王 友 參

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

延崇高速公路(北京段)工程七標(biāo)全線位于北京市延慶區(qū)境內(nèi),中標(biāo)金額7.8億元，建設(shè)工期33個(gè)月，出京線全長(zhǎng)5.039 km；進(jìn)京線全長(zhǎng)5.053 km。主要工程有3隧2橋，其中隧道單線總長(zhǎng)9 627 m，橋梁?jiǎn)尉€總長(zhǎng)238 m，橋隧占比高達(dá)98%，隧道采用雙向四車道設(shè)計(jì)，為分離式隧道。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

作為世園會(huì)、冬奧會(huì)配套性工程，該項(xiàng)目具有建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高(創(chuàng)建品質(zhì)工程、綠色公路、智慧公路示范項(xiàng)目)、環(huán)保要求高(穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護(hù)區(qū))、社會(huì)關(guān)注度高(世園會(huì)、冬奧會(huì)配套項(xiàng)目)等特點(diǎn)，該項(xiàng)目政治意義重大，建設(shè)難度高，建設(shè)工期緊。

為保質(zhì)保量如期完成，項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用BIM技術(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，通過(guò)大數(shù)據(jù)展示等直觀的方式，進(jìn)行可視化的管理模式，加強(qiáng)參與各方對(duì)項(xiàng)目的理解，降低溝通成本。利用revit軟件建立高精度BIM模型，并通過(guò)與VR技術(shù)相結(jié)合，模擬現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)環(huán)境，進(jìn)行可視化安全技術(shù)交底，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源形成預(yù)判，確保施工安全，保證施工質(zhì)量。

2 公路工程特點(diǎn)概述

以延崇高速為例，建設(shè)工期33個(gè)月，線路全長(zhǎng)33.2 km，設(shè)置橋梁9座，隧道6座，互通立交5座，分離式立交1座，管理養(yǎng)護(hù)區(qū)1處，服務(wù)區(qū)1處，隧道處2所，北京段全線橋隧比約92%，工程投資估算約153億元，穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)，工程創(chuàng)建品質(zhì)工程、綠色公路、智慧公路示范項(xiàng)目，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)極高，施工與運(yùn)行期面臨著復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及活動(dòng)斷層、不均勻沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等眾多風(fēng)險(xiǎn)因素，總體來(lái)看，公路工程建設(shè)過(guò)程通常具有以下特點(diǎn)。

2.1 多點(diǎn)、線性、廣面

公路工程建設(shè)規(guī)模一般都比較大，例如延崇高速線路全長(zhǎng)33.2 km，從體量上分析是線性的，從建設(shè)里程上來(lái)講從幾十公里到上千公里的都有，涉及的施工區(qū)域有時(shí)要跨過(guò)幾個(gè)行政區(qū)域，施工范圍非常廣再加上橋梁隧道工程的特殊性，工程的建設(shè)是很少只由一家單位單獨(dú)來(lái)完成的，通常要多標(biāo)段招投標(biāo)，牽涉到多家施工企業(yè)，時(shí)間跨度通常要幾年。

2.2 體量大、專業(yè)多、造價(jià)高、投資大

公路工程建設(shè)項(xiàng)目投資是非常巨大的，其建設(shè)工程合同的價(jià)額基本上是幾千萬(wàn)、上億甚至幾百億，如全長(zhǎng)33.2 km的延崇高速工程，由于橋隧占比高(橋隧比約92%)，建設(shè)要求嚴(yán)等特點(diǎn)，投資估算達(dá)153億元，體量大、專業(yè)多、造價(jià)高、投資大是公路工程的鮮明特點(diǎn)。

2.3 作業(yè)環(huán)境和地形地質(zhì)條件復(fù)雜

以延崇高速為例，建設(shè)過(guò)程線路穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)，公路工程的大跨度，決定了其面臨的氣候、地質(zhì)、土地、水土保持、文物、社會(huì)經(jīng)濟(jì)都會(huì)有差異，任何一項(xiàng)的變化都會(huì)影響公路工程的順利施工，甚至在施工過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況進(jìn)而變更原有定線，復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境和地質(zhì)條件決定了公路工程的不可控性。

2.4 質(zhì)量要求高，質(zhì)量安全管理難度大

延崇高速工程創(chuàng)建品質(zhì)工程、綠色公路、智慧公路示范項(xiàng)目，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)極高，施工與運(yùn)行期面臨著復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及活動(dòng)斷層、不均勻沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等眾多風(fēng)險(xiǎn)因素，質(zhì)量安全管理難度極大。

3 BIM技術(shù)在公路工程的應(yīng)用

3.1 工程可視化

在設(shè)計(jì)前通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影、測(cè)繪機(jī)器人、激光掃描輸出，獲取高分辨率、高精度的影像數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維實(shí)景結(jié)合GIS數(shù)據(jù)，無(wú)論從效率和精度上，較GPS又上了一個(gè)臺(tái)階。在設(shè)計(jì)前，數(shù)字地形、地質(zhì)、水系水文、現(xiàn)有道路交通、現(xiàn)有建筑物等模型最終集成為一個(gè)完整的數(shù)字化的設(shè)計(jì)環(huán)境，這是一個(gè)真實(shí)的、精確的、可測(cè)量的三維現(xiàn)狀環(huán)境，交付給設(shè)計(jì)工程師使用。在設(shè)計(jì)工作完成后，將多個(gè)線路、路基、橋梁、場(chǎng)地、站場(chǎng)、隧道共同組成一個(gè)建筑渲染動(dòng)畫，直觀展示了設(shè)計(jì)方案的可行性和景觀方案，在向上級(jí)部門匯報(bào)時(shí)一目了然，也有利于模型的傳遞。模型可以360°觀察也可以隨時(shí)查詢每個(gè)構(gòu)件的基本屬性，充分展示了設(shè)計(jì)效率高、方案直觀明了、調(diào)整便捷、準(zhǔn)確的BIM技術(shù)特點(diǎn)，如圖1所示。

3.2 正向化設(shè)計(jì)

有了一套完整的勘察設(shè)計(jì)資料，各專業(yè)的工程師就可以利用各類正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)，直接展開設(shè)計(jì)工作。BIM正向設(shè)計(jì)是采用參數(shù)化的方法，將設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容提前至方案設(shè)計(jì)階段，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)作品全生命周期的管控能力，目標(biāo)是在保證質(zhì)量的同時(shí)降低設(shè)計(jì)成本。公路工程的各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同跨上形式不一，繁雜多變，應(yīng)用正向建模方法，根據(jù)不同構(gòu)件的外形特征、尺寸標(biāo)注和變化規(guī)律分類別建立各自的參數(shù)化模型，如圖2所示，進(jìn)而形成企業(yè)的產(chǎn)品庫(kù)。在類似構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，只需要修改相關(guān)參數(shù)就可以直觀生動(dòng)地觀察新構(gòu)件，有利于提高建模速度和方案對(duì)比[1]。

在多專業(yè)協(xié)同中，BIM優(yōu)勢(shì)更加明顯，尤其是當(dāng)工程隱蔽性較強(qiáng)、且關(guān)鍵工序具有不可撤銷性時(shí)，BIM使協(xié)調(diào)問(wèn)題得到了事先解決。當(dāng)所有設(shè)計(jì)工作完成后，采用數(shù)字化的成果交付方式交付設(shè)計(jì)成果，可以方便檢索相關(guān)工程信息，非專業(yè)人員也可以交互地了解所需的設(shè)計(jì)信息。

3.3 施工組織模擬

BIM在公路工程中一個(gè)主要應(yīng)用點(diǎn)就是施工組織模擬，BIM技術(shù)可以場(chǎng)地布置、施工元素、施工對(duì)象和施工組織設(shè)計(jì)，具體地將工程結(jié)構(gòu)模型和道路交通導(dǎo)改模型運(yùn)用在模擬軟件中，根據(jù)施工期間交通導(dǎo)改方案及進(jìn)度組織計(jì)劃，可以將結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度模擬和道路交通導(dǎo)改模擬有機(jī)結(jié)合在同一環(huán)境中，直觀查看項(xiàng)目施工場(chǎng)地隨時(shí)間推移而實(shí)時(shí)變化的情形，對(duì)施工組織的全過(guò)程進(jìn)行模擬，并以此評(píng)價(jià)交通導(dǎo)改計(jì)劃與結(jié)構(gòu)施工計(jì)劃二者的協(xié)調(diào)性。若存在與施工組織設(shè)計(jì)和方案內(nèi)容不符合或者偏差等問(wèn)題，可及時(shí)修訂。同時(shí)在視頻軟件中適當(dāng)添加文字和標(biāo)注，使其在模擬漫游和細(xì)節(jié)展示時(shí)更加直觀闡明方案模擬的內(nèi)容和重點(diǎn)。

3.4 工程量管理

利用BIM技術(shù)，將模型導(dǎo)入工程造價(jià)軟件，通過(guò)材料的選擇將行人的參數(shù)自動(dòng)記錄，可生成不同階段的造價(jià)清單對(duì)項(xiàng)目的資金產(chǎn)生完成統(tǒng)計(jì)和控制。同時(shí)根據(jù)施工進(jìn)度管理信息，通過(guò)選擇造價(jià)參數(shù)，使其能生成不同的造價(jià)清單，將項(xiàng)目施工過(guò)程中的人員、機(jī)械、材料等信息融合到一個(gè)平臺(tái)中，建立5D模型，使平臺(tái)能夠更加有效地在項(xiàng)目各分部之間完成人工和機(jī)械等資源的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和調(diào)配。建模前深入調(diào)研該工程計(jì)量規(guī)則，并以此確定模型中的工程量拆分界面，最終以從模型中自動(dòng)提取的工程量數(shù)值實(shí)現(xiàn)了基于工程量清單的工程量統(tǒng)計(jì)及交付，發(fā)揮了BIM模型在工程量計(jì)算及復(fù)核方面的實(shí)際價(jià)值[2]。

4 目前存在的問(wèn)題

4.1 軟件間有隔閡

市場(chǎng)上有眾多軟件，這些軟件各有特點(diǎn)，都能獨(dú)立完成設(shè)計(jì)作品。一個(gè)設(shè)計(jì)公司使用一個(gè)軟件公司的產(chǎn)品就可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，但軟件各有所長(zhǎng)，當(dāng)想利用別的軟件功能時(shí)，由于數(shù)據(jù)接口沒(méi)有打通，還需要重復(fù)建模。設(shè)計(jì)師不應(yīng)該將大量工作放在建模中，不能因?yàn)檐浖母糸u而不能產(chǎn)生一些精彩效果。這主要是BIM標(biāo)準(zhǔn)制定還處于初級(jí)階段，BIM理論和實(shí)施策略充滿不確定性。目前的BIM應(yīng)用的一大障礙就是數(shù)據(jù)互識(shí)，這牽涉到了投資方、設(shè)計(jì)方、施工方等多個(gè)行業(yè)參與者，都會(huì)在BIM標(biāo)準(zhǔn)的指引下進(jìn)入利益再分配的過(guò)程，因此建議國(guó)家有關(guān)部門開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂，打通軟件接口，方便用戶操作。

4.2 軟件本身有局限性

BIM初始應(yīng)用于房屋建筑工程，由于有的軟件主要應(yīng)用于建筑行業(yè)開發(fā)，而對(duì)于公路工程，其橋梁、隧道、涵洞比較多，軟件對(duì)中心線及參數(shù)化整體驅(qū)動(dòng)支持度不高，導(dǎo)致在建模過(guò)程中手段有限。而且公路行業(yè)非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件多，現(xiàn)有軟件沒(méi)有豐富的構(gòu)件庫(kù)，在建模初期絕大部分構(gòu)件要自己構(gòu)建，影響建模效率。要真正發(fā)揮BIM的特點(diǎn)，需要參數(shù)化構(gòu)件與模塊化組件的積累，形成可以供其他單位使用的企業(yè)級(jí)構(gòu)件庫(kù)，輕松實(shí)現(xiàn)整合模型和拆分模型。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合延崇高速公路工程建設(shè)中BIM的應(yīng)用為例，結(jié)合公路工程項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)BIM技術(shù)在公路工程建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行較為系統(tǒng)闡述，BIM技術(shù)可應(yīng)用于整個(gè)項(xiàng)目生命周期過(guò)程中，尤其在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程。通過(guò)各種技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立高精度的BIM模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程更加直觀、細(xì)致、深入的了解，更加高效率、直觀、便捷地了解工程細(xì)部特征屬性，協(xié)同多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域在同一平臺(tái)進(jìn)行整合，提前模擬項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況，項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中同步相關(guān)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)BIM模型與工程建設(shè)同步推進(jìn)，動(dòng)態(tài)變化，與工程造價(jià)軟件配合使用，可協(xié)助工程量管理，更好發(fā)揮了BIM模型在工程量計(jì)算及復(fù)核方面的實(shí)際價(jià)值。公路工程建設(shè)過(guò)程中，針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，深入研究應(yīng)用BIM技術(shù)，可更好地發(fā)揮BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)公路工程更加優(yōu)質(zhì)、高效、安全、環(huán)保建設(shè)完成的目的。