基于BIM 的高速公路工程檔案管理模式探討

王 玲

（福州市交通建設集團有限公司，福州 350200）

0 引言

近10 年,我國高速公路發展迅猛,通車里程已超過15 萬公里[1]。 但由于高速公路建設規模大、線路長、工期長、過程復雜、涉及部門多,其工程檔案管理的問題日益突出。 高速公路工程檔案資料涵蓋了項目規劃、立項、設計、施工、運營、管養等各階段,儲存了原始真實的信息,可為項目決策、建設、運營、管養及改擴建等提供基礎數據。隨著高速公路建設信息化和精細化管理的持續深入,項目信息存儲量和檔案文件數量劇增。 傳統的檔案管理模式側重紙質檔案的形成、移交和查詢,需要耗費大量的人力和物力,檔案資料的查詢利用效率低；且檔案管理人員的工程和信息化專業知識普遍較為薄弱, 無法適應現在高速公路工程檔案管理的要求。 建設過程中存在檔案基礎資料收集不到位、不全面、不科學、不規范、不同步的問題；同時檔案立卷過程中歸類錯誤多、缺漏多、耗時長,都在一定程度上制約了高速公路的信息化和精細化管理,也將影響項目建成后的養護和管理工作。 為此,探索新的檔案管理模式, 高效高質建立三維可視化動態的工程檔案,提高工程檔案的及時性、真實性、權威性和可追溯性,具有重大意義。

近年來信息技術的迅速發展, 使得傳統高速公路工程檔案管理模式與社會服務要求的脫節日益嚴重, 特別是建筑信息模型(Building Information modeling,簡稱BIM)技術的推廣和應用, 對高速公路工程檔案管理提出了新的挑戰、 理念和方向。 BlM 技術通過建立三維可視化模型,收集、存儲、管理項目生命周期不同階段的信息,為各參建方提供及時、準確、統一的信息,提高項目設計、施工、運營、管養、改建的質量和效率。國內外學者也對BIM在工程內業及檔案中的應用進行一些研究。 廖玉玲[2]、郭蕊[3]等人分析了BIM 技術在國內外檔案管理中的應用和發展情況,從工作模式、公信力和管理人員技術等方面提出了應對措施；楊繼東[4]對基于BIM 技術的三維城建檔案接收保管和利用模式進行了研究,以“歸檔模型標準化,數字信息集成化、檔案服務智慧化”為研究方向和目標,提出了管理模式構建思路；張嬌[5]對城市地下綜合管廊工程BIM 檔案的建立和接收管理進行了研究, 分析了BIM技術與地下綜合管廊工程的關系, 認為BIM 檔案納入城建檔案管理是必然趨勢；黃少華[6]等人在黃河公路大橋項目使用BIM 技術輔助管理, 并使用云平臺對施工質保資料和檔案進行動態管理,實現了資料的長期、真實、有效保存,并同步完成建檔；智鵬等人[7]針對京張高鐵清華園隧道地質風險大、 雙線大直徑、 環境保護要求高等重難點, 探索了基于BIM 的隧道工程三維可視化數字檔案建立方法；何杰[8]等人基于BIM 技術和大數據平臺建立了隧道建養信息化系統和信息檔案, 服務于隧道的運營和管養。

總的來說,BIM 技術已在城建和公路系統的工程檔案管理中均有應用,總結了一些管理模式和方法,但由于高速公路規模大,時間和空間跨度大,涉及協同部門多,故BIM 技術在高速公路工程檔案管理中的應用還很少見,且現有的研究側重于建設過程, 對項目前期決策和后期運營管養階段的研究暫未涉及。為此,本文以BIM 技術為基礎,探索高速公路項目全壽命工程檔案管理模式,首先分析BIM 技術與高速公路工程檔案管理的關系及問題,再構建基于BIM 的檔案管理模式,最后進行工程應用,為推動項目信息化和智慧檔案提供參考。

1 BIM 技術與高速公路工程檔案的關系

1.1 BIM 技術特點

BIM 技術是將工程項目的各類信息數據通過數字信息仿真模擬, 建立涵蓋項目立項至拆除的全壽命信息化模型。它具有可視化、全壽命、協同性和動態優化等特點。

(1)可視化。 通過BIM 技術可建立項目的三維立體模型,甚至包括動畫、音頻等信息,使得決策和設計意圖、施工和養護過程更清晰, 有效避免理解不到位產生的誤差,提高施工質量和效率,提前預見問題,如碰撞沖突明顯的重點和難點部位。

(2)全壽命。 通過BIM 技術可集成立項、設計、施工、運營、管養和改擴建等階段的各類信息,并以構件為載體,以屬性體現,使得構件具備全周期的可追溯性。

(3)協同性。 BIM 技術可為各參建單位在立項、設計、施工、運營、管養和改擴建等階段提供協同工作平臺,實現信息共建共享,確保信息的及時、準確和一致性,有利于不同專業間的集成協同配合工作,提高工作效率。

(4)動態優化。通過BIM 技術可對項目進行動態管理,各參建單位可根據實際情況進行優化,對技術交底、施工組織、試驗檢測、質量檢查與竣工驗收等環節進行動態管理和優化。

1.2 高速公路工程檔案特點

高速公路具有規模大、路線長、地形地貌復雜、構造物多、專業多、參建單位多等特點。 工程檔案是其從規劃到建成使用過程中形成的具有保持價值的文字、圖紙、影像等各種形式的載體。 為此其形成的檔案信息資料不僅數量龐大,且涉及多個專業、多個部門。 故需要良好的頂層設計,有效的管理模式,足夠的儲存空間,清晰的計算邏輯和關系。

1.3 BIM 技術與高速公路檔案的關系

BIM 技術與高速公路工程檔案兩者的特點高度契合,BIM 技術的可視化、全壽命、動態優化和系統性可以解決高速公路檔案量大、時間長、專業多、參建單位多等引起的問題。 通過BIM 技術使項目信息高度集中、可視化、統一共享、動態可調,解決檔案快速精確收集和成檔的問題,且可隨時調用查詢,為項目決策、設計、施工、運營和管養提供真實可靠的基礎信息；同時,通過BIM 技術構建的協同平臺,實現不同專業、不同部門、不同參建單位間的無障礙高效溝通,提高協同工作效率,加快項目建設。可見,以BIM 技術為依托,重新構建高速公路的工程檔案管理模式,可有效提高成檔質量和效率,增強檔案的真實性、公信力和服務屬性。

2 基于BIM 技術的檔案管理模式

2.1 檔案管理模式構建標準

檔案信息化的基礎是標準化, 檔案管理模式需要建立統一的標準才能實現信息的共享和協同。

(1)統一建檔立卷標準。 高速公路的檔案不僅要滿足《中華人民共和國檔案法》、《文件檔案管理文件要求》、《國家重大工程項目文件歸檔要求與檔案整理規范》等法律法規及條例的要求,還要符合交通運輸部《公路工程竣工文件材料立卷歸檔管理辦法》、《公路建設項目文件資料管理辦法》的規定。 基于BIM 的檔案管理模式在上述規范規定的收集類目、明細、整理歸檔方法、立卷方式及移交要求的基礎上,再根據工程建設的實際情況,進行增項、擴展和細化。

(2)統一BIM 建模標準。 BIM 模型需要采用統一的標準和深度,包括統一的建模標準、深度、數據接口和邏輯層次,以利于管理模式的進一步推廣和應用。 由于公路工程暫未頒布BIM 模型建模和實施的行業技術標準, 故選用 《建筑信息模型應用統一標準》(GB/T 51212-2016)和《建筑信息模型施工應用標準》(GB/T 51235- 2017), 上述兩個規定未涵蓋的專業采用《城市軌道交通工程BIM 應用指南》,通過上述規范基本可以覆蓋公路工程涉及的專業范疇。

(3)統一BIM 建模層次和深度。 移交檔案管理部門的信息必須符合要求, 需要對基于BIM 的工程檔案設定建模層次和深度標準, 避免各項目移交的BIM 檔案參差不齊。為詳細真實的反應工程信息,須以構件為單元層次,以施工圖設計為深度標準,且工程項目的分解、構件專業工點劃分和建模精細度等參數參照相關標準, 并附相應EBS 編碼。同時,建模需采用統一的主流的軟件產品,選擇數據接口兼容性好軟件格式。

此外,為了確保信息的共享,應保持各類專業信息間的邏輯關系,即某個專業信息變化后,其他與之關聯的專業信息也能隨之更新。

2.2 檔案管理模式構架

高速公路基于BIM 的工程檔案管理架構如圖1 所示, 總體由檔案信息處理應用中心和檔案信息交互終端構成。 其中：

(1)檔案信息處理應用中心。包括基礎層、處理層和應

用層三個層次。

基礎層由ICT(信息和通信技術)資源池構成,并通過特定的SLA(服務協定)給上層系統提供基礎數據。基礎層主要用于收集、 分類和儲存各個終端上報的工程檔案信息,信息設置審核程序,確保信息的內容、分類等滿足現有文檔接受規定。

處理層包括檔案信息處理和檔案管理模塊, 是集成多種BIM 建模工具和管理工具的硬件中間層。 處理層主要用于對基礎層提供的工程檔案信息進行處理, 以獲得統一形式的檔案信息, 并構建BIM 模型與檔案信息間的有序關聯和鏈接,實現項目工程檔案的高度集中化、可視化和動態化等。

應用層是對處理層建立的檔案信息進行應用, 實現業務場景的具象功能,對施工前、施工過程以及施工后的運營等階段進行全壽命的檔案信息服務。 如施工階段可通過BIM 模型漫游和三維模型等進行進度查閱、計劃倒排、實時跟蹤和調整等,指導項目施工,并同步形成工程和管理檔案,如實詳細的反應項目施工進度控制過程。

(2)檔案信息交互終端。 包括數據輸入終端、數據審核、共享與協同工作平臺。

檔案原始信息數據可通過移動端、客戶端和Web 端等渠道按要求的內容和格式進行編輯和整理, 其中包括前期決策及設計文件、施工過程的構件和材料信息、施工計劃和組織等等。

數據輸入后進入審核(或審批)環節,由相關人員對數據的合規性和正確性等進行審核和簽認, 保證數據格式和內容的正確性、規范性和安全性。經過審核的數據方可進入檔案信息處理應用中心。

共享與協同工作平臺既為各參建方提供準確、及時、統一格式的檔案信息, 并可以為各參建單位提供協同工作平臺,通過建立互動機制,實現各參建單位的協同作業。此外該平臺還可以實現與相關主管部門、 質監部門和檔案部門的直連直通。

3 基于BIM 的檔案管理模式應用

根據工程檔案管理模式的構建思路, 本文選擇莆炎高速公路福州段的A4 標段作為背景工程,對基于BIM 的工程檔案管理系統進行應用。

3.1 工程概況

莆炎高速公路福州段起于永泰梧桐潼關與福永高速公路銜接,經過梧桐鎮、嵩口鎮終于三明尤溪界,采用雙向六車道高速公路標準建設, 設計時速100km, 路基寬度33.5m。 A4 標段位于嵩口鎮境內,路線全長6.157km,主要工程量有主線橋梁765.0m/3 座； 隧道3556m/1 座； 涵洞257.07m/4 道；土石方67.38 萬m3。

3.2 基于BIM 的工程檔案建立

根據檔案管理模式的構架和構建要求, 以結構構件為基本載體,并賦予構件從決策、設計到施工等階段的全過程信息。 采用Revit、Navisworks 等軟件,并配備移動工作站、高配置電腦、無人機及高清攝像頭等硬件。 通過基礎層的數據分類和儲存、處理層的數據處理和建模,得到BIM 模型如圖2～圖7 所示。 具體可分為：

(1)總體模型。圖2、圖3 分別為橋梁和隧道的BIM 總體模型,可用于指導測量、工程量計算、進度標識、項目展示等。

圖2 橋梁BIM 總體模型

圖3 隧道BIM 總體模型

(2)構件模型。 圖4、圖5 分別為T 梁梁片和隧道排水管的構件模型,可用于三維坐標提取、碰撞檢查、可視化圖審和技術交底、優化設計、指導下料等。 圖4 中的構件信息可實現構件原材料、 施工工序管理及產品質量檢查信息的可追溯化。

圖4 梁片信息檔案

圖5 隧道排水管三維可視化檔案信息

(3)其他模型。主要包括機械設備、支架模板、拌合站、預制梁場等施工輔助設施,分別如圖6 和圖7 所示。 可用于指導二襯臺車、模板、拌和站、梁場等的建設和加工制作,有利實時了解機械設備、拌合站和梁場的狀況,為施工提供支撐。

圖6 隧道二襯臺車及橋墩模板BIM 檔案信息

此外,在建立上述模型的基礎上,還需建立建立各種模型間的關系,包括空間關系和時間關系,最終形成完善的工程檔案信息。

圖7 預制梁場及混凝土攪拌站BIM 檔案信息

3.3 BIM 檔案在管理中的應用

通過Navisworks 等軟件, 可對建立的BIM 工程檔案進行應用,對項目建設全過程動態管理,及時發現問題,及時調整,使得項目質量、安全和進度滿足要求,且能提高人工、材料和機械的利用效率,降低項目建設費用。 主要應用如下：

(1)項目優化和動態管理。通過BIM 檔案信息,可實現項目前期規劃和設計階段的優化,如路線方案、不同專業的空間布局、 碰撞檢查等； 也可對施工過程進行動態管理,根據進度要求,倒排計劃,并調整生產要素支撐后續施工進度。圖8 為利用BIM 信息調整的排水管,并同步形成變更檔案。

圖8 隧道排水管優化設計

(2)計量及成本管理。 BIM 檔案信息可使高速公路計量工作可視化,有利于統籌安排計工計價工作,提前做好相關報檢和申報工作；有利于統計工程量,避免出現漏計和重復計量的情況；并在計量過程中同步形成檔案。

(3)人工、材料及機械管理。BIM 檔案信息可將施工過程中的人工、材料及機械信息在構件檔案中得以體現,使得構件質量具有可追溯性；同時可對人員、材料及機械等進行管理,使得人員、材料和機械能高效地參與到項目建設中,避免窩工和物料浪費及供應問題。 如人員的安全培訓及出勤情況、材料的質檢、儲備及領用情況、機械的保養、檢修和操作規程等等。

(4)現場協調管理。 利用BIM 檔案信息的三維可視化功能,再加上時間維度即可進行虛擬施工。 直觀快速地將施工計劃、標準等與現場情況對比；并通過協作平臺共享施工影像,制定相應的措施和工作流程,通知相關人員辦理,同步形成檔案。如圖9 所示。同時,還可以對梁場、拌合站、樁基、現澆梁、懸澆梁、高墩、隧道開挖、支護、高邊坡、高填方等重點部位進行現場監控, 采集構件和支架等輔助設施的相關參數,掌握施工狀態,優化調整施工決策,減少施工問題和返工整改。

圖9 協作平臺

(5)質量安全內業管理。 現場質量安全是項目建設過程的重點,質量安全內業檔案的規范填寫直接影響現場施工的規范化。 針對 《公路建設項目文件資料管理辦法》 及相關文件的規定, 重視質量安全內業的原始記錄。 為了保證現場施工原始記錄數據填寫的真實性和準確性, 提高數據的后期利用,BIM 工程檔案管理模式通過匹配規則,建立現場檢測結果、規范標準與BIM 模型的自動關聯, 并通過手機和計算機終端對收集現場施工照片及檢測驗收數據后直接生產驗收意見, 經審核后即可完成驗收,并同步形成質量安全內業。 這可減少信息錄入的工作量, 提高檔案的及時性和真實性,提高建檔效率。

(6)建立項目健康檔案。 BIM 檔案信息將項目各構件的勘察設計資料、施工信息、歷次檢測數據匯集成項目的健康檔案,為項目營運后的管養、改建和拆除等提供必要的基礎資料,有利于實施針對性的管養,降低管養費用；有利于提高改建和拆除質量,降低費用。

4 結論

(1)基于BIM 的高速公路工程檔案模式可建立信息高度集成的三維動態模型, 匯集項目全壽命過程的相關數據,對于檔案的權威性、真實性和可追溯性具有非常重要的意義。BIM 技術為高速公路檔案數字化、信息化提供了科學、合理、可行的技術途徑。 通過BIM 技術與檔案的深度結合。 兩者在一定程度上實現了優勢互補。

(2)基于BIM 的高速公路工程檔案模式使得現場施工管理更加直觀便捷,內業更及時、更客觀,實現了通過信息化加強了現場質量把控的目標, 使得工程管理更為信息化和精細化。

(3)基于BIM 的高速公路工程檔案管理模式將成為協同參建各方的重要樞紐中心, 是未來進行數據共享互通以及消除“信息孤島”的發展方向。

(4)基于BIM 的高速公路檔案管理模式有利于實現高速公路建檔案的全生命周期應用, 提高檔案管理工作的信息化水平,是檔案智慧化發展的必然方向；也為將來的城市智慧模型提供豐富詳實的數據信息, 為智慧城市奠定堅實基礎。