基于BIM 數字化的路基施工管控應用研究

王成武，唐建亞，馬君科，南銳

（1.黑龍江省交投公路投資有限公司；2.江蘇中路信息科技有限公司）

1 背景

根據2019 年9 月中共中央、國務院《交通強國建設綱要》相關文件的發布，在國家層面推動了交通運輸行業由依靠傳統要素驅動向更加注重科學技術創新驅動的轉變、由追求速度規模向更加注重質量效益的轉變。路基施工作為高速公路基礎性工程，是決定整條高速公路工程項目質量的先決條件，如何利用BIM、大數據、物聯網、GIS、人工智能等信息技術來提升路基施工質量和管理水平，具有重要的理論和現實 意義。

2 BIM 數字化技術發展及應用

BIM（Building Information Modeling）技術是近十年來在 CAD 技術基礎上發展起來的一種多維（三維、四維、五維、n 維）模型信息集成技術，它將建筑從業人員從復雜抽象的圖形、表格和文字中解放出來，以形象的三維模型作為建設項目的信息載體，方便了建設項目各階段、各專業以及相關人員之間的溝通和交流，減少了建設項目因為信息過載或者信息流失而帶來的損失，提高了從業者的工作效率以及整個建筑業的效率。該模型的優點是具有高精度、參數化特征和詳盡的語義信息，因此在BIM 理念支持下開展的公路工程項目有著一致性的建設和運營信息。不僅如此，BIM 模型能夠為公路工程精細化、精準化管理提供重要數據源，同時也可以將公路工程設施的實體和功能特征進行數字化表達。在實際工程項目中，對于貫穿全壽命周期中集成應用屬性信息和內部結構信息具有顯著優勢。

目前國內許多高校、研究機構在道路施工管理方面有了自己的研究，取得了可觀的研究成果。華中科技大學章霄基于BIM 的工程現場項目管理組織研究，采用定量分析和定性分析相結合的方式，論證了BIM 技術的應用可以提高工程現場項目管理效率[1]。重慶交通大學張曉雅研發了基于BIM 的公路施工質量管理系統，并結合工程實例，驗證了BIM 技術在公路施工質量中的應用價值[2]。長安大學何鋒對BIM 技術在公路工程管理中的應用進行了研究，以具體案例為基礎分析了BIM 技術在工程管理的應用成效[3]。郭士禮等人研究了基于三維GIS 的高速公路施工進度管理系統，提出了路橋工程中動態分段技術、施工狀態三維動態建模和可視化、三維GIS 下的工程量計算等系統建設中關鍵技術的解決方案[4]。

BIM 數字化技術在高速公路建設管理中雖然仍處于起步階段，但BIM 數字化技術在設計、施工、運營和維修養護各階段的巨大優勢，勢必會帶來高速公路工程項目管理模式的重大變革，把BIM 數字化技術運用到高速公路項目管理中不僅能保證工程質量，加快工程進度，節約成本，還可以提高項目管理效率和質量，取得良好的應用效益。

3 路基施工管控信息化現狀及需求分析

①路基施工過程質量缺乏有效監管。目前施工過程多為事后監管，如何利用信息化的手段將事后監管轉為事中控制，對路基施工質量的提高具有重要的意義。

②項目管理過程信息集成度不高。項目管理過程缺乏數字化、可視化、智能化平臺將路基施工過程中各類數據進行融合、展示和傳遞。

③施工過程缺乏先進的技術手段，從而為路基施工管理、決策提供有效的技術支撐。如施工進度不明確、技術交底不直觀、施工質量綜合評價缺手段。

本項目聚焦路基施工管控信息化，以數字化管控為手段面向當前路基施工過程中面臨的相關技術和管理問題，擬開展以下幾個方面的研究。

圖1 基于BIM 數字化的公路建設管控平臺

圖2 路基施工過程數據采集架構圖

1. BIM 數字化在路基施工質量中應用研究；

2. BIM 數字化在路基施工進度中應用研究；

3. BIM 數字化在路基施工管理中應用。

選擇該科收治的肺癌合并糖尿病患者作為研究對象，隨機抽選出80例患者將其按照治療時間順序分為對照組（40例）、觀察組（40例）。所有患者均接受手術治療，觀察組圍手術期開展目標性護理，對照組患者實施常規護理。患者知曉該次研究，在家屬的陪同下簽署知情書。

4 BIM 數字化在路基施工中應用

4.1 BIM 數字化在路基施工質量中應用

路基壓實是路基施工非常重要的一個過程，壓實質量直接影響著路基施工質量，壓實不足會引起道路沉陷、開裂、滲水、車轍等；過壓實會導致施工材料被破壞，影響施工質量。隨著BIM、物聯網、大數據等數字化技術的發展，為路基壓實質量控制提供了技術手段，主要體現在路基施工過程數據的自動采集（壓實遍數、壓實速度、振動VCV 值、高程信息）、采集數據的智能處理（壓實均勻度、壓實穩定性、施工質量綜合評分）、過程結果數據的直觀展現（施工過程物聯網數據BIM 展示），通過過程數據的實時直觀展現引導路基壓實施工（見圖1）。

1）數據自動采集

利用物聯網、北斗GNSS 高精度定位和高精度CMV 壓實度力反饋計，自動實時采集路基施工過程中各類參數（經緯度信息、壓實遍數、壓實速度和振動VCV 值），并上傳至BIM 數字化管控平臺（見圖2）。

2）數據智能處理

BIM 數字化管控平臺利用大數據技術，對現場采集的實時數據進行分析處理，實時計算路基壓實軌跡、各點壓實均勻度和壓實穩定性，并根據計算結果對路基施工質量進行評價，實時將評價結果反饋給現場操作人員，指導現場操作，提高施工質量（見圖2）。

3）BIM 數據展現

圖3 基于BIM 路基施工過程數據展示

圖4 基于BIM 數字化的路基施工進度應用

圖5 基于BIM 數字化的路基施工管理應用

以BIM 模型為載體，實時、直觀展示路基施工過程質量信息（物聯網采集數據和質量結果數據），并可進行一些長度、面積等量算，便于項目管理者實時、直觀了解項目施工現場狀況，做出科學、合理的決策（見圖3）。

4.2 BIM 數字化在路基施工進度中應用

進度管理為施工管理的核心，在項目施工中BIM 數字化技術在工程進度管理中的應用，能夠幫助工程人員更加直觀的掌握工程進度情況，并及時發現工程進度偏差，提高工程進度管控力，保證項目順利的按時完成。通過項目現場移動端信息采集設備對項目模型對應位置的施工信息采集，同步到施工模擬軟件，就可以自動統計生成預演模型的進度計劃。BIM 數字化在路基施工進度的應用包括施工進度監控（超期預警、進度實時可視）和進度分析（進度對比、進度模擬、原因分析和輔助決策）。

1）施工進度監控

將項目施工進度計劃與路基BIM 模型進行掛接，即可形成項目施工計劃進度虛擬沙盤。通過BIM 數字化技術，結合路基智能壓實數據采集，可實時且直觀的展現項目施工現場進度，如超期未施工，會自動觸發系統報警，并向相關人員推送滯后消息。基于BIM 數字化的施工進度監控，結合物聯網數據采集技術，改變了傳統路基施工進度人為操作等因素，將施工進度不直觀、粗放的管理轉變為可視、實時和對比跟蹤的精細化管理（見圖4）。

2）施工進度分析

項目管理人員可以利用施工進度虛擬沙盤，對施工過程進行模擬、對比和分析，通過對施工過程的模擬，比選出最佳的施工方案。另外，針對施工進度滯后預警，利用大數據分析技術，分析總結進度滯后原因，形成施工過程知識庫，尋找是否存在提高效率的可能性，合理安排下一階段所需施工資源，實現對施工進度全面、整體的分析和 掌控。

4.3 BIM 數字化在路基施工管理中應用

隨著高速公路建設行業的快速發展，過去的項目管理模式已不能適應當前高速公路行業工程管理的實際需求，嚴重制約了項目管理效率，BIM 技術的引入與應用，為整個高速公路建設行業的信息化帶來了新的發展契機（見圖5）。BIM 理念和技術在高速公路建設管理中雖然仍處于起步階段，把BIM 數字化技術運用到路基施工管理中不僅能保證工程質量，加快工程進度，節約成本，還可以提高項目管理效率和質量，取得良好的應用效益。BIM 數字化技術在路基施工管理中的應用包括：

1）工序報驗

將BIM 模型與工程量清單進行關聯，通過使用移動端APP 進行工序報驗、試驗檢測和報驗審核，報驗過程數據直接上傳至BIM 數字化平臺，與BIM 模型掛接，直觀展示工程報驗質量和進度情況。另外，可根據不同周期、分部分項工程等檢索條件，導出報驗計量匯總情況，有效減少工程報驗工作量，提高工作效率。工序報驗操作流程如圖6 所示。

2）技術交底

改變傳統施工過程中的技術交底采取紙質文件或者口頭的形式，將施工過程中的技術交底進行三維可視化，施工工藝、質量驗收標準、規劃和要求等融入BIM 模型中，形成施工、驗收樣板庫。基于BIM 模型的技術交底，可直觀、精確表達施工過程工藝，便于施工人員理解，提高工作效率（見圖7）。

圖6 數字化管控平臺工序報驗操作流程

圖7 路基施工拋石擠淤技術交底

5 結語

本文將BIM 的數字化技術應用到路基施工過程中，探討了BIM 數字化技術在路基施工質量、進度和項目管理中的應用，提出了多種有關質量、進度和項目管理的應用思路，有效的解決了路基施工過程中質量“事后發現”、進度控制不直觀、效率低等問題。論文提出的基于BIM 數字化的路基施工管控應用方法在黑龍江省兩個“百大項目”哈爾濱至肇源高速和綏化至大慶高速項目建設中得到了應用驗證，有效提高了路基施工質量和管理效率，達到了預期效果。