數字技術在樂西高速建造中的應用

郭世杰

（四川高速公路建設開發集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著我國基礎建設不斷完善，高速公路建設里程持續增加，“交通強國”已成為新時代智慧高速公路建設與發展的行動指南，“數字交通與新基建”則是智慧高速賦能創新之路，是實現產業轉型升級的關鍵所在[1]。BIM技術在工程各領域應用全面展開，各地科研院所、設計、施工、運營單位開展BIM研發的積極性較高，公路工程項目全壽命周期BIM智慧化管理解決方案不斷成熟，各個基建行業應用得到快速推廣，市場規模增速明顯，為BIM＋發展帶來了強勁動力。不過，我國基于BIM技術在公路建設智慧化管理仍處于起步階段[2]。本文以樂西高速為例，展開高速公路全要素智能建造管理應用研究，為全面推行“智慧工地”建設，提升項目管理效率及信息化水平做出貢獻[3]。

1 工程概況

樂山至西昌高速公路位于四川南部地區涼山、樂山范圍內，是連接成都平原經濟區與攀西經濟區的關鍵紐帶，也是重要的扶貧通道，項目的建成將推動大小涼山地區經濟發展，實現脫貧攻堅。樂西高速公路主要技術標準見表1。

表1 主要技術標準

樂西高速公路作為四川省交通重點項目，項目采用施工圖設計施工總承包（EPC）和傳統土建招標相結合的模式，開展建設管理。由于項目具有工程規模大、地形條件復雜、橋隧占比大等工程特點，施工管理難度極大，以BIM技術作為載體，集成BIM模型信息，將施工模擬作為安全管控依據，為項目建設提供可視化支撐，實現智慧工地建設。

2 高速公路項目建設管理現狀與需求

2.1 高速公路項目建設管理現狀

當前國內在智慧高速方向主要關注無人駕駛、車路協同、自動化監測、智慧化運營管控和出行誘導服務等方面，但總體理解不同，尚未形成統一的共識。

（1）業務現狀

傳統業務流程數據上報匯總及時性差、缺少數據關聯性，未能形成統一的項目監管制度體系；施工現場管理不規范，試驗操作不規范，數據不嚴謹，施工現場對安全管理不到位，問題發生后，缺乏對問題的回溯能力。傳統的信息化方法在切實有效解決施工現場存在的問題，提高現場管理水平方面還不夠完善[4]。

（2）信息化現狀

傳統管理系統數據主要作用是為業主、施工、監理等各單位提供建設管理過程的各項數據，并且將各類數據留存后形成竣工資料，各類采集、填寫的數據未做到合理利用，未對項目后期養護、管理過程提供幫助，缺乏數據應用措施[5]。

高速公路建設與運營是兩個差異巨大的階段，在高速公路從建設轉向收費運營的過程中，建設期間的數據遺失已成為普遍現象，其結果造成現階段運營高速的養護無法實現問題責任追溯以及獲取相關養護部位的建設數據資料，難以實現預防性養護決策的長遠目標[6]。

2.2 高速公路項目建設管理需求

2.2.1 項目管理需求

傳統數據管理不能及時掌握現場施工情況，缺乏對現場生產數據的實時了解，在施工建設的項目管理上存在一定的漏洞與隱患[7]。而新形勢下的項目管理需要通過建設項目管理中心，實現對項目施工的實時監測預警與統計分析，提升管理效率[8]。

2.2.2 監督指導需求

新形勢對項目生產與監督指導的需求不斷提高，需要通過項目管理中心的建設，實現行業專家、業務管理部門對施工現場復雜工藝的指導，對現場施工實行全天候、全過程監控，促進項目管理方式由傳統向現代，由封閉向開放，由非標向標準的、規范的方向轉變[9]。

2.2.3 體系建設需求

現階段項目現場端信息化水平較低，數據資源獨立、分散，未形成規范、統一的信息化標準體系。為實現項目建設全過程統一化、規范化管理，需建立相應管理制度及信息化管理體系。

3 川高系統高速公路建設管理平臺

3.1 總體架構

川高系統高速公路建設管理平臺業務層向下聯結施工過程中智能終端以及數據融合集成平臺；中間利用橫向云平臺、融合通信、人工智能、大數據、視頻、地理信息、物聯網等新技術組成的數字管理平臺；基礎設施和感知層向上提供服務能力支撐智慧應用，總體架構見圖1。

圖1 總體架構圖

3.2 軟件功能

川高系統高速公路建設管理平臺軟件包含內網首頁、進度控制、項目信息、合同管理、設計變更、計量管理（含路基、路面、機電、房建各標段）、質量管理、政策法規、績效考核、安全生產、投資管理、工程建設、項目資料、科學研究、資料庫等模塊。

3.3 應用目的

（1）資金撥付高效化

工程建設過程中，項目資金的審批權力往往集中在個人手中，缺乏相應監督管理，使資金支付透明化降低。通過應用網上計量支付功能，使各個審核環節及時間都能在網上查詢，相對于紙質操作節省了大量時間，不僅可以快速完成計量簽署，提高支付效率，還實現了支付的透明運行，減少了由于資金撥付不及時導致的工程進度延期情況的發生。

（2）造價控制嚴格化

對工程設計變更進行動態化管理，通過在網上公開變更全過程（包括理由、流程、結果、文件）等，避免了隨意變更設計情況的發生。全面接受社會監督，嚴格控制工程造價，減少弄虛作假現象的發生。

（3）工程建設信息即時化

結合指揮部加強工地現場質量、安全、監控等要求，基于現有系統進行功能調整升級，應用“互聯網+”的理念和物聯網技術，著力打造基于物聯網的施工管理平臺，保證數據實時性和真實性。施工管理平臺功能包括監控視頻數字化、預應力張拉檢測智能化。通過基于物聯網施工管理平臺的建設，從全方位、多層次角度出發，達到對高速公路施工實時精細化監控管理的目標，及時糾正重點施工環境和部位的質量問題，保障項目施工全過程的安全狀態，爭取實現安全創優目標。

4 樂西高速數字化應用

4.1 全要素數字模型構建

（1）地質專業

在地質數據庫里，錄入地勘數據資料、鉆孔數據資料等，根據錄入的地質數據和DEM，地質專業通過自動和手動的方式建立地質分界面，形成地質三維模型，見圖2。

圖2 三維地質模型

（2）線路專業

線路設計人員基于測繪數據，在DEM上通過二次開發的方式將路線數據快速轉換成BIM模型數據導入到建設管理系統中，將其保存在中心服務器上供其他專業調用。線路模型的平縱多方案可實時切換、比選，為后續的工程量統計、三維模型更新帶來極大便利，從而快速實現項目的多方案比選。

（3）路基專業

路基專業基于線路專業的數據，可實現路基與線路的關聯，通過自定義標準橫斷面，基于DEM和路線模型，生成路基模型。由于與路線的關聯，只需更改對應的標準橫斷面模板和路線，便能實時更新路基模型。

（4）橋隧專業

橋隧專業基于線路專業數據，實現橋梁與線路的關聯，通過自定義參數化構件創建各類參數構件庫（見圖3），開展橋梁設計和建模工作，所有常規橋梁均可參數化、自動化建模，并將階段性成果和最終的設計成果提交到中心服務器上供其他專業調用。

圖3 橋隧構件庫

4.2 BIM系統應用

BIM系統在高速公路工程項目的全生命周期階段，一直是模型可視化、施工數據集成查看、施工進度計劃跟蹤、設計文件在線管理的重要工具，其包含電子沙盤、進度管理、設計變更、計量管理等多個重要功能模塊。

（1）電子沙盤

電子沙盤為BIM系統模塊的核心功能，將構件級數據進行高效關聯，通過電子沙盤，可進行模型查看、數據測量、模型篩選、地形透視、行車漫游等操作。圖4為電子沙盤功能展示。

圖4 電子沙盤

（2）進度管理

進度管理菜單包括三個模塊：年度計劃、進度填報、形象進度。年度計劃展示該構件所在標段年產值計劃，默認顯示最近填報的一年。進度填報展示該構件所在標段最近填報的月進度填報表。形象進度展示工程形象進度中四類統計表格。

（3）設計變更

設計變更菜單中包含變更信息和變更匯總表兩部分。變更信息將顯示該構件的相關變更文件。在變更匯總表處，列出該構件所在標段的所有變更報表，見圖5。

圖5 設計變更功能

（4）質檢評定

質檢評定模塊將顯示該構件的開工報告、工序檢驗（施工）、交工評定（施工）、工序檢驗（監理）、交工評定（監理），共5類質檢評定表格。通過應用此功能，可隨時了解項目各部件及施工工序的質量評定情況，有助于項目質量綜合管理。

4.3 數字化交付的應用

結合樂西高速公路，應用高速公路全要素協同數字孿生智能建管一體化平臺，進行數字化竣工交付。

（1）模型的交付

為滿足運維后期需要，實現資產的數字化管理，在交付過程中需對各設施設備的數字信息進行收集與管理，形成數字資產，便于后期維護。具體項目組成包括：幾何模型、現場實景影像資料（可通過APP移動端采集，并關聯相關視點）、數據收集導入、檔案資料收集導入等。

（2）影像資料的交付

參建方應負責材料、設備資料的收集及各類檢測的現場拍攝記錄等；在現場實施中負責對工程質量、隱蔽工程及工序、分部分項工程驗收過程、現場安全文明以及反索賠事件、涉及造價變更的現場實施過程進行周期性的拍攝記錄。須按相應的拍攝標準，階段性地將現場影像資料上傳到平臺供后期調用。

（3）文檔資料的交付

設施設備的文檔、現場變更文件、竣工圖紙等，需按統一的標準、格式進行命名，上傳至平臺，并與模型進行數字化關聯。

通過BIM承載平臺，承載數據量巨大、數據格式不相同的環境模型和工程模型，使全線模型可以快速瀏覽與查看，實現輕量化的BIM承載平臺可廣泛應用于公路工程項目三維模型的展示、溝通、協調和匯報。

5 結語

隨著基礎設施建設路網的擴大及信息技術高速發展，智能建造成為高速公路建設的發展趨勢，越來越多技術手段可供選擇。以樂西高速公路為例，應用川高系統高速公路建設管理平臺進行項目全周期、全要素數字化管理，有效提高了施工管理水平，減少了施工風險，縮短了施工工期，向“智慧工地”建設目標邁進了一大步。