基于BIM技术的公路工程管理系统应用

王 勇，路盛敏

(1.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

2006年，我国部分建筑企业开始关注BIM概念。从2009年开始，设计类BIM软件在国内开始推行。“十三五”期间，在国家和行业主管部门的推动下，BIM技术得到快速发展，如今在设计阶段的各个专业BIM技术应用已经趋于成熟，并进入将设计BIM数据向施工阶段传递的深度应用阶段。而公路工程BIM技术当前的难点在于BIM信息的传递和关联存在阻力，且公路工程带状模型体量较大，给BIM模型的使用带来较大的局限性。

南宁南过境线吴圩机场至隆安段(下称吴隆高速公路)基于BIM+GIS+云技术开发公路工程BIM管理系统，实现了BIM数据的轻量化展现，以BIM模型为载体，基于三维图形引擎开发了多项管理功能，对本项目的BIM成果交付和成果应用均起到了积极的作用，为今后BIM的应用发展提供了一定的思路。

1 工程概况

吴隆高速公路是广西西部地区与南宁吴圩国际机场便捷连接的高速公路通道，也是广西规划新增通往粤港澳大湾区的高速公路通道和桂西北地区通往广西相对富裕的桂东南及北部湾沿海地区的经济干线。本项目路线全长44.914 km，全线共设扶绥、龙头、南宁西站、坛洛西互通式立交共4处，设置1处服务区。全线无隧道，设特大桥梁(沙尾左江特大桥)1座。

2 基于BIM+GIS+云技术的公路工程BIM管理系统

随着互联网技术的高速发展，BIM+GIS可基于互联网和移动通信技术进行集成应用。当前，BIM和GIS不约而同地开始融合云计算这项新技术，分别出现了云BIM和云GIS的概念，云计算的引入将使BIM和GIS的数据存储方式发生改变，数据量级也将得到提升，对BIM+GIS的成果可实现轻量化应用[1]。由此，吴隆高速公路以BIM+GIS+云技术开发了公路工程BIM管理系统。

2.1 系统技术架构

吴隆高速公路BIM管理系统应用技术架构概括总结为“四横三纵”，横向由基础设施、数据资源、应用支撑和业务应用四个体系组成，囊括了从前端感知到终端应用的完整数据链；纵向由政策制度体系、标准规范体系和组织保障体系组成，保证了实施过程的落地性、可行性和有序性[2]。

公路工程BIM管理系统技术架构如图1所示。

2.2 BIM信息的轻量化

高速公路建设项目通常跨域广且距离长，沿线存在设计的不规则路基、桥梁、隧道以及长距离的空间地理位置关系，模型体积和数据量较大，BIM信息的使用和传递存在一定的障碍，所以如何将阶段性、离散性、碎片化的BIM应用方法和应用成果转变成系统性的BIM应用模式是需要解决的一大问题。

公路工程BIM管理系统在精细化设计BIM模型的基础上建立符合施工要求的深化模型，通过制定编码规则，将数字信息、技术数据与模型相挂接，并与项目管理过程融合，实现基于BIM技术的进度管理、质量安全管理、技术管理等。同时在集成的信息平台上设置开放接口，支撑与各专业软件的信息互通，从而解决了设计阶段与施工阶段BIM数据交互的问题[3]。

3 工程应用

吴隆高速公路项目以BIM模型作为基础数据，采用集成多系统和多数据库的方式建立了公路工程BIM管理系统。即公路总体模型可查看项目路线、构造物和项目环境等基本信息，同时利用项目总体模型作为其他工程业务系统的链接定位，例如可将边坡监测系统、桥梁监测系统和施工现场监测系统等系统入口直接设置于相应的工点模型位置，方便项目管理人员更便捷地查找和使用。

目前该公路工程BIM管理系统主要建立了设计管理、技术管理、进度管理、质量管理和安全管理五个功能版块，并接入其相关系统数据。在吴隆高速公路的设计和施工过程中应用公路工程BIM管理系统取得了良好的经济效益和社会效益。

3.1 设计管理

图2 路线方案比较示例图

在设计管理的过程中，该系统通过采用高精度点云和高清影像展现路线周边的环境情况[4]，并且可实时查看路线的平纵指标，方便相关人员审核路线总体的基本情况，同时还可以查看桥梁、隧道、涵洞和支挡防护等构造物属性信息和相关设计图纸。路线方案比较示例图如图2所示。在吴隆高速公路初步设计阶段，审核人员通过本系统进行方案审核时提出对K8～K15段进行改线，减少了填挖方量，同时也减少了对基本农田的占用和减少了对渌劳村的拆迁面积，节约了项目的总体造价。

3.2 技术管理

技术管理主要是结合管理单位和施工单位的具体需求自主开发了资料管理系统，对建设过程中的文件流转过程进行管理。吴隆高速公路技术管理通过线上流程、电子签章、电子归档等手段，帮助管理单位完成对施工流程的实时把控，同时也避免了建设过程中出现文件审批过程不透明、文件流转记录难追溯等问题，保护了施工单位的合法权益。本项目通过使用该系统减少了各项审批的时间，提高了管理效率，预防了各项审批材料的丢失。

3.3 质量管理

在质量管理的过程中，当BIM模型建立完成后，使用Fuzor、NavisWorks等仿真软件对特大构造物的三维模型进行仿真模拟，经数据处理后上传至云端，使施工人员可实时查看仿真步骤以及相关参数，结合图纸进行施工，避免重大施工错误[3]。

以吴隆高速公路控制性节点沙尾左江特大桥为例，大桥全长968.5 m，主跨为360 m中承式钢管混凝土提篮拱桥，采用Revit软件进行全桥精细化建模，使用Navis Works软件对桥梁模型进行碰撞检测，对碰撞结果进行分析并得到协调数据，由设计人员对图纸进行优化，减少了后期的变更和施工浪费，最后把模拟结果上传至公路工程BIM管理系统，再对每个步骤批注了说明，例如吊塔、主拱、主梁和桥台的施工工艺、坐标、材料等重要信息，施工人员可实时查看并结合现场进行施工，在提高了施工效率的同时减少了施工损耗[5]。

3.4 进度管理

本项目沙尾左江特大桥建立了精度达到LOD300的BIM模型，通过拆分、编码、属性关联后，对各个构件进行定位、表达、传递，然后上传至公路工程BIM管理系统，由现场施工管理人员输入施工进度信息，最后结合施工现场的实时监控，实现了对沙尾左江特大桥的施工进度云管理[6]。

3.5 安全管理

吴隆高速公路结合BIM+GIS技术，把沙尾左江特大桥的监控系统接入公路工程BIM管理系统，实时监测各个监控点的变形量、钢筋和墙体应力应变数值和累计曲线，当监测数据超过预警值时，系统上的监测点红色则会亮显报警并显示施工现场的监控录像。该系统在沙尾左江特大桥施工过程中预警多次事故，保障了沙尾左江特大桥的施工安全和质量。

4 系统应用效果分析

本项目采用BIM技术进行高速公路项目管理，特别是在吴隆高速公路的建设管理中发挥了重要的作用，提升了项目质量、进度、安全以及档案管理的信息化和数字化水平，提高了项目的管理效率。系统应用在各个功能模块的效果主要有以下几点：

(1)技术管理：避免了项目建设过程中出现文件审批过程不透明、文件流转记录难追溯等问题，对建设过程中的文件流转过程进行管理，通过线上流程、电子签章、电子归档等手段，将施工管理文件置于线上，实现工程建设过程中各方来往文件的电子化流转，审批流程一目了然。

(2)设计管理：传统的设计管理仅在设计单位做了闭环管理，而在多方参与的工程管理中，设计管理作为保证项目顺利进行的重要一环且贯穿整个项目进程，而现场一般缺乏详细的设计管理。线上设计管理功能可用于对图纸和模型的交付管理，通过对设计产品的跟踪、设计变更的记录，为工程项目提供设计总体计划控制、产品质量把控的功能。

(3)进度管理：结合直观、可视的形象进度管理技术，基于施工 BIM 模型，建立工程合同进度、工程施工计划、实际进度信息等与三维模型的关联，实现工程施工计划进度、实际进度的整编输入和三维展示，以及施工进度的对比分析功能，使管理更为直观和高效。

(4)质量管理：通过数字化技术，将数字化质量管理细化至工程最小颗粒度“单元工程级”，落实工程质量管理“纵向到底”的理念。基于施工 BIM 模型，实现工程建设过程中的所有部位、施工工序质量验评工作的“无纸化”管理。

(5)安全管理：采用物联网、移动互联网等先进技术手段，将工程项目安全管理升级改造，转变安全管理工作方式，优化管理流程，建立一整套科学、有效的安全生产风险管理体系，打造从线上到线下、从网页端到 APP、从管理制度到管控流程的全范围安全管理。

5 结语

吴隆高速公路基于BIM+GIS+云技术开发了公路工程BIM管理系统，实现BIM信息的轻量化展现，BIM技术应用贯穿整个项目的全生命周期，提高了设计、施工和管理的效率。以BIM模型展示系统作为底层基础开发多引擎子系统，相较于单引擎系统成本更低、加载更流畅、稳定性更强以及开发环境更好，为项目的BIM管理系统开发提供可行思路。

目前，公路工程BIM管理系统已经基本实现了设计和施工BIM的信息交互，下一阶段可根据施工进程逐步构建竣工交付模型，全面集成设计及施工阶段的信息数据，完成管养阶段的模型成果交付，搭建运营管养数字化管理系统，逐步开展基于BIM模型的管养应用，以期在后续的高速公路工程中进行推广和应用。