李廣合

（中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089）

一、引言

目前公路工程信息化水平較低，在建設(shè)過程中，各方產(chǎn)生的信息協(xié)同效果不明顯，而BIM技術(shù)為公路工程全生命周期信息化管理提供了有效載體。通過BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，在施工階段可以實(shí)現(xiàn)建造的構(gòu)件化精確管理，在運(yùn)維階段可以實(shí)現(xiàn)建筑物的智能化運(yùn)維及設(shè)施管理，同時(shí)，依托BIM模型，打破業(yè)主、設(shè)計(jì)方、施工方和運(yùn)維方的隔閡，實(shí)現(xiàn)基于BIM的全生命周期管理。

施工階段作為公路工程信息化建設(shè)的重要階段，通過BIM模型，精準(zhǔn)提取工程量，配合合理的工程合同、完善的組織設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的限額領(lǐng)料，可制定出合理的目標(biāo)成本，配以健全的目標(biāo)成本管理制度，可最大程度發(fā)揮BIM在成本管理上的優(yōu)勢(shì)。安全、質(zhì)量和進(jìn)度是施工過程中業(yè)主最關(guān)注的要素，BIM能夠最大化發(fā)揮其在精細(xì)管理中的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在施工過程中引入監(jiān)控監(jiān)測(cè)，方便業(yè)主及代建方提高建設(shè)管理效率。

本文以沈海高速公路?？诙螢槔瑢IM技術(shù)應(yīng)用到公路工程的施工階段，在道路建設(shè)過程中采用了參數(shù)化建模，對(duì)全線待建工程及施工方案進(jìn)行了碰撞檢測(cè)及優(yōu)化，并利用數(shù)字化手段對(duì)施工方案進(jìn)行了展示，同時(shí)基于BIM模型對(duì)涉鐵部位及改道部位制作場(chǎng)景模擬，有效提高了施工質(zhì)量和交付效果。

二、項(xiàng)目概況

沈海高速公路海口段是G15沈海高速、G75蘭海高速在海南的“最后一公里”，是海南省高速公路連接全國(guó)高速公路網(wǎng)的唯一通道。項(xiàng)目對(duì)推進(jìn)海南自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)和中國(guó)特色自由貿(mào)易港建設(shè)具有重要意義。本項(xiàng)目起點(diǎn)位于新海港區(qū)附近，起點(diǎn)接新海港區(qū)主車道，上跨濱海大道后南轉(zhuǎn)，沿既有粵海大道，疏港公路向南高架，穿火山口地質(zhì)公園，終點(diǎn)設(shè)置在G98環(huán)島高速公路以南約400m處，與美安科技新城內(nèi)部道路順接。

項(xiàng)目全長(zhǎng)13.727公里，特大橋梁6座，涵洞1道，共設(shè)置新海、海秀、椰海、美安4處樞紐互通；采用橋梁高架方式建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km；整體式路基寬度為33.5m；整幅式橋梁寬32.2m；分幅式橋梁2×16.25m；分離式橋梁16.25m；采用“代建+監(jiān)理”一體化建設(shè)模式；施工工期約2.5年。

三、BIM技術(shù)的具體應(yīng)用點(diǎn)

施工階段主流的BIM應(yīng)用分為兩類：第一類是與項(xiàng)目的整體進(jìn)度有關(guān)，包括縮短工期、降低工程造價(jià)、提升項(xiàng)目質(zhì)量等。第二類體現(xiàn)在項(xiàng)目單個(gè)任務(wù)的效率方面，可以通過模型提高施工圖的繪制效率、通過BIM在工程量方面的優(yōu)勢(shì)提高預(yù)算水平、通過對(duì)構(gòu)件的細(xì)化管理提高項(xiàng)目的監(jiān)控監(jiān)測(cè)。本文在沈海高速公路?？诙问┕ぶ校鶕?jù)項(xiàng)目自身特點(diǎn)，在參數(shù)化建模、施工方案優(yōu)化、進(jìn)度管理、監(jiān)控監(jiān)測(cè)等方面做了一些嘗試。

（一）參數(shù)化建模

參數(shù)化是指通過設(shè)置參數(shù)的形式在模型中建立各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)圖元之間的關(guān)系。參數(shù)化建模本質(zhì)是構(gòu)件的組合搭配，參數(shù)化建模相對(duì)于傳統(tǒng)建模有不少優(yōu)勢(shì)。比如通過修改參數(shù)值，平臺(tái)軟件快速、準(zhǔn)確編輯與生成一類虛擬構(gòu)件。另外，它還可以把構(gòu)件的詳細(xì)信息生成表格，方便算量與統(tǒng)計(jì)，可以大大提高與現(xiàn)場(chǎng)工程師的溝通效率。

1.平臺(tái)的選取

目前，國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院及施工單位的主流建模軟件為Auto Desk公司的Revit系列軟件；Bentley軟件公司的基于Micro Station的各專業(yè)產(chǎn)品；Dassault公司的Catia系列軟件。在沈海高速公路?？诙雾?xiàng)目中，主要采用了基于Micro Station平臺(tái)的Open Road Designer產(chǎn)品，針對(duì)橋梁及路面進(jìn)行了參數(shù)化建模的嘗試。

2.參數(shù)化庫

在沈海高速公路海口段項(xiàng)目中，針對(duì)路基、路面部分，首先，嚴(yán)格按路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖創(chuàng)建橫斷面參數(shù)化庫，包含路基路面結(jié)構(gòu)層、路緣石、綠化帶、填挖方邊坡等組件，建模過程利用參數(shù)化模板，拾取總體平面圖中的加寬邊線，在BIM模型中實(shí)現(xiàn)人行道的加寬。其次，對(duì)各式擋墻墻高、墻背坡率、趾寬、底寬等創(chuàng)建參數(shù)化庫，滿足建模中快速生成不同尺寸擋土墻要求。針對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建現(xiàn)澆連續(xù)梁參數(shù)庫和鋼箱梁模板庫，實(shí)現(xiàn)BIM快速建模。針對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建本項(xiàng)目專用的參數(shù)化庫，涵蓋柱式臺(tái)、肋板臺(tái)、扶壁臺(tái)、座板臺(tái)、U臺(tái)、柱式墩、薄壁墩、空心墩、實(shí)體墩、門式墩、花瓶墩、樁基與擴(kuò)大基礎(chǔ)、方形承臺(tái)、倒角承臺(tái)、鼓型承臺(tái)、框架承臺(tái)等類型。本項(xiàng)目主線橋墩、輔助墩、匝道橋墩總計(jì)約1000余個(gè)，通過總結(jié)橋墩的形式和變化規(guī)律，參數(shù)化橋墩15種，通過建立參數(shù)化庫，大大減少了建模過程中的重復(fù)輸入，提高了建模的效率，參數(shù)化庫界面如圖1所示。

圖1.參數(shù)化庫界面

3.碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目全線橋梁上部結(jié)構(gòu)包含小箱梁、現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、鋼混組合梁等形式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本文選取了具有代表性的新橫海路跨線橋第7聯(lián)鋼混組合梁進(jìn)行細(xì)化建模，如圖2所示，并進(jìn)行了碰撞檢測(cè)應(yīng)用，通過篩查軟件生成的近千個(gè)碰撞點(diǎn)，將碰撞結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)部門和施工單位，提前預(yù)判了碰撞問題，有效降低了施工成本。

圖2.新橫海路跨線橋第7聯(lián)鋼混組合梁細(xì)化建模圖

（二）施工方案優(yōu)化

利用BIM技術(shù)在方案展示中的優(yōu)勢(shì)，將3DMax與BIM模型進(jìn)行融合，彌補(bǔ)二維圖紙表達(dá)不清楚的缺陷。

1.場(chǎng)地布置

場(chǎng)地布置是在項(xiàng)目施工前，通過三維BIM模型和GIS底圖，精確模擬場(chǎng)地區(qū)位信息，如圖3所示。利用三維建模軟件的優(yōu)勢(shì)，直觀地提前預(yù)判場(chǎng)地布置的優(yōu)勢(shì)和不合理之處，合理分配施工要素的空間方位，優(yōu)化施工方案。

圖3.場(chǎng)地布置模擬

2.施工工藝模擬

利用真實(shí)尺寸的BIM模型，制作了橋梁移動(dòng)模架施工、下穿鐵路橋段施工、大體積承臺(tái)開挖施工等施工工藝模擬動(dòng)畫，可用來對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行綜合論證，以及可視化交底，如圖4所示。

圖4.施工工藝模擬

3.交通導(dǎo)改方案模擬

利用BIM模型模擬了美安互通施工期間的交通組織疏導(dǎo)方案，直觀展示施工期間的圍蔽結(jié)構(gòu)布設(shè)情況、規(guī)劃車流方向，模擬了導(dǎo)改方案實(shí)施全過程，有利于總承包部與交管部門進(jìn)行匯報(bào)溝通以及技術(shù)交底。交通導(dǎo)改方案模擬如圖5所示。

圖5.交通導(dǎo)改方案模擬

4.虛擬仿真模擬

基于游戲引擎開發(fā)了本項(xiàng)目的虛擬仿真空間，不借助第三方眼鏡，直接實(shí)現(xiàn)交互式三維漫游模擬場(chǎng)景。任何不熟悉現(xiàn)場(chǎng)的人員可自行控制漫游現(xiàn)場(chǎng)，身臨其境地查看道路及周邊場(chǎng)景，如圖6所示。

圖6.虛擬仿真模擬

（三）進(jìn)度管理

以4D方式形象地模擬施工進(jìn)度，便于管理人員組織決策，提高工作和溝通的效率，減少因交叉造成的工程返工，節(jié)約人力和物力。本項(xiàng)目因處于?？谑袇^(qū)，橋梁工程規(guī)模大、預(yù)制數(shù)量類型多，工期緊，任務(wù)重，交叉作業(yè)面多，管線復(fù)雜，施工組織復(fù)雜，安全生產(chǎn)壓力大。通過對(duì)P6進(jìn)度軟件與BIM構(gòu)件相掛接，并對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理。實(shí)現(xiàn)了基于B/S架構(gòu)的4D施工工序模擬，支持云端查看施工進(jìn)度及人員、資金調(diào)配曲線，有效控制施工工期及成本。

圖7.項(xiàng)目第5標(biāo)段控制性工程椰?；ネㄔ贫诉M(jìn)度展示

（四）監(jiān)控監(jiān)測(cè)

通過將BIM構(gòu)件與實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)和拌和站數(shù)據(jù)的在線監(jiān)控，實(shí)時(shí)把控超標(biāo)記錄。對(duì)試驗(yàn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)混凝土、鋼筋、水泥、砂漿等的不合格記錄基于構(gòu)件級(jí)的可追溯查詢；對(duì)于混凝土拌和站，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)分析。并實(shí)時(shí)將混凝土記錄與BIM構(gòu)件掛接，最大化實(shí)現(xiàn)BIM的價(jià)值。

四、結(jié)語

本文以沈海高速公路?？诙问┕るA段工程為例，證明了采用BIM技術(shù)后，可有效提升道路施工過程管理水平及技術(shù)交底效果；該技術(shù)能夠?qū)χ攸c(diǎn)部位進(jìn)行碰撞檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中的問題，大大減少施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)整，進(jìn)一步提高了施工效率；通過BIM技術(shù)可快速優(yōu)化方案，有效提升管理能力和管理水平，同時(shí)優(yōu)化了管理效率和管理流程，節(jié)省了工期，降低了施工成本；通過施工進(jìn)度模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的平面布置、施工組織、安全文明等易錯(cuò)點(diǎn)，進(jìn)而優(yōu)化場(chǎng)地平整方案，利用三維模型和視頻進(jìn)行技術(shù)交底，更為直觀、易懂。

總而言之，BIM平臺(tái)作為一個(gè)前瞻性技術(shù)平臺(tái)，能夠通過施工前的虛擬模型施工，有效避免施工中的沖突及碰撞問題，對(duì)施工企業(yè)來說具有革命性的突破，有著廣泛的應(yīng)用前景。