BIM信息化技術在高等級公路建設中的應用

賈松鍇

（中交一公局集團有限公司，北京 101102）

0 引言

BIM 技術自2001年引進國內建筑行業(yè)，至今仍處在初級應用階段。2020年通過火神山、雷神山的建造項目，引起了政府、基建行業(yè)的重視，“新基建”成了熱門詞。基建單位初步認識到了BIM 技術對土木行業(yè)，特別是在高等級公路建設方面帶來的巨大前景和無限可能。面對當前基建行業(yè)技術手段落后、城市建設空間設計復雜、資源條件及環(huán)保約束提高、勞動力成本不斷上漲等一系列問題，表明粗放式發(fā)展模式已逐漸被社會淘汰。土木行業(yè)應轉變思想，加快BIM 等信息化技術的應用，高等級公路建設全面進入“新基建”的時代已刻不容緩。

現(xiàn)依據(jù)中交一公局集團重慶渝武高速公路項目前期策劃及施工管理中的實際應用，對BIM 信息化技術在高等級公路建設中的應用進行探討。

1 項目簡介及特點、難點分析

1.1 項目簡介

渝武高速重慶段屬國家高速公路網(wǎng)G75 蘭州-海口高速公路，是國家高速公路網(wǎng)“7918”規(guī)劃的第八縱線，也是重慶市規(guī)劃“三環(huán)十二射七聯(lián)線”主骨架高速公路網(wǎng)中重要的射線之一。項目建成后，將與中環(huán)快速路、繞城高速、在建三環(huán)高速等納入重慶“1 小時經(jīng)濟圈”，是名副其實的扶貧之路，是進一步縮小東西部地區(qū)差距，強化地區(qū)聯(lián)系，優(yōu)化地區(qū)產(chǎn)業(yè)格局，對加快合川地區(qū)增強綜合實力，改善投資環(huán)境，促進客流、物流、資金流在重慶地區(qū)的聚集和流動，起到積極的推動作用[1]。

1.2 項目特點、難點分析

項目工程結構為典型綜合標和典型山嶺丘陵地形：橋梁22 座，天橋3 座，涵洞6 道，隧道1.5 座，路基填挖方工程，工點多且分散；山嶺重丘區(qū)，山勢陡峻，地形復雜，施工縱向便道貫通依托地方道路較多，高峰期增加交通壓力。

項目路線穿越風景名勝區(qū)、水源保護區(qū)、地方規(guī)劃區(qū)等，施工環(huán)境干擾因素多。

項目施工難點在于項目全線橋隧比高達58.1%，隧道共計1.5 座，金屏山隧道長度約為1.3km，隧道主要含巖溶、瓦斯、采空區(qū)、石膏、暗河等不良地質災害；橋梁上跨城市主干道、上跨在建渝合鐵路，最大墩高為33.52m，高空作業(yè)，安全隱患多，交通組織協(xié)調難度大；路基存在高填深挖段，有落石、雨水沖刷滑塌等風險。

2 BIM 技術在項目中的部分應用

2.1 施工方案可行性模擬

渝武高速與三環(huán)高速在合川區(qū)百歲村位置相交，原設計為渝武高速上跨合長高速，但此方案安全風險大、投入高，經(jīng)設計優(yōu)化擬采取下穿方案。但優(yōu)化過程并不順利，三環(huán)高速已完成該段路基填方施工，挖除路基改為橋梁可能會對整體工期造成影響。為選擇最佳施工方案，通過利用BIM 技術對不同方案進行建模，經(jīng)過專家論證及經(jīng)濟比選最終確定采用下穿方案，成功優(yōu)化全線標高，降低橋隧比，極大地避免了在后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的工序安排以及空間上的沖突問題，順利完成上跨改為下穿變更，如圖1。

圖1 施工方案可行性模擬

2.2 傾斜攝影制作

項目為典型山嶺丘陵地形：山嶺重丘區(qū)，山勢陡峻，地形復雜：航拍照片、手持設備照片、GPS 等測量方式往往只能平面、局部的展示地形地貌及附屬物情況，在施工過程中往往會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確、缺失以及對三維交叉情況考慮不充分等問題。而無人機傾斜攝影技術，不受場地障礙的影響，工作時間短、效率高，可以利用生成的傾斜攝影模型進行場地規(guī)劃、施工布置，甚至通過對地面控制點的精準布置等處理，做到山區(qū)工程土石方精準計算。

通過無人機傾斜攝影技術，精確把握現(xiàn)場實際情況，合理規(guī)劃使用土地，對紅線兩側500m 范圍內的地物地貌進行航拍。對于500m 范圍外項目駐地、拌和站等大臨設施區(qū)域，專門進行補拍，整體掌握現(xiàn)場三維實景情況，減少策劃修改，于施工前記錄全線原始地形地貌，掌握關鍵性施工資料[2]。

2.3 大臨設施三維建模及電子沙盤制作

秉承策劃先行的理念，對大臨設施、施工便道進行提前規(guī)劃。利用BIM 軟件對大臨設施進行1∶1 建模，并利用模型進行碰撞檢測、三維技術交底，減少實際施工中可能出現(xiàn)的問題。

高精度的傾斜攝影模型往往文件過大，不利于展示整體形象。項目結合實際地形地貌，結合傾斜攝影、實測數(shù)據(jù)及現(xiàn)有路線信息，利用BIM 軟件制作項目整體電子沙盤，為項目施工部署提供全面指導，并將臨建模型載入電子沙盤。再結合現(xiàn)場實際切實指導現(xiàn)場施工布置，做到在項目施工前期對大臨設施及便道建設進行完善設計，之后依據(jù)實際情況進行優(yōu)化，在此基礎上布置臨建、便道，并進行填挖計算、工程出圖，達到“所見即所得”的目的，減少施工過程中因前期策劃不到位造成的返工、窩工現(xiàn)象。

2.4 模型碰撞檢測

項目通過利用BIM 軟件檢測模型中存在的碰撞，及早發(fā)現(xiàn)施工過程中可能會出現(xiàn)的碰撞問題，將問題解決在前期策劃階段，相較傳統(tǒng)圖紙審閱大幅減少審閱時間，并提高主體結構物預留預埋準確性，減少施工中可能出現(xiàn)的碰撞變更，使工程質量及工期得到有效保障。

2.5 可視化交底

根據(jù)設計圖紙及方案要求建立相應BIM 模型和虛擬樣板，利用BIM 數(shù)字化、信息化手段將方案中成熟的施工工藝流程及規(guī)范要求通過動畫交底的形式表達出來，對方案進行直觀模擬，更加清楚明了地控制關鍵工序，全面提升質量意識及整體施工水平。同時靈活運用二維碼，掃碼即可觀看交底動畫和查看實體構件澆筑日期及負責人信息，做到隨掃隨學，隨掃隨知。

制作可視化交底時，工程施工、技術管理部門應層層把關，將交底視頻及各工序構件做實做細，實現(xiàn)一個項目制作，同類型施工項目均可復制使用，積累優(yōu)秀施工經(jīng)驗，并最終形成一套標準化可視化交底流程，便于在內外部進行BIM ＋數(shù)字化施工經(jīng)驗推廣，響應當前可視化、信息化和智能化施工，全面提升施工管理水平，優(yōu)先做到精細化施工管理[3]。

2.6 BIM+數(shù)字管理平臺應用

項目采用中交簡石數(shù)字科技（蘇州）有限公司的BIM+數(shù)字項目管理平臺，實現(xiàn)了項目建設施工進度管理、施工成本管理、人員管理、安全質量管理等。通過對建設項目進行建模并上傳至平臺，導入工程模型及圖紙設計參數(shù)，管理人員通過手機端“一公局BIM平臺”APP，對現(xiàn)場施工進行工序報驗、安全質量信息管理、方案及交底情況查詢、機械和人員進場情況全面掌握，同時將隧道有毒有害氣體監(jiān)測、高邊坡監(jiān)測、空氣質量及噪聲監(jiān)測等監(jiān)測終端接入平臺，有利于管理人員對施工計劃、現(xiàn)場施工安排的及時糾偏，保證施工工序的安全、有序開展，確保按時完成施工任務。項目創(chuàng)新應用BIM+經(jīng)營成本管理模塊通過生產(chǎn)經(jīng)營平臺將模型構件與造價信息進行關聯(lián)，可以直接生成工程造價表，相對比常規(guī)項目，減少了重復工作、優(yōu)化了信息流通速度，做到了成本的精準核算。

根據(jù)“建管養(yǎng)一體化”指導思想，項目數(shù)字管理平臺率先將BIM 模型信息與平臺數(shù)據(jù)進行綁定，實時收集整理建設信息，為后續(xù)管理、養(yǎng)護積累數(shù)據(jù)提供依據(jù)。創(chuàng)新考慮“永臨結合”，將高邊坡數(shù)字化監(jiān)測于路基施工時就進行布置，并接入BIM+數(shù)字管理平臺進行實時監(jiān)測，既加強了施工過程中的變形監(jiān)測，又便于后續(xù)管養(yǎng)過程中的持續(xù)監(jiān)測，打造智能化、數(shù)字化高等級公路[4]。

3 BIM 技術應用效益

3.1 技術方面

山嶺丘陵，地形復雜，相比以往同類項目容易出現(xiàn)前期策劃不夠精準，現(xiàn)場勘測敷衍了事不全面，甚至出現(xiàn)較大錯誤。通過前期采用無人機傾斜攝影、電子沙盤創(chuàng)建等BIM 信息化技術，對現(xiàn)場整體情況有一定的了解，減少了人員、設備的投入，避免了大臨建設、便道建設的返工或不合理規(guī)劃。通過傾斜攝影結合土石方控制，在后續(xù)路基施工中更便于項目實施精細化管理，利于加強土石方工程進度、質量控制；通過精細化建模，更有利于提升橋梁、隧道施工精度，便于現(xiàn)場技術人員利用模型進行質量管控以及預留預埋控制。

依據(jù)項目實際施工進展，建立常用構件、標準化安全防護設施設備族庫。隨著項目持續(xù)推進，后續(xù)族庫的不斷完善，BIM 信息化技術應用效率將大大提高，形成可復制可推廣的一套BIM 信息化技術應用經(jīng)驗，特別是在同類型山嶺丘陵地形項目，BIM 信息化技術應用的優(yōu)勢將更加明顯，項目管理水平將大大提高。

3.2 經(jīng)濟方面

通過一系列BIM 信息化技術手段的應用，項目前期工作開展極為迅速，并對大臨設施、施工便道規(guī)劃方面進行了優(yōu)化，使其基本全部選用紅線用地，克服了山嶺丘陵地形、水文條件復雜、場地狹窄等不利條件，嚴格按照集團及地方要求進行了切實可行的前期策劃，并通過BIM 數(shù)字化、信息化技術手段的應用，對前期設計變更提供了有力支撐。在滿足工程要求的前提下，合理降低了大臨設施、施工便道的工程量，節(jié)約了施工成本，大大提高了項目整體經(jīng)濟效益，前期施工進展相較同類型項目，施工進度提速50%，為項目施工提供了有力保障[5]。

3.3 綠色施工方面

在充分考慮安全、質量、進度、造價等影響因素下，通過BIM 信息化技術應用，利用傾斜攝影與BIM模型結合，1∶1 模擬還原施工過程進展。根據(jù)現(xiàn)場場地實際情況，如周邊道路、居民聚集點及施工用水等，在保證使用要求的前提下，減少臨時用地面積，合理安排大臨設施及便道便橋施工順序，避免因施工安排不到位對環(huán)境、文物保護點造成二次破壞。同時，通過可視化模擬合理選用機械設備、施工工藝，從源頭最大限度地減少因施工對周邊環(huán)境可能造成的影響，從而實現(xiàn)綠色施工。

4 結語

利用BIM，通過全員參與加強了項目內部信息溝通，為項目前期策劃及施工管理提供了有力支持。三維模型的建立可提前發(fā)現(xiàn)項目設計問題，節(jié)約工期，使關鍵線路施工得到保障。傾斜攝影的應用為項目決策、策劃提供了更多參考依據(jù)，使決策更加合理、準確、有效。隧道有毒有害氣體檢測、高邊坡檢測系統(tǒng)、智能壓實系統(tǒng)等各項數(shù)字化、智能化設備的應用，使項目全生命周期管理更加合理完善，在節(jié)約施工管理成本的同時，為“建、管、養(yǎng)”一體化協(xié)調發(fā)展創(chuàng)造了條件。

目前，BIM 信息化技術在高等級公路建設中的應用仍處于初級階段。依托實際項目施工對BIM 信息化技術手段應用，可以明顯了解基于BIM 信息化技術應用項目相較于同類項目在技術、經(jīng)濟、綠色施工方面均有了較大提升，相信通過后續(xù)施工中的不斷嘗試、創(chuàng)新，將勞務人員實名制管理、大型設備管理、隧道安全步距監(jiān)測、隧道有害氣體監(jiān)測、無人機巡檢等多方面信息手段更加深度融合，BIM 信息化技術必將給高等級公路建設帶來更多的驚喜與可能，基于BIM信息化技術的精細化管理必將逐漸替代原始粗放的生產(chǎn)模式，成為基建的新方向。