BIM 技術(shù)在公路工程項目管理過程中的應(yīng)用研究

何春暉HE Chun-hui

（廣東交通實業(yè)投資有限公司，廣州 510660）

0 引言

隨著社會發(fā)展和科技進步，建筑信息模型（BIM）技術(shù)逐漸成為建筑工程領(lǐng)域的關(guān)鍵工具，其在公路工程項目管理中的應(yīng)用也備受關(guān)注。BIM 技術(shù)通過數(shù)字化、信息化的手段，實現(xiàn)了對建筑工程全生命周期的集成管理，從設(shè)計、施工到運營，為項目管理提供了全新的思路和解決方案。公路工程項目具有復(fù)雜的設(shè)計、施工和管理需求，傳統(tǒng)的管理方法在滿足這些需求上逐漸顯得力不從心。因此，引入BIM 技術(shù)成為提升公路工程項目管理水平的重要途徑。本研究旨在深入探討B(tài)IM 技術(shù)在公路工程項目管理中的應(yīng)用，分析其在成本效益、質(zhì)量提升和工程進度等方面的具體表現(xiàn)，從而為更廣泛的BIM 技術(shù)推廣和應(yīng)用提供經(jīng)驗和借鑒。

1 BIM 技術(shù)特征

1.1 可視化交底

BIM 技術(shù)以其強大的可視化交底特征而在建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用。通過BIM 平臺，設(shè)計師、建筑師、工程師和其他項目相關(guān)方可以共享和交流設(shè)計理念，將設(shè)計概念以直觀、生動的方式呈現(xiàn)。可視化交底不僅讓團隊成員更容易理解設(shè)計意圖，也能夠幫助業(yè)主和投資者更好地參與項目決策過程。BIM 的三維模型和可視化效果圖使得項目的設(shè)計、布局和外觀能夠在早期階段得到充分展示，為項目各方提供更直觀、清晰的溝通平臺，有助于減少誤解和提高設(shè)計質(zhì)量[1]。

1.2 自動算量

BIM 技術(shù)的自動算量功能為工程量清單的生成提供了高效的解決方案。傳統(tǒng)的算量方式通常需要手動進行，費時費力，且容易出現(xiàn)錯誤。而BIM 技術(shù)通過對模型中的元素進行分析，可以自動生成詳細的工程量清單。這不僅提高了算量的速度，還減少了因為人為因素引起的錯誤。自動算量不僅包括對材料數(shù)量的統(tǒng)計，還能夠生成其他項目成本的相關(guān)信息，為項目的預(yù)算和成本控制提供了強大的支持。

1.3 模擬施工

BIM 技術(shù)的另一個顯著特征是模擬施工，即通過虛擬模型對施工過程進行模擬。通過建立項目的三維模型，BIM 軟件可以模擬出施工的各個階段，包括建筑物結(jié)構(gòu)的組裝、設(shè)備的安裝等。這種模擬施工的方式為項目團隊提供了在實際施工開始之前檢驗施工流程的機會。通過模擬施工，團隊可以發(fā)現(xiàn)并解決潛在的施工問題，提高施工的效率和質(zhì)量。此外，模擬施工還有助于規(guī)劃施工進度，確保項目按時完成。

1.4 碰撞檢測

BIM 技術(shù)的碰撞檢測功能是其在建筑設(shè)計和施工中的關(guān)鍵特征之一。通過對項目的三維模型進行碰撞檢測，BIM 軟件可以在施工前發(fā)現(xiàn)模型中各個部分之間的沖突和不一致性。這些沖突可能涉及結(jié)構(gòu)元素、管道、設(shè)備等的交叉或干涉。通過及早發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，可以避免在施工現(xiàn)場出現(xiàn)問題，提高工程的進度和質(zhì)量。碰撞檢測不僅減少了項目的變更和返工成本，也提高了整體項目的可靠性和穩(wěn)定性。

2 BIM 技術(shù)在公路工程項目管理過程中的應(yīng)用案例

2.1 工程概況

某公路工程項目總長為132.393 公里，主線按雙向八車道公路技術(shù)標準進行改擴建。該項目采用整體式路基拓寬至42 米，其中新建單幅分離式路基寬度為20.75 米。由于改擴建形式多樣，施工組織難度大，項目所涉及的交通流量龐大，交通組織復(fù)雜。工程的高邊坡開挖施工以及安全管控難度巨大，同時受到既有道路情況的復(fù)雜性和多樣性的影響，需要綜合考慮多個控制因素。為了有效解決這些復(fù)雜性和挑戰(zhàn)，整個工程全線采用了建筑信息模型（BIM）技術(shù)。BIM 技術(shù)在該項目中發(fā)揮著重要的作用，通過數(shù)字化的方式對工程進行全過程的設(shè)計、施工和管理。這種先進的技術(shù)不僅有助于提高工程的施工效率，還能夠更好地應(yīng)對項目中的各種復(fù)雜性，特別是在高邊坡開挖和安全管控等方面，提供了更精準、可靠的數(shù)據(jù)和信息支持[2]。BIM 技術(shù)的引入為工程的順利進行提供了堅實的數(shù)字化基礎(chǔ)，從而確保了項目的質(zhì)量、安全和進度的可控性。

2.2 構(gòu)建可視化模型

在本工程案例中，采用Bentley 的OpenRoads Designer軟件，旨在通過創(chuàng)建道路路基的縱斷面和橫斷面，構(gòu)建完整的道路模型。BIM 技術(shù)在這一過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，為工程提供了更全面、準確的設(shè)計和施工數(shù)據(jù)，同時為各階段的協(xié)同合作提供了數(shù)字化平臺。

首先，OpenRoads Designer 軟件通過其先進的功能，允許工程團隊精確創(chuàng)建道路路基的縱斷面。通過該軟件的直觀界面和強大的建模功能，設(shè)計人員能夠以更直觀、動態(tài)的方式呈現(xiàn)道路的縱向剖面，包括坡度、曲線等設(shè)計要素。這為工程師提供了更好的設(shè)計可視化，有助于深入理解道路的地形和地貌特征。其次，OpenRoads Designer 軟件支持橫斷面的創(chuàng)建，進一步完善了道路模型。通過在橫斷面上添加道路的交叉部分、交叉口、橋梁等要素，工程團隊能夠全面考慮各種復(fù)雜條件下的設(shè)計需求。這不僅提高了設(shè)計的全面性和系統(tǒng)性，也有助于在數(shù)字化環(huán)境中進行協(xié)同工作。整合BIM 技術(shù)，通過OpenRoads Designer 軟件創(chuàng)建的道路模型不僅是一個靜態(tài)的設(shè)計，更是一個基于實時數(shù)據(jù)的動態(tài)平臺。在工程的不同階段，團隊成員可以通過共享和更新數(shù)字化模型，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計和溝通，確保每個階段的設(shè)計符合整體規(guī)劃。這為工程的可持續(xù)性、高效性提供了堅實的數(shù)字基礎(chǔ)。本項目工程可視化模型如圖1 所示，實景模擬如圖2 所示。

圖1 可視化模型

2.3 優(yōu)化設(shè)計方案

2.3.1 基于BIM 的三維可視化協(xié)同設(shè)計

BIM 技術(shù)允許設(shè)計團隊、施工團隊和其他利益相關(guān)方在一個共享的數(shù)字化平臺上進行協(xié)同設(shè)計。通過三維可視化，團隊成員可以更清晰地了解整個工程的結(jié)構(gòu)和布局，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計與施工之間的沖突或問題。通過BIM 的協(xié)同設(shè)計功能，設(shè)計者可以實時查看其他團隊成員的設(shè)計進展，并及時調(diào)整設(shè)計方案，以確保設(shè)計的完整性和一致性[3]。這種實時協(xié)同設(shè)計的方式大大提高了設(shè)計的精度，減少了后期施工中的設(shè)計變更，從而提高了整體效率。

2.3.2 施工工藝模擬與優(yōu)化

BIM 技術(shù)還支持對施工工藝進行數(shù)字模擬與優(yōu)化。通過模擬施工過程，可以在實際施工開始之前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，比如施工順序、設(shè)備調(diào)度、材料運輸?shù)确矫娴奶魬?zhàn)。設(shè)計團隊可以借助BIM 軟件模擬施工流程，分析潛在的沖突和瓶頸，并進行相應(yīng)的優(yōu)化。通過這種方式，可以最大程度地降低施工風(fēng)險，提高工程的可控性。在模擬的過程中，可以進行不同工藝方案的對比，找到最優(yōu)解決方案，以提高效益和節(jié)約成本。通過以上兩個方面的優(yōu)化設(shè)計方案，BIM 技術(shù)能夠在項目的整個生命周期中為施工技術(shù)方案的制定提供全方位的支持。通過數(shù)字化的手段，設(shè)計者和施工團隊可以更全面、系統(tǒng)地考慮工程的各個方面，提前預(yù)防潛在問題，降低變更和調(diào)整的成本，使得整個工程更具效率和可持續(xù)性。如圖3 為道路橫斷面優(yōu)化設(shè)計方案示意圖。

2.4 對項目建設(shè)動態(tài)管理

2.4.1 實時施工區(qū)域監(jiān)測

BIM 技術(shù)通過集成傳感器和監(jiān)測設(shè)備，可以實時獲取施工現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)，包括施工進度、材料使用、設(shè)備運行狀態(tài)等。這些數(shù)據(jù)將在BIM 平臺上動態(tài)展示，讓項目管理團隊和相關(guān)利益相關(guān)方可以隨時隨地了解到項目的實時狀態(tài)。通過BIM 平臺的動態(tài)監(jiān)測，團隊可以對施工進程進行更準確的掌控，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，確保項目按計劃進行。

2.4.2 噪音揚塵監(jiān)測與控制

借助BIM 技術(shù)，可以在建筑模型中集成噪音和揚塵監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)。通過實時監(jiān)測環(huán)境中的噪音和揚塵情況，如圖4 所示，BIM 平臺能夠自動生成實時報告并預(yù)警，使管理團隊及時了解工地對周邊環(huán)境的影響。在動態(tài)化管理中，項目團隊可以制定相應(yīng)的控制策略，例如調(diào)整施工時間、使用環(huán)保設(shè)備等，以降低對周邊環(huán)境的負面影響。

圖4 項目建設(shè)揚塵污染的動態(tài)管理

2.4.3 視頻監(jiān)控與安全管理

BIM 平臺還可以整合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)控。通過攝像頭捕捉的視頻數(shù)據(jù)，管理團隊可以遠程查看施工區(qū)域的安全狀況。在發(fā)生緊急事件或不安全行為時，BIM 平臺能夠?qū)崿F(xiàn)實時報警，并提供遠程指導(dǎo)。這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合BIM 平臺的動態(tài)管理，不僅有助于提高工地的安全性，也為管理團隊提供了更靈活的決策手段。通過這些動態(tài)化管理的實踐，BIM 技術(shù)不僅提高了項目管理的精度和實效性，同時也為智慧工地的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。這種全面集成的管理方式有助于提高項目的整體運作效率，降低潛在風(fēng)險，并為項目的可持續(xù)發(fā)展提供了更強大的支持[4]。

2.5 安全管理中的應(yīng)用

在項目建設(shè)中，BIM技術(shù)在安全管理方面的應(yīng)用可通過建立平臺的安全管理模塊，實現(xiàn)隱患排查、記錄和整改的全過程可視化管理。其一，在隱患排查記錄與整改回復(fù)可視化管理中，借助BIM 技術(shù)，在BIM 平臺上建立安全管理模塊，通過平臺的可視化界面，實時記錄各標段的隱患排查情況。巡查人員在巡查過程中，可以使用移動設(shè)備拍攝現(xiàn)場照片，并通過BIM 平臺上傳到相應(yīng)標段的安全管理模塊。針對不同標段，對于工程安全管理數(shù)據(jù)見表1。

表1 工程安全管理數(shù)據(jù)

表2 隱患及整改情況實時統(tǒng)計

其二，責(zé)任人整改與閉合流程。平臺根據(jù)巡查數(shù)據(jù)自動生成安全問題閉合流程。責(zé)任人在平臺上收到通知后，上傳整改照片，并填寫整改情況。安全管理模塊實時更新整改狀態(tài)，直到問題得以解決，閉合整個隱患處理流程。

其三，隱患臺賬的動態(tài)化管理。建立隱患臺賬，通過BIM 平臺實現(xiàn)對隱患數(shù)據(jù)的集約管理。平臺上動態(tài)展示各標段的隱患數(shù)量、處理進度等信息，管理團隊可一目了然地了解整體安全狀況。不同標段臺賬見表3。

表3 不同標段臺賬

2.6 進度管理中的應(yīng)用

2.6.1 3D 模型的創(chuàng)建與可視化進度計劃

使用BIM 軟件創(chuàng)建項目的三維模型，并在模型中嵌入進度計劃信息。這樣，項目團隊可以通過可視化的方式查看整個項目的施工進度，從而更清晰地了解各工程部分的完成情況。通過3D 模型，團隊可以實時查看項目各部分的完成情況，及時發(fā)現(xiàn)潛在的進度風(fēng)險，并采取相應(yīng)的措施。這有助于提高進度的透明度，降低因信息不暢導(dǎo)致的誤差。

2.6.2 進度模擬與沖突檢測

利用BIM 軟件進行進度模擬，通過模擬不同施工活動的完成情況，識別可能的進度沖突。通過沖突檢測，團隊可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的施工沖突，避免影響整體進度。進度模擬和沖突檢測為項目團隊提供了預(yù)測和規(guī)避進度風(fēng)險的工具。團隊可以通過模擬不同場景，找到最優(yōu)的施工順序，提高施工效率，確保項目按計劃推進。

2.6.3 協(xié)同管理與實時更新

在BIM 平臺上實現(xiàn)協(xié)同管理，不同團隊可以同時訪問和編輯項目模型。任何對項目模型的修改都會實時更新，確保所有相關(guān)方都能看到最新的信息。協(xié)同管理保證了項目各方之間的信息同步，減少了信息傳遞的滯后，有助于快速響應(yīng)進度變化。實時更新確保了項目團隊在面臨進度調(diào)整時能夠迅速做出決策。

2.7 成本管理中的應(yīng)用

在成本造價管理中，首先需要準確全面地了解項目的結(jié)構(gòu)和范圍。BIM 技術(shù)通過模型構(gòu)建提供了一種快速獲取三維信息的途徑。通過軟件轉(zhuǎn)換器，我們能夠迅速接收并轉(zhuǎn)化三維信息，構(gòu)建出整個項目的可視模型。這使得項目團隊能夠在一個平臺上查看各種組件和屬性信息，有助于全面了解項目的基本情況。

利用BIM 技術(shù)，我們可以通過對模型的改進實現(xiàn)科學(xué)的成本管理目標。一方面，通過模型的細化和完善，可以提高對成本的準確性和可靠性，進而改善成本管理的精度。另一方面，通過將其他科學(xué)管理目標整合到BIM 模型中，如進度管理、質(zhì)量管理等，實現(xiàn)全面的項目管理，確保項目的高效推進。BIM 技術(shù)不僅使得模型的構(gòu)建更為高效，同時也提供了對模型數(shù)據(jù)進行有效監(jiān)測與調(diào)整的工具。通過BIM 平臺，可以嚴格管理建設(shè)項目的計劃變更，及時進行信息變更。這種實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測與調(diào)整機制，有助于防范成本管理中的風(fēng)險，提高項目的適應(yīng)性和應(yīng)變能力。BIM 技術(shù)在建筑項目中的應(yīng)用，使得成本管理更加明晰。通過模型，可以快速解釋建設(shè)成本，監(jiān)控整個項目的整體發(fā)展。這不僅有助于項目團隊更好地理解成本結(jié)構(gòu)，還能更有效地實現(xiàn)項目成本管理的目標。對于項目所有者而言，BIM 技術(shù)提供了全面的成本信息，使其能夠更加明確項目的造價情況。

3 BIM 技術(shù)在公路工程項目管理過程中的應(yīng)用效益分析

3.1 成本效益分析

BIM 技術(shù)在公路工程項目中的應(yīng)用在成本效益方面表現(xiàn)顯著。首先，在初設(shè)階段就實現(xiàn)了對項目的直接成本節(jié)省，達到了600 萬元。相較于傳統(tǒng)的勘察設(shè)計方式，BIM技術(shù)縮短了項目設(shè)計周期約20%，在提高效率的同時顯著減少了項目的直接成本。此外，BIM 技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)以往傳統(tǒng)設(shè)計方式難以察覺的錯誤和紕漏，共發(fā)現(xiàn)150 余處問題，為項目的高質(zhì)量施工提供了保障。決策時間的縮短也是BIM 技術(shù)的一項顯著成果，大幅度縮短了30%以上，加速了項目的決策和推進速度。最終，項目的交付時間提前了43 天，這意味著項目按時交付，不僅為相關(guān)方提供了更快的使用和投資回報周期，也為后續(xù)工程的展開提供了更充足的時間。綜合來看，BIM 技術(shù)在成本效益方面的應(yīng)用不僅在節(jié)省直接成本方面表現(xiàn)出色，還通過提高設(shè)計效率、縮短決策時間等方面，為項目整體帶來了巨大的經(jīng)濟收益。具體成本效益見表4。

表4 本項目BIM 技術(shù)實施后具體成本效益

3.2 質(zhì)量效益分析

BIM 技術(shù)的應(yīng)用對公路工程項目的質(zhì)量效益有著顯著的提升。首先，BIM 技術(shù)的多方參與和全過程周期的參與確保了設(shè)計、施工、維護等各個環(huán)節(jié)的全面質(zhì)量控制。BIM 的模型可以為設(shè)計人員、建造者和維護人員提供一個共享平臺，從而在全生命周期內(nèi)保持一致性和準確性。在項目實施過程中，BIM 技術(shù)能夠通過多維數(shù)據(jù)的展示和分析，提高設(shè)計的精準度，減少設(shè)計錯誤和紕漏的發(fā)生。這有助于避免施工階段的問題，提高了整體工程的質(zhì)量水平。同時，BIM 技術(shù)在建設(shè)階段的實時監(jiān)測與調(diào)整，能夠迅速發(fā)現(xiàn)問題并進行修正，保證了施工質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定[5]。通過綜合參與和全過程控制，BIM 技術(shù)確保了公路工程項目的設(shè)計、建設(shè)和維護質(zhì)量的全面提升，為各方參與者提供了更加高效、精準、全面的工程質(zhì)量保障。項目質(zhì)量效益，見表5。

表5 本項目BIM 技術(shù)實施后項目質(zhì)量效益

4 結(jié)束語

綜上所述，BIM 技術(shù)在公路工程項目管理中的應(yīng)用，不僅提高了項目的成本效益和質(zhì)量水平，還為管理帶來了全新的思路和工具。然而，需要在實踐中不斷積累經(jīng)驗，解決技術(shù)、標準和人才培養(yǎng)等方面的問題，以促進BIM 技術(shù)在公路工程領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。