BIM技术在公路品质工程建设中的应用

彭欣 梁才

文章以在建的都安至巴马高速公路应用为例，从勘察设计、建设过程管理以及数字化运维三个方面提出了应用BIM技术提升公路品质工程的思路和具体举措，并阐述了数字化公路品质工程建设保障措施，为公路工程建设各相关企业实现BIM应用并推动公路品质工程建设提供了解决方案。

公路;BIM;工程数字化;品质工程

U491-A-41-143-4

0 引言

“品质工程”新理念是2015年提出并于2016年12月由交通运输部正式发布实施的。品质工程建设以五大新发展理念为基础，这与以BIM技术为代表的工程数字化发展理念是一致的。工程数字化技术作为工程建设行业供给侧改革的一项重要技术，是交通工程建设管理的一项重要抓手，其推广应用将有效提高工程项目建设的设计、施工、运维管理的水平，对于提升公路工程设计和建造各环节的品质具有重要作用。BIM技术作为工程数字化大数据的基础，对于推动区域数字经济的发展，促进北部湾经济区融合发展也具有重要意义。

1 工程数字化技术在都安至巴马高速公路品质工程建设中的应用

1.1 项目背景

都安至巴马高速公路是广西实施“县县通高速”的重点项目，也是广西高速公路网规划“横三”的重要组成部分。项目贯穿桂林国际旅游胜地、巴马长寿养生国际旅游区，是广西东西向重要的公路通道之一，也是广西中西部地区及我国西部地区接受发达东部地区经济辐射的重要通道。项目主线全长119.4 km，设置互通式立交7处。由于项目地处喀斯特岩溶地带，山体自然坡度陡，地下河密布，地质条件复杂，桥隧比例高（47%），长隧道、高墩斜弯桥较多，是广西建设难度最大的高速公路项目之一。

为了提升项目设计和建设管理水平，都安至巴马高速公路已列为广西公路水运工程首批BIM技术应用示范项目，已完成项目BIM应用策划、方案设计和施工图设计各阶段BIM应用，并已在施工阶段开展基于BIM的项目建设管理。项目BIM应用对提高设计和施工过程管控积累了一定的经验，成果将进一步为后期项目运营管理提供必要的数据支撑，进而打造项目全生命周期BIM技术应用示范。

1.2 设计BIM技术提升公路勘察设计品质

项目设计前期的设计成果是影响整个项目投资和施工质量的关键，项目的前期决策和设计阶段对项目的成本控制能力也是最大的。利用BIM技术在项目勘察设计阶段做好充分的工作，尽量减少施工和后期运营中存在的问题，对整个项目品质提升能起到关键作用。

1.2.1 三维数字化勘测提高勘测效率和精度

传统的公路项目路线长，勘测精度要求更高，时间要求更紧，常常出现因勘察深度不足、勘測误差较大而导致设计变更的情况。要提高公路项目勘测的管理水平和作业的现代化水平，需要采用新的勘察技术手段。随着无人机倾斜摄影以及机载激光雷达测量技术的发展，数字化勘察已经成为一种高效的测量手段。项目将无人机测绘得到的三维地形结合BIM技术进行全线三维实景建模，建立三维地质模型，实现对公路沿线地貌和地质情况的全方位数字集成管理，为实现公路勘测技术的数字化、信息化、自动化和智能化发展提供可靠的基础数据（见图1）。

1.2.2 三维方案设计提高方案分析和决策能力

方案设计对整个项目的投资和后期实施影响最为深远。其中一个重要问题就是如何选择合理的道路线形，既要保证线形的美观及与环境的匹配性，又要符合地质要求，并尽量降低工程造价。在使用传统CAD技术进行设计时，难以综合处理如此复杂的问题，常常碰到因考虑因素不足而导致线形设计不完全合理的情况，即使前期发现并及时设计调整也使后续其他专业的修改工作量增大。而BIM技术完全基于三维模型，具有完整的工程信息，能够准确地、真实地表现工程设计对象，并且具有在真实三维空间环境下的计算分析能力，利用三维GIS能建立具有地质信息的空间地形信息模型。因此，基于BIM和GIS技术，利用其优秀的表现能力和计算分析能力，可以较好地解决道路线形的选择及评价优化问题，可以通过应用BIM技术对公路路线、桥梁、隧道、景观和附属设施等设计方案进行多角度、多方面的对比和分析，以保证设计方案的安全、经济、美观、实用（见图2）。

1.2.3 基于BIM的协同设计减少对接不畅导致的质量问题

传统设计过程中信息传递的丢失、滞后是导致设计质量问题的一大因素。基于互联网技术，通过BIM云服务器、BIM应用终端、BIM移动工作站、图形工作站、手持移动终端等设备构建BIM云平台协同设计系统，可以使不同专业的设计人员基于同一个模型和平台开展工作，实现高效和实时的信息对接。项目使用基于ProjectWise协同平台开展各专业设计人员的三维设计和协同，不仅完整地覆盖所有设计专业，同时贯穿建设项目设计的全过程，能保证信息的实时传递和无缝对接，提高设计信息流转效率（见图3）。

1.2.4 三维设计校审减少设计错漏碰缺

在设计过程中基于BIM模型进行设计校审以及三维协同会签评审，可以实现校审流程的数字化管理，保证校审过程的全信息记录和传达。在施工图的详细设计阶段，还可以采用基于数字技术的三维可视化、碰撞检查、4D施工模拟等技术手段，帮助深化设计人员及时发现并解决设计碰撞、净空不足等问题，减少现场返工次数，从而有效减少资源浪费，并且快速统计工程量，减少建设资源浪费，提高设计质量（见图4）。

1.3 建设过程数字化管理

传统的施工管理过程中暴露出来的由于图纸问题和进度计划调整等原因，致使出现项目不能及时完工、资源需求计划不准确、工程二次返工、成本管理混乱等问题，主要是因为管理人员通过二维数据传递，依靠经验进行交流与管理。本项目采用基于BIM的工程数字化技术对项目建设过程进行精细化管理，能有效地提高成本和质量等工程项目水平，并为进一步延伸推广到项目全生命周期管理提供了数字资料基础。

1.3.1 BIM数字化技术提高施工仿真和优化效率

采用BIM技术对公路建设进行仿真模拟，相比传统的方式，可以模拟更加真实的地理和地质环境，基于数字孪生技术对重要节点的主要施工工艺进行虚拟建造仿真模拟，可以对真实建造过程中潜在的问题进行提前预判并在设计前期进行优化，从而减少后期施工中可能发生的隐患。本项目通过三维数字化技术对隧道洞口、预制梁厂、加工场、取弃土场等进行了空间布置模拟，实现在真实环境下对施工场地的合理规划和集成化管理，为减少施工用地、实现现场运输道路通畅提供了有力保障（见图5）。

1.3.2 数字化管理提高施工过程的资源管控

由于項目规模大，施工过程中设计的参与方众多，建设过程会产生大量的文档和资料。传统的施工过程管理基于纸质文档或者在线办公管理系统，管理的文档和资源无法和实际工程项目形成有效的关联，常常导致管理资料与实际工程不匹配，出现数据篡改以及不真实的数据;施工物料的统筹管控力度不足，难以形成最优的物料和场地规划管理;施工计划方案变更等信息难以及时传递到各个岗位，无法通过三维可视化进行直观展示等。项目施工过程中，施工方基于BIM数字孪生模型对整个施工过程中的质量、进度、安全、成本等进行全过程管控，使施工过程的资源管理与数字模型实施关联，通过数字模型来提前预判实际工程中可能出现的各种状态，并且追溯各种质量问题以及资金流情况，从而有效提高施工过程的资源管控（见图6）。

1.3.3 数字化交付提升项目竣工交付成果

在项目竣工交付阶段，应用基于数字化的交付成果进行项目施工质量复核，并基于BIM数字化成果开展竣工结算，能够提高项目竣工结算的效率和准确性。基于数字化的竣工交付成果，可以提供项目设计和施工全过程的统一信息和数据库，并与BIM可视化模型进行系统关联，为业主后期运维提供更加丰富和准确的信息。

1.4 基于BIM和大数据的运维管理

通常公路项目运维阶段的信息量非常大，管理工作复杂。传统的管理方式主要是人工管理，缺乏高效的资料存储和查询机制，常常造成资料缺失、传递不及时、查找和分析不方便等问题，无法对资料进行统一和高效的管理。而采用基于BIM和大数据的数字化管理，建立项目建设全过程数据库，可使建设过程的资料得以进行集中分类存储并与模型挂接。同时可通过数据存储机制保留建设过程中产生的海量资料，追踪资料存储位置和资料变更过程，并采用计算机检索技术对资料进行快捷查找。在施工过程中建立项目建设数据库，可实现全过程的资料管理。

通过进一步将BIM技术、GIS技术、物联网技术以及大数据技术结合起来，利用移动数据采集系统提供道路交通设施状态、公路环境气象状况等数据，可形成基于BIM和大数据的数字化资产和运维管理系统。将其接入到项目建设单位的养护大数据系统中，可以实现养护大数据的统一平台存储、管理、交换共享、分析和应用集成，为养护决策部门提供决策依据，提升养护决策的科学性和合理性（见图7）。

1.5 项目数字化品质工程建设保障措施

1.5.1 加强组织领导，组建数字化实施团队

由于项目建设以及数字化实施过程中涉及的参与方较多，为统一管理安排、规范各参与方实施标准和流程，实现数字化技术在本项目全生命周期中集成应用，有必要在项目设计前期制定一个切实可行的方案，确立BIM组织实施团队。本项目在设计前期编制了项目《品质工程创建示范项目实施方案》和《BIM技术在设计、施工、运维阶段全寿命周期过程的探索应用攻关行动实施方案》以及其他相应的实施方案，成立了项目BIM组织实施团队，并从设计前期开始协调管理整个工程参与单位的BIM系统建立、实施等一系列工作，明确了各组织机构的责任和目标，以保证BIM技术应用统筹工作的顺畅。

1.5.2 专项资金保障

项目将采用BIM技术增加的工程造价计入项目建设成本，安排专项财政资金，用于工程技术人才培养及基于BIM系统管理平台的建设、正常运行和后期升级改造等工作。

1.5.3 建立BIM实施流程和标准

在项目前期制定了统一的工作流程和标准，对项目的BIM应用进行整体的管理和控制，明确BIM应用点与各主要阶段BIM技术应用的工作内容，编制了项目《BIM协同设计规程》，制定项目级BIM 实施标准，指导和规范该项目各参与方在 BIM 实施过程中的模型命名、权限设定、对象参数化、协同设计、模型应用、模型深化等技术方法及流程，提高项目各参与方的 BIM 实施效率（见图8）。

1.5.4 建立BIM成果审查机制

由项目BIM攻关行动组组织对各阶段各参与方的 BIM 成果进行审查，主要工作内容包括模型与图纸的一致性、模型的创建是否满足相关BIM标准等。完成项目BIM 成果审查表并提交给相关单位进行整改，整改完后再进行复审，直至意见处理完毕。

2 结语

品质工程是公路建设工作者在今后一段时间内需要不断努力并长期坚持发展的工作方向，而加强技术创新和管理创新，提升项目勘察设计过程的科技

含量，是实现品质工程的重要途径。以BIM技术为代表的工程数字化技术的研究和应用，将成为公路品质工程建设的重要抓手。本文以在建的都安至巴马高速公路为例，对在公路项目建设中如何利用数字化技术来解决设计和施工过程中存在的问题，提高公路工程建设品质，促进项目建、管、养的一体化提供了借鉴。BIM这种新的理论、技术和管理模式在不久的将来一定会对整个交通行业的生产方式产生重大影响，驱动公路项目建设以及整个行业的转型发展。

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