高速公路建設管理BIM技術應用解決方案

鄒德斌

武漢港口集團有限公司 湖北 武漢 431400

BIM技術自1975年美國喬治亞理工大學的Chuck Eastman教授提出以后，已在全球發達國家風靡使用。我國住建部于2014年發文推廣BIM技術，交通運輸部也于2017年發文推進建筑信息模型（BIM）技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用，并推出了5個示范工程。幾年時間過去了，BIM技術在高速公路上的應用并不理想，大部分應用還停留在動畫演示、或設計時建立部分構造模型、施工期的進度形象展示等的部分或階段應用。

為解決這些問題，本文結合我們在BIM技術應用方面的經驗，談談BIM技術在高速公路施工應用的優勢[1-2]。

1 應用BIM技術的必要性

1.1 國家政策的支持

1.1.1 國家國務院的指導意見

2017年2月《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》中指出，要“加快推進建筑信息模型(BIM）技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理,為項目方案優化和科學決策提供依據,促進建筑業提質增效”。

1.1.2 交通運輸部的指導意見

2017年1月，交通運輸部辦公廳關于印發推進智慧交通發展行動計劃(2017-2020年)中明確指出,“到2020年逐步實現以下目標：在基礎設施智能化方面，推進建筑信息模型（BIM）技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用，基礎設施建設和管理水平大幅度提升。”

1.2 高速公路BIM技術應用必要性

越是復雜的項目，應用BIM技術產生的效益就越大。在高速公路中使用BIM技術，既有國家政策支持，又有示范工程和要求，各省市也陸續的在一些項目中使用。既然BIM技術可以節約成本和提高管理效率，那么要怎么做才能做到這些呢？它到底能為作為投資方的業主作些什么？首先我們來看在項目實施過程中，業主方最關心的問題是什么：

業主最關心的問題主要有：1）安全；2）質量；3）進度（工期）；4）投資控制；5）環保；6）責任追蹤；7）不滋生腐敗；8）暢通的協同協調；9）快速的交工驗收及竣工決算。上述這些問題都可以通過BIM技術很方便的一一解決。

2 應用BIM技術的可行性

2.1 安全問題

在施工全過程中，要堅決杜絕重大安全事故，盡量減少一般事故，最好不出現任何安全事故。要做到這一點，可以采取下列措施：

1）把所有安全源與BIM模型中的構件和（或）相應施工工序相關聯，在施工這個構件或作這道工序前隨時查看該道工序或構件施工時有什么樣的安全風險，以便提前做好安全準備。

2）某些安全風險比較大的施工工序或工項，可以通過BIM模型的漫游動畫對參與人員進行反復、生動的安全教育。

3）對某些固定的危險源，如隧道施工中用的炸藥存放點，可以通過設電子圍欄和人臉識別的判斷，對非法進入危險區域的人員實施警告、報警和驅離。

通過以上措施，可以很好地保證避免安全事故的發生[3]。

2.2 質量問題

1）首先必須從源頭抓起，試想如果一個工程從開始施工到交工驗收都沒有任何設計變更，那么這個工程會不會比－邊施工一邊設計變更的工程質量更好呢?另外，如果設計時把對工程的各種制約或影響因素都考慮到了，那么這個產品的質量是不是更高呢？通過BIM技術的應用，在設計階段可以做到精細化設計，即可達到上述效果[4]。

2）在施工階段，對工程質量影響最大的主要問題是人、機、料、環、法，如果解決好了這幾個問題，對工程質量的保證就上了一把保險鎖[5]。解決方法是：

①對參與人員堅持持證上崗，用合適的人做該做的事。BIM協同管理平臺能通過人臉識別功能對參與人員的身份進行識別和驗證，再與BIM模型上的相關構件進行關聯比較，并自動判斷是否是報備的人員和合適的施工人員，否則會自動發出警告。

②機械在進場時需要提供合格證、保養證等必要的證書以證明進場機械是合格的，以此保證工程的質量，并將機械的使用情況與BIM模型構件關聯。

③在使用材料前，除了必須有出廠合格證外，還必須有監理實驗室或（和）施工方實驗室的試驗合格證，只有合格的材料才能在工程中使用。所有合格證和實驗資料也必須與BIM模型相關構件（即這批材料建造的構件）進行關聯，以便日后追蹤。

④對環境（在這里只考慮自然環境）條件有要求的工序或工項單獨列出并與相應的BIM構件相關聯，當施工人員違背這些條件施工該構件時，BIM協同管理平臺會發出警告。例如雨天施工路基或澆筑混凝土，又如混凝土養生條件不夠或時間不夠時，進行預應力張拉等這些不適宜施工的情況都是限制條件。這些都可以通過攝像或無人機采集的信息與BIM模型相關聯的要求條件進行比對，發現不符合條件仍在施工者則予以報警并要求立即停工。

⑤對于施工工法，其方法是否經濟、合理，是否可行，是否有安全風險等，均可通過BIM模型事先進行虛擬建造，以便找出最優最經濟的工法，從而達到既節約成本又提高質量的目的。

⑥對工程全過程的質量，可以通過現場攝像、拍照或無人機采樣等手段獲得信息與BIM模型進行對比。對于個別質量要求較高的局部，如裝配式橋梁連接處或鋼結構加工，可以通過3D激光掃描點云形成模型與原模型進行比較，一旦發現不合格產品當即進行糾正或重建處理，以此確保工程質量。

有了上面這些強有力的措施，相信工程質量完全可以得到保證。

2.3 工程進度

進度、質量、成本甚至安全問題經常是互相影響。作為業主，最希望能在不增加投資、不出現安全事故、保證質量的情況下能按時完工，甚至提前完工、交工。要做到這一點，必須保證工程實際進度是按計劃進度在進行。

通過BIM模型＋時間維度，可以推演每一天的施工進度，讓業主和工程各參與方實時形象地了解工程進度（直接觀看BIM模型）或提前了解工程形象進度。

2.4 投資控制

如果項目的設計變更多了，難免可能超過投資預算，把握住了設計變更這一關，相信就能控制好投資。特別是經過了精細化設計的產品，更容易把控住投資關。眾所周知，影響工程投資最大的因素是方案，如果前期方案階段就使用BIM技術對方案進行了優化，那這個投資一定是最優的投資。因此BIM技術最大的價值在于工程的全過程應用和參與工程的各方全員參加。

2.5 環境保護

“綠水青山就是金山銀山”。如何少破壞或不破壞生態，如何不讓水土流失？這是環保課題中首要考慮的問題。其次是工程中盡可能多的使用再生資源和材料，再就是施工中盡可能少的產生噪音、揚塵、和污水等對環境有影響的物質。

通過BIM+GIS+AIOT可以很方便地解決或控制上述問題。BIM+GIS的應用不僅可以讓方案最優，投資最少，還可以做到土石方的填挖平衡，生態環境破壞最小。通過BIM+AIOT可以監控污水（泥漿）、噪音等對環境的影響并加以控制。

2.6 責任追蹤

任何人都不希望工程出現安全、質量等方面的問題，但是一旦出現問題，責任是否清楚？通過對施工過程中與安全、質量等有關的資料與BIM模型一一對應關聯，當某一部分或某個構件出現了問題，其責任是誰就可以一目了然，這可以避免很多扯皮推諉的事情發生。

2.7 不滋生腐敗

通過BIM及協同管理平臺的應用，幾乎沒有設計變更（由于地質變化產生的設計變更除外），可以實現工程量跟工程造價的精確計算。通過BIM及協同管理平臺的應用，可以保證工程項目建設和管理的監督無死角，建立更加公開透明的檢查與監督機制。事實證明BIM技術是實現建設項目在投資建設、運營過程中信息公開和透明的有效方法和工具。所有的事情都透明了，就沒有暗箱操作的空間，也就沒有腐敗滋生的土壤了。

2.8 暢通的協同協調

BIM技術最大特點之一就是信息傳遞和信息共享，項目各參與方都在同一平臺、同一模型上獲取同樣的信息，避免了歧義，減少了許多溝通時間和成本。

2.9 快速的交工驗收及竣工決算

以前很多項目完工通車后，長時間不能進行交（竣）工驗收，究其原因是很多與項目相關的資料缺失或丟失，有的人為了能交（竣）工驗收，不得不對資料進行編造。如果項目所有有用信息跟資料均在協同管理平臺上與模型構件直接關聯，也就是與項目相關的所有有用資料均集成在項目模型上，此時不僅不需要到處拼湊資料，還可直接按竣工文檔要求一鍵生成竣工文件，這樣就可快速進行交工驗收工作。此外，在工程竣工決算時，也可直接從模型導出相關的數量和財務資料，輔助進行竣工決算。

在項目中應用BIM技術除了能為業主解決上述問題外，還可以有以下收獲：

1)在設計階段使用算量BIM模型，除了設計單位能利用其做概、預算外，還可以為業主直接生成施工招標所用的工程量清單，并在施工全過程可以自動計量計價，并將其自動與相應構件關聯，為日后進行造價比較所用，且所有資料和信息可傳遞到竣工決算階段使用。

2)BIM+GIS再造了一個道路、橋梁、隧道等構造物與周邊地形、地貌、地物以及它們之間的關系，將項目全過程所有有用信息全部注入模型，相當于給予了它靈魂，使得虛擬道路不僅各方面都與實物相同，而且還多了靈氣和生氣（即數字孿生）。并將伴隨著項目的全生命周期，即在運維階段的模型及信息利用和全過程管理。

3)結合項目的特點，可以對一些特殊結構如橋梁、隧道和高邊坡等埋設傳感器，以便在運維階段對其進行更好的監控，使得這些構造物“病”了知道能叫“疼”，并對其進行未“病”先防，未“病”先治，這樣這些構造物就會“活”得更久。這也是BIM+GIS+AIOT應用的優勢，并且可以可視化監管。

4)通過BIM+協同管理平臺的應用不僅使管理更加方便、更加直觀（可以在大屏的駕駛艙直接了解項目的相關情況，如進度、已完成的投資額、參與的人員等），還可以提高對項目的管控效率和提高管理水平。

5)美國斯坦福大學根據美國32個項目總結了使用BIM技術產生的巨大效益：

①消除約40%預算外變更；②計量時間縮短80%，誤差在3%以內；③成本降低10%（目前中國建筑業近五年平均利潤在2.8%-3.3%之間）；④工程工期平均縮短7%。

3 怎么讓BIM技術價值最大化

毫無疑問，BIM技術在工程的全生命周期應用和項目各參與方全員參與時其價值是最大的，并且還必須以業主（項目管理方）為主導。除此之外，還離不開以下幾個重要因素:

1)業主應用BIM技術的決心；

2)應用BIM技術的專項資金；

3)一套BIM項目標準；

4)一個基于BIM的協同管理平臺；

5)一個專業的BIM管理咨詢團隊。

此外，尚需業主和施工各參與方有專人負責，施工方有專門的團隊負責施工過程的BIM建模和信息掛接。管理咨詢團隊可由業主派遣，也可聘請第三方擔任。管理咨詢團隊一定要有路橋工程設計或施工和相應的管理經驗、且BIM技術水平較高的團隊擔綱，其職責主要有：根據項目特點編寫BIM實施指南，編寫BIM項目應用標準、應用目標。根據合同（或為業主起草BIM合同）要求，在施工全過程協調各方的BIM應用，或對各方BIM應用提出合理化建議、對各方的BIM進行質量把關，保證交工（竣工）時交給業主合格的數字資產用于運維。因此BIM管理咨詢團隊不僅要有工程實踐經驗、工程管理經驗，還必須對BIM的各種軟件非常熟悉、有豐富的建模經驗、有基于BIM的協調管理平臺的開發和應用經驗、同時還必須有編寫BIM應用標準的經驗。

對于協同管理平臺，既可以是項目級平臺也可以是企業級平臺。如果為項目級平臺，既可由業主采購，也可由管理咨詢方自帶平臺。從長遠使用和發展考慮，建議業主采購一個企業級平臺，可在所有項目中使用，且要求該平臺嵌入業主的相關規定、文件以及辦事流程等。

4 結語

盡管現階段在國內路橋建設中BIM技術使用得還不夠多，使用得也不夠好，但隨著各層級的BIM標準的完善、BIM應用軟件的完善、使用BIM技術提質增效意識的提高和BIM技術產生的價值越來越得到體現，相信在不久的將來，BIM技術應用的春天就會到來，一個全過程應用BIM技術、項目參與方全員參與BIM技術應用的局面會轟轟烈烈來到。