理念。

圖15 基建項目重難點總結

圖16 基建項目重難點總結

整個管理體系如圖16所示，以BIM為核心，為整個工程提供詳細、精準和易于理解的施工(設計)信息，并通過其自身的計算能力，分析整個項目，為項目策劃提供完整、科學的依據。而GIS為BIM系統提供了真實的地理信息，使得BIM不再架空于項目周邊環境，避免形成孤立數據，極大地滿足了基建項目的信息需求。同時，信息化模塊準確的將施工(現場)信息實時傳輸至BIM平臺，改變了傳統現場信息采集模式，對于縱深極大的道路工程，極大的提高了管理的效率和質量[15]。三者通過相互聯動，有效地解決了因項目特點造成的各項施工難度。

5.2 經驗教訓

1)在建立模型時，除了考慮軟件版本、模型精度和文件格式等，還應考慮現場采集的信息，提前設置參數，通過模型，將孤立的數據轉變為可視化的信息，指導現場施工；

2)在進行BIM和GIS組合使用時，GIS數據體量普遍較大，需提前進行篩選，在滿足模型展示和平臺分析的前提下[16]，對多余信息量盡可能進行刪減；

3)現場施工信息龐大，數字化模塊多而雜，在進行平臺界面定制時，應根據使用部門進行分類，使用頻率進行排序，提升模塊信息使用效率。數字化模塊在長時間的使用后，因存在非常規施工內容，數據易出現“BUG”，應定期對其進行檢測，并總結優化；

4)為滿足BIM+GIS+數字化模塊的組合使用，BIM平臺應具有極大的開源性。項目在采購數字化模塊時應提前協調虛擬端口，以便進行平臺定制時，保證采集信息能夠穩定接入平臺。