BIM技术在526国道改建工程建管养全过程中的应用

尹 成 福，陈 小 锐

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526国道岱山段改建公路工程道路全长约29.9 km，由一条主线及两条支线构成。其中主线长23.64 km，沿线设特大桥2 140 m/2座、大桥2 542 m/9座，中小桥502 m/14座，匝道桥516 m/2座，隧道627 m/2座，设互通立交2处，超限检测站1处；支线一路线长1.44 km，沿线布设中小桥48 m/1座；支线二路线长4.8 km，沿线布设大桥750 m/1座、中小桥185 m/6座。

BIM应用于526国道岱山段改建工程，通过开发基于BIM的项目管理平台，建立BIM应用实施整体架构体系，组织专业团队、软硬件设施的模拟搭设以满足各方在不同方面的需求，便于更好地进行项目的管理来达到项目各个阶段设定的安全、工期、投资、质量等各项管理目标。笔者详细论述了BIM技术在526国道改建工程建管养全过程中的应用。

2 BIM技术应用方案

2.1 BIM应用系统平台

BIM技术条件下的项目管理平台是实现异构系统间数据集成的关键，需要实现与工程建设规模及要求相适应的项目信息集成管理，参建各方的项目工程信息储存在BIM中心的公共应用平台系统中，各方通过对该技术的应用，在虚拟平台中形成了一套精细化的管理模式，实现信息的共享，同时达到无缝管理的效果，通过这种模式，使项目信息在规划、设计、建造和运营维护全过程得到传递和共享，各参与方在从项目概念的产生到最终运营的全寿命周期内都可以操作信息及操作模型进行项目的协同管理工作[1]。

2.2 BIM的实施过程

(1)模型的构建与维护。根据模型构建的划分原则，使用统一的工程结构分解(EBS)，即按照项目的单位工程、分部工程、分项工程进行施工结构的分解，所制作的模型构建必须使用统一代码规则以及命名规则[2]，形成统一、有序的整体模型。

(2)施工图设计模型。根据项目范围内各专业施工图(包括隧道、桥梁、互通、机电安装等)以及设计变更需求，构建并维护项目初始模型。模型的精度采用满足现场施工图设计的等级(图1～3)。

图1 各种隧道施工模型

图2 各种混凝土桥梁施工模型

(3)施工图深化设计模型。根据项目施工组织设计，对各专业施工图(包括隧道、桥梁、互通、机电安装等)进行施工深化设计，并对初始模型进行优化调整。模型的精度须满足现场施工图纸深化设计的等级。

(4)施工竣工信息模型。在项目施工过程中，按照施工进度跟踪并采集竣工所需的数据并赋予模型，使竣工数据结构化，动态构建施工竣工信息模型。竣工数据包括：设备、设施、材料的对应品牌、型号、规格、有效期、供货(或施工)单位信息。模型精度采用竣工验收等级。

图3 各种钢管拱桥施工模型

2.3 前期调研与准备工作

为了保证所策划的项目任务顺利进行，实现管理与BIM技术的结合，前期的调研工作必不可少。根据调研到的实际情况撰写调研报告，反映客观真实情况，各方根据调研报告进行讨论修改，从而为今后的实施做铺垫和基础。在调研的基础上提交相关成果：如实施项目的调研报告、项目的执行计划及相关BIM技术标准的制定(建模、维护、应用)等。

2.4 勘察、施工图设计阶段的BIM应用

(1)场地现状仿真及应用。根据合同约定的勘察工作(岩土工程详勘、专项勘察、施工阶段为设计服务的补充勘察等)成果，结合航拍、GIS技术进行地形、建模及隧道及桥梁主体、隧道结构周边关键建筑物的建模及模型应用工作，以可视化的手段展示工程的地质环境，辨识出现场施工对周边构造物是否产生影响，辅助并指导项目人员进行施工技术及安全方案的编制以及施工风险分析。

(2)多专业协同设计。通过BIM多专业协同设计提高设计效率和工作质量，采用三维设计方式开展施工图设计，形成整体工程模型并进行模型合模及优化调整，实现通过工程模型全专业出图[3]。

(3)可视化设计。通过BIM技术的可视化设计，突破传统设计手段的技术局限性，提高设计效率。通常，在对图纸进行多次修改之后，会遗忘是否已经对其进行过修改，为避免这种反复的过程，通过使用BIM技术，可以真正做到“一处修改，处处更新”，可以根据需要在模型之中自动生成平面或剖面图，确保一致和准确。

2.5 施工阶段BIM的 现场应用

(1)现状模拟及方案优化。针对岱山526国道公路工程中的道路恢复、交通疏解、绿化工程、场地准备、管线迁改等工程内容，分别利用倾斜摄影、航拍及GIS技术记录工程项目的现状及周边构造物的状态，从而完成建模及应用模型，并开展方案优化及模拟工作。针对隧道位置及区间市政给排水管网情况进行建模，规划隧道开挖与区间接入市政管网的方案，明确管线迁改路径并为地面临时设施的规划提供参考。

(2)碰撞检查。应用计算机的各种优势，充分分析结构物重点部位的结构标高和外部结构尺寸，结合综合排布方案，完成项目施工及建造阶段的相关专业(机电、土建结构等)碰撞检查，用以发现影响实际施工的碰撞点。经过排布方案后的碰撞检测，能够对设计模型中任意部位进行剖切，从而提供能够指导现场实际施工的图纸。

深化设计：结合施工现场的具体情况和施工工艺，完善设计方案及施工图。

施工方案：根据业主方、监理方、分包班组意见进行方案调整、具体管道支架调整等。

(3)施工组织设计可视化管理。充分利用BIM模型的可视化方式对全过程施工管理的危险源点，重、难点，工序优化等环节进行梳理和挖潜，形成能满足现场施工需求、切实可行的施工组织设计方案，并将其拆分成季度、月度、周计划，与模型充分地关联。根据优化后的全专业施工组织设计得到资金及投资计划、人员投入计划、大型施工工器具投用计划、设备材料到货计划等。

(4)施工方案的模拟与优化。根据以往的施工经验选择施工方案的方法、工艺、装备等并定义工序逻辑关系，从而利用BIM多维度可视化的特点展示施工方案，利用Microstation建模软件，创建施工方案模型；利用Navigator、Synchro 4D分析软件，模拟、推演施工方案，验证其技术可行性并予以优化；使用Synchro 4D分析软件对施工方案进行工、料、机的资源配置，分析其经济可行性并予以优化[4]。推演施工方案的工法、工艺，以验证、优化施工方案的技术可行性及经济可行性。例如，深基坑施工程序复杂，需要解决三维空间超复杂问题：风险大，材料用量大，工程量费事费力的统计工作。同时，工程进度控制困难，应用该技术对支撑维护施工方案进行模拟和分析。结合施工流程，通过工程模型挂接对施工顺序和工期安排等进行动态演示基坑开挖过程，及时发现潜在的问题并予以解决。

(5)施工现场模拟。利用所建立的模型对施工现场进行还原，对现场进行充分的仿真和比拟，了解各种风险区域，规划人员和设备间的安全距离，在一定程度上避免施工安全风险，同时，通过对现场的机械设备、临设、用电、安全等多方面的模拟，找出施工过程中不同类型的潜在风险，为项目的后续实施进行指导和风险辨识分析。

(6)虚拟施工交底指导。基于BIM模型及施工工艺模拟，利用Microstation软件，创建施工方案模型并关联技术要点、工序、风险点等施工文档发布I-Model超级模型，推演模拟结果，以3D PDF、动画等方式展示施工方案模型，为方案的施工可行性对比及优化进行三维动态展示，利用模型实现设计交底及三维图纸会审，并对施工人员进行各种三维交底。

(7)安全管理。

①施工风险点动态跟踪。通过跟踪现场施工风险点并进行对比、分析、纠偏，充分利用所建立的各种管理平台对不同时段、不同阶段的风险进行管控。

②施工人员的动态管理。利用所建立的区域管理控制系统，实现对进场施工人员的动态管理，包含对现场各类人员信息、进出场时间、安全教育、技术交底、培训等信息的录入，使项目部可以充分了解人员的各种信息和状态。在施工现场布设针对人员安全的4D网格定位系统，监测人员现场位置信息，当作业人员靠近危险区域(如防护栏周边、大型设备施工作业区域)时提供实时的安全提醒，避免安全事故的发生。

(8)质量管理。质量管理包括质量资料管理和现场质量管理。质量资料包括检验批、试验报告、质检报告等文档资料，将质量资料文档关联至模型，形成质量信息模型，以便于质量资料文档穿透式查询。

(9)项目成本的精细化管理。基于BIM模型计算工程量所具有的特点：其算量结果可视化，算量计算子目可追溯计算公式和模型；能够自动更新实际的工程量的清单；利用历史数据或模板数据，导入模型即可完成快速算量造价过程，工程量计算能够反差追溯到每一个构件，并可进行多专业的算量结果汇总。模型修改后，能自动识别符合原来属性的构件，可以单选构件或分类构件群，每个构件都有详细的工程量计算式。

应用以BIM技术为依托的工程投资数据平台，将包含投资信息(工程量数据、造价数据)的BIM模型上传到系统服务器，系统即会自动对文件进行分析并进行整理，包含可视化三维图形的结构化工程基础数据[5]。管理人员可远程调用、协同，对项目快速、准确地按区域(根据区域划分投资主体)、按时间段(月、季度、特定时间等)进行分析，统计工程量或造价，使项目的投资处于可控范围内。

(10)进度模拟与资金计划。

①进度模拟。可以将进度计划(以project、Excel编制的进度计划)导入模型中，将模型与施工进度计划结合，并进一步整合资源(人力、材料、机械设备)、成本、安全等信息，从而实现多个维度的施工管理，形成5D模型，实现5D虚拟建造、动画播放，并与成本、工序维度关联，为相应的资金准备提供依据，直观了解施工形象、进度及人、材、机等信息。

②材料的精确控制。在传统的项目材料管理中容易出现一些问题，如工程技术口制定的采购计划以及施工过程中无法准确拆分工程量、无法及时进行施工的过程管控、施工中靠经验进行材料领取等。基于对BIM技术的关联数据，可以充分、快速地获取各种基础数据并随时为采购计划提供数据支撑，限额进行领料，同时为材料核销提供基础。

③虚拟漫游。利用多专业集成平台，将多专业BIM模型进行集成，可以模拟真实情况进入建筑物内查看，进行施工前的虚拟漫游与技术交底，指导施工技术人员了解构造物的结构。同时，可以利用模拟设备进场，动态模拟设备进场的线路、位置，为施工预留空间提供指导，可以自由设定高度进行自动和动态的净空检查。

2.6 运维阶段的BIM应用

竣工交付时，将实体建筑与富含大量运维所需的BIM(建筑信息模型)一并交付，让BIM实现项目生命全周期的管理，为业主方提供及时、直观、完整、关联的项目信息服务和决策支持。实现BIM竣工模型(虚拟建筑)的信息与实际建筑物信息一致。运维阶段的BIM咨询服务基于施工阶段的BIM系统平台提供的延伸服务，基于BIM技术的档案资料协同管理平台，能够实现高效管理与协同。

(1)设备的动态化管理。基于BIM运维管理系统具有查阅、搜索、定位等功能，通过点击所制作的模型中的模拟设备即可以查阅所有相应的具体信息，如所在位置、联系电话、维护情况等；该管理平台系统将会对项目的各种设备使用周期进行综合管理，形成动态更新的数据库，比如对设备及时更换配件及保养进行提醒等，防止设备发生事故[4]，同时，通过查询功能，可以快速、充分查询到设备的规格、制造商、零件号码和其他信息，快速找到问题所在并联系制造商或安装方解决问题。

(2)构件信息的实时查询。施工阶段，需要把主要材料供应商的信息、设计变更单等相关资料加入到模型中，通过算量软件BIM功能可以添加供应商信息，其他图片或文件亦可以通过连接模式关联到具体的构件中，例如大理石地面，可以注明供应商、尺寸、规格、型号、联系方式等。与之相关的设计变更单可以通过扫描后作为连接进行关联，在运营维护阶段其相关资料即可以得到有效利用，例如地面大理石损坏，此时，就可以查询到大理石的相关厂家信息。

3 结 语

笔者详细阐述了BIM技术在526国道岱山段改建公路工程中的应用。分别从勘察设计阶段、施工管理阶段、后期运营管理阶段进行的全过程应用，对传统的建管养过程管理进行了数字化管理升级，更好地开展了项目管理工作，达到了项目设定的安全、质量、工期、投资等各项管理目标。与传统的管理方式相比，其具有的可视化、精细化、动态化、实时化等优点将会越来越多地渗透到项目管理的各个环节，更稳定、更安全、更便捷地为项目管理服务。