BIM技術在高速公路施工生產中的應用

周書彬

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

0 引言

現階段，我國建筑行業信息化發展的重要方向就是將BIM技術滲透在建筑行業建設管理中。BIM即建筑信息模型，通過建模集成工程項目信息，實現對項目全生命周期的管理，以提高項目建設效率，達到提質、降本、增效的目的。在高速公路施工中，應用BIM技術，能夠根據工程實際建立相應的BIM模型，在模型中實現對復雜施工的技術模擬與精細化施工管理，有效彌補了傳統高速公路復雜工程項目施工中的不足[1]。

1 工程概況

高速公路建設中，互通樞紐立交項目是較為常見且施工難度較高的項目，其涉及的互通匝道較多且分布復雜，同時實際施工還涉及新建施工、改造施工、拼接施工等多種復雜類型，并且可能受邊斜交、超高等因素影響，橋梁結構需要包括預應力混凝土連續箱梁橋、鋼結構箱梁橋等，施工技術要求高、難度大。因此，根據項目施工復雜性，確定應用BIM技術進行施工生產。

2 項目建模

施工項目通常采用Revit軟件和Civi13D道路建模專用軟件，根據項目匝道多、線路復雜等特點建立樞紐互通立交模型[2]。根據工程設計圖紙，將各匝道相關參數、互通立交橋下凈空高、各點標高等數據輸入Civi13D軟件中，生成匝道三維模型，再通過Revit建立橋梁等結構物模型，整合后形成互通立交Revit模型（如圖1）。其中，鋼結構箱梁橋施工精度要求較高，需要對模型進行深化設計。根據鋼結構箱梁橋設計圖紙及參數等，對鋼箱梁各個節點以及拼裝施工所有的構建進行建模，通過利用Revit族的構建集功能，分節段建立零件的構建集，并沿道路中心線進行組裝，建立鋼箱梁構件模型（如圖1）。

圖1 互通立交三維模型（左）、鋼箱梁構建模型（右）

3 BIM模型的應用模式

通常，高速公路樞紐互通立交項目在具體施工生產過程中，BIM模型具體應用于圖紙復核、鋼箱梁模型、重難點部位精細化、空間沖突分析、交通導改模擬等環節。

3.1 圖紙復核

項目施工中，通常涉及的匝道數量較多，并且呈現較為復雜的線性關系，設計中存在錯漏現象的概率較高，因此在實際施工前，必須要經過嚴格的圖紙復核，確保設計圖紙與工程實際相適應，避免后期發生設計變更延誤工期。該項目主要利用Revit對東平湖（K63+643.21）主線橋的左幅17-1墩柱進行設計，發現其存在底標高計算不一致的情況。K63+036.3通道橋右幅1＃墻身以及扶壁混凝土量圖紙設計為243m3，而通過模型計算得出了328m3，其主要是圖紙標注發生的錯誤。在BIM模型中，可以增加圖紙管理信息化模塊，將施工圖紙關聯到模型中，施工方把發包方提供的設計圖紙輸入計算機中，將模型與圖紙對應起來，通過模型查看對應部分施工圖紙進行復核，若模型與圖紙不相符，則提示圖紙錯誤，并匯總問題生成報告，向上一級提交，設計人員可以根據模型進行修改[3]。

3.2 鋼箱梁模型

鋼箱梁BIM模型的構建基本與實際鋼結構箱梁橋的構造一致，結構中各個關鍵節點、構件。同時，在實際鋼箱梁施工中，根據深化BIM模型，指導鋼結構的加工制作與現場拼裝。通過BIM模型調取實際專業交叉、現場環境等方面的信息，在計算機中進行結構施工的模擬，確定施工是否滿足實際要求[4]。圖2、圖3為鋼結構箱梁橋節段模型以及實際組裝圖示，按照最終確定的結構模型進行實際組裝，有效避免了結構組裝過程中可能出現的錯漏碰缺等問題。

圖2 鋼箱梁節段模型

圖3 鋼箱梁節段組裝

3.3 重難點部位精細化建模

在高速公路建設中，鋼箱梁作為互通立交的主要承力構件，所需要的工程量大，并且鋼結構較為復雜，主要采用預制構件拼裝施工的方式制造。預制鋼箱梁構件吊裝施工是工程建設中的重難點。為確保施工質量，提高施工效率，通過精細化建模，在模型中針對每一階段鋼箱梁構建三維模型，并對每個模型進行編碼，從BIM模型中直接進行零件加工圖的創建，并將其提供給預制鋼結構加工廠商，實現鋼箱梁設計制造一體化，并利用模型參數進行精細化生產[5]。

3.4 空間沖突檢測

高速公路樞紐互通立交項目施工過程中，高速公路樞紐互通立交的支架碰撞檢查是其空間沖突檢測的重要內容。在BIM模型中，可以將支架模型與運動軌跡包絡面相結合，若出現交叉部位，則視為發生碰撞。如圖4所示。同時，通過BIM模型，還可以將碰撞的立桿篩選出來，并測量出其標高，進而得出需要拆除的支架高度。即根據支架碰撞部位、碰撞范圍不同，確定所需要拆除的高度。在工程轉體橋橋墩支架碰撞檢測中，以支架碰撞高度范圍確定支架拆除高度。如表1所示。

表1 工程支架碰撞高度范圍

圖4 支架碰撞檢測

3.5 交通導改模擬

高速公路樞紐互通立交項目施工過程中，為盡可能降低影響，確保原有交通順暢，則需要進行一定的交通疏導措施，保證線路不會斷交。利用BIM技術，可以根據施工現場實際建立模型，并制定交通導改方案，即北緯路：長安街和永昌街（長度約320m），機動車道共4條，車行道寬12m～14m，隔離帶寬度在1 m～12 m，道路兩側人行道寬度在3m左右。同時，還需要在2019年對0+751段路高架橋進行養護和路面的恢復。通過對各個方案進行動畫模擬，可以選擇出最佳的交通導改方案，降低施工對原有交通的影響。在BIM模型中，通過進行交通動畫模擬演示，合理選擇交通導改線路、導行標志位置、安全警示設置等，確定交通導改方案。

4 BIM技術在施工進度中的應用

4.1 BIM技術在的施工進度管理中的流程

施工進度管理是項目管理的主線內容，在BIM協同管理平臺中，管理人員將編制完成的施工進度計劃輸入管理平臺，并從平臺與BIM模型關聯；同時，現場施工管理人員根據實際施工情況編寫施工日志，并將日志信息上傳至管理平臺實現與BIM模型關聯，平臺自動對施工進度計劃與實際施工進度進行對比，并自動生成施工進度分析表。通過進度分析表，管理人員可以直觀準確地看到實際施工與計劃進度存在的差異，針對差異進行具體分析，及時糾偏，調整施工進度狀態，從而將施工進度控制在合理范圍。該過程可以實現PDCA循環，有效控制工程各節點施工工期。圖5為BIM協同管理平臺施工進度管理流程。

圖5 BIM技術在的施工進度管理中的流程

即北緯路：長安街和永昌街（長度在320m），機動車道共4條，車行道寬12m～14m，隔離帶寬度在1m～2m，道路兩側人行道寬度在3m左右。同時，還需要在2019年對0+751段路高架橋進行養護和路面的恢復。

該項目通過將BIM模型輸出到網絡平臺中，將模型與項目數據庫對接，使BIM模型與實際施工建立連接，從而實現對高速公路互通立交施工的信息化、智能化管理，提高管理效率。

4.2 施工安全管理

利用BIM模型，可以在現場施工各個環節有效落實施工安全管理。BIM協同管理平臺中，安全管理系統包括作業標準化管理、安全違章管理、現場安全隱患排查等主要管理系統。其中，在作業標準化管理系統中，要求按照施工班組，建立安全巡查機制，并由各班組生成安全生產日志，包括施工質量檢驗、施工工序交接等信息；安全違章管理系統負責記錄施工過程中的安全違章情況；現場安全隱患排查系統主要負責安全隱患的發布、整改、統計。

BIM模型中，集中各構件及施工組織等方面的所有信息數據，形成基礎數據庫，能夠為現場施工進行安全隱患源頭的辨識、危險因素的分析等提供可靠的數據支持。同時，利用BIM模型進行施工模擬演示，也可以排查發現施工中可能存在的安全隱患，并以此為基礎制定安全防范措施，避免發生安全事故。

4.3 碰撞檢測

施工人員在Naviswoks軟件中發現，將碰撞的橋梁模型以NWC的文件格式導入，通過做好碰撞公差，單擊檢測按鍵，得出碰撞點的數量，然后設計人員還可以對碰撞點的設計參數進行修改。高速公路項目中，其共檢測到了6個碰撞點，可以節省14d，成本節約了5萬元。這就能夠充分看出，提前開展碰撞檢測可以對施工生產的進度等進行有效管理。見表2。

表2 碰撞檢測節省的成本或者工時

4.4 漫游視距的分析

由于該工程的地形相對復雜，在進行初步設計工作時，沒有對視距的要求進行考慮（視距的大小由道路的行使速度或者路面的質量確定，一般定在30 m～50 m）。因此，為了避免由于視距不符合標準要求的情況造成返工，施工過程中借助BIM技術和GIS技術建立公路三維模式，通過開展動態漫游和虛擬駕駛分析，對公路設計中的視距要求進行檢測，對于不達標的情況需要立馬反饋到進度模型中，然后對模型開展有效調整和修改，施工人員根據制定的進度計劃或者相應的資源等開展有效調整。

5 結語

該文對高速公路樞紐互通立交項目部分BIM技術的實際運用進行了分析。高速公路樞紐互通立交部分在施工建設中由于線多、面廣等特點，涉及施工工藝復雜，施工難度較大。利用BIM技術，通過構建項目模型，既能夠直觀了解項目實施過程，還可以提高圖紙復核的準確性。建立鋼箱梁模型對重難點施工部位進行精細化管理，運用模型空間沖突分析確保互通立交清空設計合理性，通過交通導改模擬確定最佳方案，降低施工對交通的影響，為簡化高速公路互通立交類似的工程施工難度，提高施工效率提供有效參考。