BIM技術在沈海高速公路?？诙问┕るA段的應用

李廣合

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

一、引言

目前公路工程信息化水平較低，在建設過程中，各方產生的信息協同效果不明顯，而BIM技術為公路工程全生命周期信息化管理提供了有效載體。通過BIM技術，在設計階段可以實現設計數據的統一管理，在施工階段可以實現建造的構件化精確管理，在運維階段可以實現建筑物的智能化運維及設施管理，同時，依托BIM模型，打破業主、設計方、施工方和運維方的隔閡，實現基于BIM的全生命周期管理。

施工階段作為公路工程信息化建設的重要階段，通過BIM模型，精準提取工程量，配合合理的工程合同、完善的組織設計和嚴格的限額領料，可制定出合理的目標成本，配以健全的目標成本管理制度，可最大程度發揮BIM在成本管理上的優勢。安全、質量和進度是施工過程中業主最關注的要素，BIM能夠最大化發揮其在精細管理中的優勢。同時，在施工過程中引入監控監測，方便業主及代建方提高建設管理效率。

本文以沈海高速公路?？诙螢槔?，將BIM技術應用到公路工程的施工階段，在道路建設過程中采用了參數化建模，對全線待建工程及施工方案進行了碰撞檢測及優化，并利用數字化手段對施工方案進行了展示，同時基于BIM模型對涉鐵部位及改道部位制作場景模擬，有效提高了施工質量和交付效果。

二、項目概況

沈海高速公路海口段是G15沈海高速、G75蘭海高速在海南的“最后一公里”，是海南省高速公路連接全國高速公路網的唯一通道。項目對推進海南自由貿易試驗區和中國特色自由貿易港建設具有重要意義。本項目起點位于新海港區附近，起點接新海港區主車道，上跨濱海大道后南轉，沿既有粵海大道，疏港公路向南高架，穿火山口地質公園，終點設置在G98環島高速公路以南約400m處，與美安科技新城內部道路順接。

項目全長13.727公里，特大橋梁6座，涵洞1道，共設置新海、海秀、椰海、美安4處樞紐互通；采用橋梁高架方式建設，設計時速為80km；整體式路基寬度為33.5m；整幅式橋梁寬32.2m；分幅式橋梁2×16.25m；分離式橋梁16.25m；采用“代建+監理”一體化建設模式；施工工期約2.5年。

三、BIM技術的具體應用點

施工階段主流的BIM應用分為兩類：第一類是與項目的整體進度有關，包括縮短工期、降低工程造價、提升項目質量等。第二類體現在項目單個任務的效率方面，可以通過模型提高施工圖的繪制效率、通過BIM在工程量方面的優勢提高預算水平、通過對構件的細化管理提高項目的監控監測。本文在沈海高速公路海口段施工中，根據項目自身特點，在參數化建模、施工方案優化、進度管理、監控監測等方面做了一些嘗試。

（一）參數化建模

參數化是指通過設置參數的形式在模型中建立各個建筑結構圖元之間的關系。參數化建模本質是構件的組合搭配，參數化建模相對于傳統建模有不少優勢。比如通過修改參數值，平臺軟件快速、準確編輯與生成一類虛擬構件。另外，它還可以把構件的詳細信息生成表格，方便算量與統計，可以大大提高與現場工程師的溝通效率。

1.平臺的選取

目前，國內各大設計院及施工單位的主流建模軟件為Auto Desk公司的Revit系列軟件；Bentley軟件公司的基于Micro Station的各專業產品；Dassault公司的Catia系列軟件。在沈海高速公路海口段項目中，主要采用了基于Micro Station平臺的Open Road Designer產品，針對橋梁及路面進行了參數化建模的嘗試。

2.參數化庫

在沈海高速公路海口段項目中，針對路基、路面部分，首先，嚴格按路面結構設計圖創建橫斷面參數化庫，包含路基路面結構層、路緣石、綠化帶、填挖方邊坡等組件，建模過程利用參數化模板，拾取總體平面圖中的加寬邊線，在BIM模型中實現人行道的加寬。其次，對各式擋墻墻高、墻背坡率、趾寬、底寬等創建參數化庫，滿足建模中快速生成不同尺寸擋土墻要求。針對橋梁上部結構，創建現澆連續梁參數庫和鋼箱梁模板庫，實現BIM快速建模。針對橋梁下部結構，創建本項目專用的參數化庫，涵蓋柱式臺、肋板臺、扶壁臺、座板臺、U臺、柱式墩、薄壁墩、空心墩、實體墩、門式墩、花瓶墩、樁基與擴大基礎、方形承臺、倒角承臺、鼓型承臺、框架承臺等類型。本項目主線橋墩、輔助墩、匝道橋墩總計約1000余個，通過總結橋墩的形式和變化規律，參數化橋墩15種，通過建立參數化庫，大大減少了建模過程中的重復輸入，提高了建模的效率，參數化庫界面如圖1所示。

圖1.參數化庫界面

3.碰撞檢測

本項目全線橋梁上部結構包含小箱梁、現澆連續箱梁、鋼混組合梁等形式。根據經驗，本文選取了具有代表性的新橫海路跨線橋第7聯鋼混組合梁進行細化建模，如圖2所示，并進行了碰撞檢測應用，通過篩查軟件生成的近千個碰撞點，將碰撞結果反饋給設計部門和施工單位，提前預判了碰撞問題，有效降低了施工成本。

圖2.新橫海路跨線橋第7聯鋼混組合梁細化建模圖

（二）施工方案優化

利用BIM技術在方案展示中的優勢，將3DMax與BIM模型進行融合，彌補二維圖紙表達不清楚的缺陷。

1.場地布置

場地布置是在項目施工前，通過三維BIM模型和GIS底圖，精確模擬場地區位信息，如圖3所示。利用三維建模軟件的優勢，直觀地提前預判場地布置的優勢和不合理之處，合理分配施工要素的空間方位，優化施工方案。

圖3.場地布置模擬

2.施工工藝模擬

利用真實尺寸的BIM模型，制作了橋梁移動模架施工、下穿鐵路橋段施工、大體積承臺開挖施工等施工工藝模擬動畫，可用來對施工技術方案進行綜合論證，以及可視化交底，如圖4所示。

圖4.施工工藝模擬

3.交通導改方案模擬

利用BIM模型模擬了美安互通施工期間的交通組織疏導方案，直觀展示施工期間的圍蔽結構布設情況、規劃車流方向，模擬了導改方案實施全過程，有利于總承包部與交管部門進行匯報溝通以及技術交底。交通導改方案模擬如圖5所示。

圖5.交通導改方案模擬

4.虛擬仿真模擬

基于游戲引擎開發了本項目的虛擬仿真空間，不借助第三方眼鏡，直接實現交互式三維漫游模擬場景。任何不熟悉現場的人員可自行控制漫游現場，身臨其境地查看道路及周邊場景，如圖6所示。

圖6.虛擬仿真模擬

（三）進度管理

以4D方式形象地模擬施工進度，便于管理人員組織決策，提高工作和溝通的效率，減少因交叉造成的工程返工，節約人力和物力。本項目因處于?？谑袇^，橋梁工程規模大、預制數量類型多，工期緊，任務重，交叉作業面多，管線復雜，施工組織復雜，安全生產壓力大。通過對P6進度軟件與BIM構件相掛接，并對模型進行輕量化處理。實現了基于B/S架構的4D施工工序模擬，支持云端查看施工進度及人員、資金調配曲線，有效控制施工工期及成本。

圖7.項目第5標段控制性工程椰?；ネㄔ贫诉M度展示

（四）監控監測

通過將BIM構件與實驗室監測系統關聯，實現對試驗機和拌和站數據的在線監控，實時把控超標記錄。對試驗機聯網，實現混凝土、鋼筋、水泥、砂漿等的不合格記錄基于構件級的可追溯查詢；對于混凝土拌和站，實現動態監控、統計報表和統計分析。并實時將混凝土記錄與BIM構件掛接，最大化實現BIM的價值。

四、結語

本文以沈海高速公路海口段施工階段工程為例，證明了采用BIM技術后，可有效提升道路施工過程管理水平及技術交底效果；該技術能夠對重點部位進行碰撞檢測，及時發現圖紙中的問題，大大減少施工現場的調整，進一步提高了施工效率；通過BIM技術可快速優化方案，有效提升管理能力和管理水平，同時優化了管理效率和管理流程，節省了工期，降低了施工成本；通過施工進度模擬，提前發現施工中可能出現的平面布置、施工組織、安全文明等易錯點，進而優化場地平整方案，利用三維模型和視頻進行技術交底，更為直觀、易懂。

總而言之，BIM平臺作為一個前瞻性技術平臺，能夠通過施工前的虛擬模型施工，有效避免施工中的沖突及碰撞問題，對施工企業來說具有革命性的突破，有著廣泛的應用前景。