山东省高速公路全寿命周期BIM技术应用

赵 杰，徐 润，张常勇

（山东省交通规划设计院集团有限公司 全寿命周期BIM技术应用研发中心，山东 济南 250031）

引言

以GIS+BIM+IoT为核心的新一代数字交通BIM技术，利用其可视化、模拟性、协调性等特性将抽象的三维实体具体化，将静止的分析数据动起来，将割裂的信息流转起来。BIM技术应用是高速公路数字孪生应用、建立智慧高速数字底板的重要实现工具，基于BIM技术的数字化基础设施，将成为智慧高速的数字化底板和工程全寿命周期信息传递的有效载体，是企业数字化转型的重要内容。通过BIM技术应用可视化集成，实现数据赋能交通发展，推进工程信息化升级，实现物理设施数字化，助力数字公路、智能交通的落地，系统化赋能高速管理服务。

政策引导有力地推动了BIM技术在行业内的应用，《数字交通发展规划纲要》《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》等部委文件的陆续出台进一步推动了BIM技术在行业内的应用。2021年，《公路工程信息模型统一标准》《公路工程设计信息模型应用标准》《公路工程施工信息模型应用标准》三部标准的颁布和落地，标志着公路工程BIM应用进入深化应用发展阶段。

1 规划设计阶段应用

工程项目规划设计阶段是工程项目全寿命周期数字化初始环节，是项目具备全价值链数字化基础的实施阶段。工程项目规划设计阶段应用BIM技术，能够优化设计方案，提前发现问题，减少设计变更，提高设计质量，提升工程品质，降低工程投资；规范设计成果BIM交付的内容，可以进一步促进交通基础设施数字化应用，打造融合高效的智慧交通基础设施。设计阶段路桥隧及三维地质模型见图1。

图1 设计阶段路桥隧及三维地质模型

1.1 工程可行性研究阶段应用

工程可行性研究阶段BIM技术应用实施应采用BIM+GIS相结合的方式开展，工可阶段的BIM应用主要利用BIM技术对项目的设计方案进行数字化仿真模拟，对其可行性进行验证。利用BIM技术对工程项目所处的地形、地质、水文、路网、城镇规划、产业布局、资源分布、环境敏感点、文物等建设条件进行建模，在电子沙盘中论证项目起终点，拟定备选方案，进行方案比选、实施方案模拟、土地评价、环境影响分析、节能分析等工作，选择最优的工程方案。

1.2 初步设计阶段应用

初步设计是基本确定工程项目设计方案，BIM技术在初步设计阶段的应用需要围绕项目方案的可视化设计开展，典型应用宜包括数字化勘测、路线方案（含比选方案）数字沙盘、专业方案比选及论证、碰撞检查和交通仿真验证等，结合GIS+BIM的信息融合，综合比较征迁用地、平纵控制要素、挖填平衡、用地红线、经济造价、施工难易程度等多种因素确定和优化路线总体设计方案。

1.3 施工图设计阶段应用

施工图设计是对初步设计（或技术设计）方案的具体和深化。BIM技术在施工图设计阶段的应用将依托初步设计（或技术设计）的应用进一步深化，为施工期BIM技术应用提供精细化BIM模型，宜包括方案数字沙盘、方案精细化模型（含施工阶段对接信息）、碰撞检查、交通仿真验证及施工组织可视化等。

1.4 重大、复杂节点工程应用

针对重大、复杂节点工程，BIM技术在设计阶段的应用是复杂技术方案的可视化展示、碰撞检查以及细部方案的优化和仿真，宜详细展示技术设计的内容和信息，便于开展技术论证和推进公路工程项目。

特大桥、隧道、枢纽互通等重要节点工程，应根据设计阶段分别开展专项应用。特大桥、航道桥、跨铁路桥等重点桥梁工程应开展初步设计多方案比选论证，施工图精细建模优化设计等内容，并为建设期结构施工监测、运维期管养监测提供信息对接接口；隧道工程应进行初步设计阶段隧道洞口方案比选、多阶段地质勘察成果综合三维地质建模、施工图精细化建模设计方案优化等内容，并为建设运维期监测管控提供信息对接接口；枢纽互通应开展初步设计线形方案比选、施工图净空核查、视距验证以及交通仿真分析等优化设计应用。

2 建设施工管理阶段

建设期施工过程信息管理是工程项目全寿命周期应用过程中的核心环节，建设施工期BIM协同管理应通过集成化BIM协同管理系统平台的方式实施，实现各参建方不同维度的信息集成和管控应用。山东高速建设管理BIM协同平台以“BIM协同管理为中心、多平台数据融合”的建设管理协同理念为基础，基于GIS+BIM引擎，打通进度、计量、质量安全、人员、成本管控、物联及视频的数据交互通道，实现面向企业的路网级多项目协同管理。打造企业集团级的智慧建设管理平台、项目级的BIM协同管理平台、标段级的施工管理平台，实现一张看板总体掌控、数据下沉关注细节、物联互通掌控现场、信息直达及时高效的智慧建设管理，达到压缩管理层级、提高工作效率的目的，施工管理BIM平台看板见图2。

图2 施工管理BIM平台看板

基于BIM信息集成优势，项目建设单位围绕建设工程投资费用、计划进度、质检信息、人员设备管控、征迁可视化调度、物联网信息融合、质量溯源、电子档案等管理要素开展施工管理信息采集和可视化集成管控，实现基于BIM+GIS的协同项目管理，改进工程项目各参建单位的技术交流方式，压缩管理层级，提升管理效率，提高管理水平，以数据驱动实现对在建项目的“可视、可知、可控”。

（1）将建设施工期BIM协同管理和智慧工地建设相配合开展，打通信息渠道，实现施工现场“人机料法环”的综合可视化管理，通过劳务实名制、农民工工资管理、现场劳务考勤、特种作业现场人员定位、安全教育及考试管理等与三维BIM+GIS场景融合应用实现人员管理。（2）通过路基压实管控、路面摊铺可视化管理、浆喷桩实时监测记录、现场实验室物联监管实现施工期机械设备物联可视化管控，通过原材料质检追溯、物料管控系统实现原材料管理，通过开展基于BIM的可视化施工工艺交底实现施工工艺方法和流程的直观表达，更好地传达设计意图，提高现场施工作业效率，减少误工返工现象的发生。（3）通过现场环境检测、施工期桥梁结构监测、隧道开挖监控量测、道路施工期边坡监测等多种数字化监管手段提高感知现场能力，自动形成数字档案，加强施工过程管控。

3 养护运维阶段

养护运营管理阶段是公路工程服务和使用的关键环节，需要打通设计、建设管理、施工、监理、养护运营各阶段的信息通道，通过物联网IoT技术实现深度融合，加强BIM数据深度应用，推进基于BIM技术的养护信息数字化管理，充分利用建设期BIM数据改进养护管理，提升养护管理效能，提供基于路网级数字化信息服务，通过基于BIM+GIS的资产数字化管理实现数字化运营、集成决策、综合管控、综合信息服务发布、应急救援管理等内容，实现路网路产的数字孪生服务。基础设施监测一体化平台见图3。

图3 基础设施监测一体化平台

养护运营管理阶段BIM技术应用需跟踪项目运营周期持续开展，通过回溯反馈信息，完善养护决策服务体系，优化设计施工方案，利用BIM集成优势开展信息的综合应用。通过建立养护运营BIM协同管理平台，集成和接入养护运营管理阶段的物联网监控监测信息、维护信息、养护信息、运营信息等，实现相关资料信息提取、养护决策应用，为应急决策、通行保障等养护运营综合管理提供可视化应用解决方案。

4 存在的问题及建议

4.1 存在的问题

（1）前期投入高、工具不完善，信息安全等问题比较突出，BIM设计成果审查及交付仍未切实落地，公路工程全要素数字化还有很多基础研发工作需要开展。（2）各单位的组织结构和管理模式不尽相同，平台化的解决方案需量身打造，需要立足自身业务需求开展，不能单纯“抄作业”，普适性的推广难度高。（3）建管养全寿命周期信息尚未完全实现有效传递，很多项目限于设计源头数字化介入不足，难以贯穿全周期应用。（4）运维期BIM技术应用需要依靠大量前期数据积累，短时间难以开展有效地大数据分析和智能研判应用。

4.2 建议

（1）加大《公路工程信息模型应用统一标准》（JTG/T 2420—2021）等文件的培训宣贯力度，强化行业组织引领，加大BIM标准推广落地力度，加快推进工程与软件融合的BIM技术人才培养和投入，强化BIM技术应用能力，统一、规范BIM设计成果审查及交付标准，提升全行业应用水平。（2）勘察设计招标和计费中进一步明确和规范实施内容，强化设计源头理念提升，加快推进BIM规划设计应用。（3）加强集团级调度管理，形成集成效应，探索如何应用BIM、GIS、大数据、云计算等技术，更好地推进交通强国、智慧高速建设。（4）提高国产自主化BIM软件替代率和推广，强化信息安全保护。