彭欣 梁才

文章以在建的都安至巴馬高速公路應(yīng)用為例，從勘察設(shè)計、建設(shè)過程管理以及數(shù)字化運維三個方面提出了應(yīng)用BIM技術(shù)提升公路品質(zhì)工程的思路和具體舉措，并闡述了數(shù)字化公路品質(zhì)工程建設(shè)保障措施，為公路工程建設(shè)各相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)BIM應(yīng)用并推動公路品質(zhì)工程建設(shè)提供了解決方案。

公路;BIM;工程數(shù)字化;品質(zhì)工程

U491-A-41-143-4

0?引言

“品質(zhì)工程”新理念是2015年提出并于2016年12月由交通運輸部正式發(fā)布實施的。品質(zhì)工程建設(shè)以五大新發(fā)展理念為基礎(chǔ)，這與以BIM技術(shù)為代表的工程數(shù)字化發(fā)展理念是一致的。工程數(shù)字化技術(shù)作為工程建設(shè)行業(yè)供給側(cè)改革的一項重要技術(shù)，是交通工程建設(shè)管理的一項重要抓手，其推廣應(yīng)用將有效提高工程項目建設(shè)的設(shè)計、施工、運維管理的水平，對于提升公路工程設(shè)計和建造各環(huán)節(jié)的品質(zhì)具有重要作用。BIM技術(shù)作為工程數(shù)字化大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，對于推動區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，促進北部灣經(jīng)濟區(qū)融合發(fā)展也具有重要意義。

1?工程數(shù)字化技術(shù)在都安至巴馬高速公路品質(zhì)工程建設(shè)中的應(yīng)用

1.1?項目背景

都安至巴馬高速公路是廣西實施“縣縣通高速”的重點項目，也是廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃“橫三”的重要組成部分。項目貫穿桂林國際旅游勝地、巴馬長壽養(yǎng)生國際旅游區(qū)，是廣西東西向重要的公路通道之一，也是廣西中西部地區(qū)及我國西部地區(qū)接受發(fā)達東部地區(qū)經(jīng)濟輻射的重要通道。項目主線全長119.4 km，設(shè)置互通式立交7處。由于項目地處喀斯特巖溶地帶，山體自然坡度陡，地下河密布，地質(zhì)條件復(fù)雜，橋隧比例高（47%），長隧道、高墩斜彎橋較多，是廣西建設(shè)難度最大的高速公路項目之一。

為了提升項目設(shè)計和建設(shè)管理水平，都安至巴馬高速公路已列為廣西公路水運工程首批BIM技術(shù)應(yīng)用示范項目，已完成項目BIM應(yīng)用策劃、方案設(shè)計和施工圖設(shè)計各階段BIM應(yīng)用，并已在施工階段開展基于BIM的項目建設(shè)管理。項目BIM應(yīng)用對提高設(shè)計和施工過程管控積累了一定的經(jīng)驗，成果將進一步為后期項目運營管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐，進而打造項目全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用示范。

1.2?設(shè)計BIM技術(shù)提升公路勘察設(shè)計品質(zhì)

項目設(shè)計前期的設(shè)計成果是影響整個項目投資和施工質(zhì)量的關(guān)鍵，項目的前期決策和設(shè)計階段對項目的成本控制能力也是最大的。利用BIM技術(shù)在項目勘察設(shè)計階段做好充分的工作，盡量減少施工和后期運營中存在的問題，對整個項目品質(zhì)提升能起到關(guān)鍵作用。

1.2.1?三維數(shù)字化勘測提高勘測效率和精度

傳統(tǒng)的公路項目路線長，勘測精度要求更高，時間要求更緊，常常出現(xiàn)因勘察深度不足、勘測誤差較大而導(dǎo)致設(shè)計變更的情況。要提高公路項目勘測的管理水平和作業(yè)的現(xiàn)代化水平，需要采用新的勘察技術(shù)手段。隨著無人機傾斜攝影以及機載激光雷達測量技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化勘察已經(jīng)成為一種高效的測量手段。項目將無人機測繪得到的三維地形結(jié)合BIM技術(shù)進行全線三維實景建模，建立三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)對公路沿線地貌和地質(zhì)情況的全方位數(shù)字集成管理，為實現(xiàn)公路勘測技術(shù)的數(shù)字化、信息化、自動化和智能化發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見圖1）。

1.2.2?三維方案設(shè)計提高方案分析和決策能力

方案設(shè)計對整個項目的投資和后期實施影響最為深遠。其中一個重要問題就是如何選擇合理的道路線形，既要保證線形的美觀及與環(huán)境的匹配性，又要符合地質(zhì)要求，并盡量降低工程造價。在使用傳統(tǒng)CAD技術(shù)進行設(shè)計時，難以綜合處理如此復(fù)雜的問題，常常碰到因考慮因素不足而導(dǎo)致線形設(shè)計不完全合理的情況，即使前期發(fā)現(xiàn)并及時設(shè)計調(diào)整也使后續(xù)其他專業(yè)的修改工作量增大。而BIM技術(shù)完全基于三維模型，具有完整的工程信息，能夠準確地、真實地表現(xiàn)工程設(shè)計對象，并且具有在真實三維空間環(huán)境下的計算分析能力，利用三維GIS能建立具有地質(zhì)信息的空間地形信息模型。因此，基于BIM和GIS技術(shù)，利用其優(yōu)秀的表現(xiàn)能力和計算分析能力，可以較好地解決道路線形的選擇及評價優(yōu)化問題，可以通過應(yīng)用BIM技術(shù)對公路路線、橋梁、隧道、景觀和附屬設(shè)施等設(shè)計方案進行多角度、多方面的對比和分析，以保證設(shè)計方案的安全、經(jīng)濟、美觀、實用（見圖2）。

1.2.3?基于BIM的協(xié)同設(shè)計減少對接不暢導(dǎo)致的質(zhì)量問題

傳統(tǒng)設(shè)計過程中信息傳遞的丟失、滯后是導(dǎo)致設(shè)計質(zhì)量問題的一大因素。基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過BIM云服務(wù)器、BIM應(yīng)用終端、BIM移動工作站、圖形工作站、手持移動終端等設(shè)備構(gòu)建BIM云平臺協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，可以使不同專業(yè)的設(shè)計人員基于同一個模型和平臺開展工作，實現(xiàn)高效和實時的信息對接。項目使用基于ProjectWise協(xié)同平臺開展各專業(yè)設(shè)計人員的三維設(shè)計和協(xié)同，不僅完整地覆蓋所有設(shè)計專業(yè)，同時貫穿建設(shè)項目設(shè)計的全過程，能保證信息的實時傳遞和無縫對接，提高設(shè)計信息流轉(zhuǎn)效率（見圖3）。

1.2.4?三維設(shè)計校審減少設(shè)計錯漏碰缺

在設(shè)計過程中基于BIM模型進行設(shè)計校審以及三維協(xié)同會簽評審，可以實現(xiàn)校審流程的數(shù)字化管理，保證校審過程的全信息記錄和傳達。在施工圖的詳細設(shè)計階段，還可以采用基于數(shù)字技術(shù)的三維可視化、碰撞檢查、4D施工模擬等技術(shù)手段，幫助深化設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計碰撞、凈空不足等問題，減少現(xiàn)場返工次數(shù)，從而有效減少資源浪費，并且快速統(tǒng)計工程量，減少建設(shè)資源浪費，提高設(shè)計質(zhì)量（見圖4）。

1.3?建設(shè)過程數(shù)字化管理

傳統(tǒng)的施工管理過程中暴露出來的由于圖紙問題和進度計劃調(diào)整等原因，致使出現(xiàn)項目不能及時完工、資源需求計劃不準確、工程二次返工、成本管理混亂等問題，主要是因為管理人員通過二維數(shù)據(jù)傳遞，依靠經(jīng)驗進行交流與管理。本項目采用基于BIM的工程數(shù)字化技術(shù)對項目建設(shè)過程進行精細化管理，能有效地提高成本和質(zhì)量等工程項目水平，并為進一步延伸推廣到項目全生命周期管理提供了數(shù)字資料基礎(chǔ)。

1.3.1?BIM數(shù)字化技術(shù)提高施工仿真和優(yōu)化效率

采用BIM技術(shù)對公路建設(shè)進行仿真模擬，相比傳統(tǒng)的方式，可以模擬更加真實的地理和地質(zhì)環(huán)境，基于數(shù)字孿生技術(shù)對重要節(jié)點的主要施工工藝進行虛擬建造仿真模擬，可以對真實建造過程中潛在的問題進行提前預(yù)判并在設(shè)計前期進行優(yōu)化，從而減少后期施工中可能發(fā)生的隱患。本項目通過三維數(shù)字化技術(shù)對隧道洞口、預(yù)制梁廠、加工場、取棄土場等進行了空間布置模擬，實現(xiàn)在真實環(huán)境下對施工場地的合理規(guī)劃和集成化管理，為減少施工用地、實現(xiàn)現(xiàn)場運輸?shù)缆吠〞程峁┝擞辛ΡＵ希ㄒ妶D5）。

1.3.2?數(shù)字化管理提高施工過程的資源管控

由于項目規(guī)模大，施工過程中設(shè)計的參與方眾多，建設(shè)過程會產(chǎn)生大量的文檔和資料。傳統(tǒng)的施工過程管理基于紙質(zhì)文檔或者在線辦公管理系統(tǒng)，管理的文檔和資源無法和實際工程項目形成有效的關(guān)聯(lián)，常常導(dǎo)致管理資料與實際工程不匹配，出現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改以及不真實的數(shù)據(jù);施工物料的統(tǒng)籌管控力度不足，難以形成最優(yōu)的物料和場地規(guī)劃管理;施工計劃方案變更等信息難以及時傳遞到各個崗位，無法通過三維可視化進行直觀展示等。項目施工過程中，施工方基于BIM數(shù)字孿生模型對整個施工過程中的質(zhì)量、進度、安全、成本等進行全過程管控，使施工過程的資源管理與數(shù)字模型實施關(guān)聯(lián)，通過數(shù)字模型來提前預(yù)判實際工程中可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)，并且追溯各種質(zhì)量問題以及資金流情況，從而有效提高施工過程的資源管控（見圖6）。

1.3.3?數(shù)字化交付提升項目竣工交付成果

在項目竣工交付階段，應(yīng)用基于數(shù)字化的交付成果進行項目施工質(zhì)量復(fù)核，并基于BIM數(shù)字化成果開展竣工結(jié)算，能夠提高項目竣工結(jié)算的效率和準確性?；跀?shù)字化的竣工交付成果，可以提供項目設(shè)計和施工全過程的統(tǒng)一信息和數(shù)據(jù)庫，并與BIM可視化模型進行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，為業(yè)主后期運維提供更加豐富和準確的信息。

1.4?基于BIM和大數(shù)據(jù)的運維管理

通常公路項目運維階段的信息量非常大，管理工作復(fù)雜。傳統(tǒng)的管理方式主要是人工管理，缺乏高效的資料存儲和查詢機制，常常造成資料缺失、傳遞不及時、查找和分析不方便等問題，無法對資料進行統(tǒng)一和高效的管理。而采用基于BIM和大數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理，建立項目建設(shè)全過程數(shù)據(jù)庫，可使建設(shè)過程的資料得以進行集中分類存儲并與模型掛接。同時可通過數(shù)據(jù)存儲機制保留建設(shè)過程中產(chǎn)生的海量資料，追蹤資料存儲位置和資料變更過程，并采用計算機檢索技術(shù)對資料進行快捷查找。在施工過程中建立項目建設(shè)數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)全過程的資料管理。

通過進一步將BIM技術(shù)、GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合起來，利用移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供道路交通設(shè)施狀態(tài)、公路環(huán)境氣象狀況等數(shù)據(jù)，可形成基于BIM和大數(shù)據(jù)的數(shù)字化資產(chǎn)和運維管理系統(tǒng)。將其接入到項目建設(shè)單位的養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)養(yǎng)護大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一平臺存儲、管理、交換共享、分析和應(yīng)用集成，為養(yǎng)護決策部門提供決策依據(jù)，提升養(yǎng)護決策的科學(xué)性和合理性（見圖7）。

1.5?項目數(shù)字化品質(zhì)工程建設(shè)保障措施

1.5.1?加強組織領(lǐng)導(dǎo)，組建數(shù)字化實施團隊

由于項目建設(shè)以及數(shù)字化實施過程中涉及的參與方較多，為統(tǒng)一管理安排、規(guī)范各參與方實施標準和流程，實現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)在本項目全生命周期中集成應(yīng)用，有必要在項目設(shè)計前期制定一個切實可行的方案，確立BIM組織實施團隊。本項目在設(shè)計前期編制了項目《品質(zhì)工程創(chuàng)建示范項目實施方案》和《BIM技術(shù)在設(shè)計、施工、運維階段全壽命周期過程的探索應(yīng)用攻關(guān)行動實施方案》以及其他相應(yīng)的實施方案，成立了項目BIM組織實施團隊，并從設(shè)計前期開始協(xié)調(diào)管理整個工程參與單位的BIM系統(tǒng)建立、實施等一系列工作，明確了各組織機構(gòu)的責任和目標，以保證BIM技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)籌工作的順暢。

1.5.2?專項資金保障

項目將采用BIM技術(shù)增加的工程造價計入項目建設(shè)成本，安排專項財政資金，用于工程技術(shù)人才培養(yǎng)及基于BIM系統(tǒng)管理平臺的建設(shè)、正常運行和后期升級改造等工作。

1.5.3?建立BIM實施流程和標準

在項目前期制定了統(tǒng)一的工作流程和標準，對項目的BIM應(yīng)用進行整體的管理和控制，明確BIM應(yīng)用點與各主要階段BIM技術(shù)應(yīng)用的工作內(nèi)容，編制了項目《BIM協(xié)同設(shè)計規(guī)程》，制定項目級BIM 實施標準，指導(dǎo)和規(guī)范該項目各參與方在 BIM 實施過程中的模型命名、權(quán)限設(shè)定、對象參數(shù)化、協(xié)同設(shè)計、模型應(yīng)用、模型深化等技術(shù)方法及流程，提高項目各參與方的 BIM 實施效率（見圖8）。

1.5.4?建立BIM成果審查機制

由項目BIM攻關(guān)行動組組織對各階段各參與方的 BIM 成果進行審查，主要工作內(nèi)容包括模型與圖紙的一致性、模型的創(chuàng)建是否滿足相關(guān)BIM標準等。完成項目BIM 成果審查表并提交給相關(guān)單位進行整改，整改完后再進行復(fù)審，直至意見處理完畢。

2?結(jié)語

品質(zhì)工程是公路建設(shè)工作者在今后一段時間內(nèi)需要不斷努力并長期堅持發(fā)展的工作方向，而加強技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，提升項目勘察設(shè)計過程的科技

含量，是實現(xiàn)品質(zhì)工程的重要途徑。以BIM技術(shù)為代表的工程數(shù)字化技術(shù)的研究和應(yīng)用，將成為公路品質(zhì)工程建設(shè)的重要抓手。本文以在建的都安至巴馬高速公路為例，對在公路項目建設(shè)中如何利用數(shù)字化技術(shù)來解決設(shè)計和施工過程中存在的問題，提高公路工程建設(shè)品質(zhì)，促進項目建、管、養(yǎng)的一體化提供了借鑒。BIM這種新的理論、技術(shù)和管理模式在不久的將來一定會對整個交通行業(yè)的生產(chǎn)方式產(chǎn)生重大影響，驅(qū)動公路項目建設(shè)以及整個行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

參考文獻：

[1]Department of Transport and Main Roads（Queensland Government）.Building Information Modeling （BIM） for Transport and Main Roads[S].2017.

[2]梁?才，覃延春.BIM技術(shù)在公路方案設(shè)計中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018（3）：89-91.

[3]張?磊.建管養(yǎng)一體化數(shù)字高速[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2011（S1）：146-148，153.

[4]Zhang Jianping， Hu Zhenzhong.BIM-and-4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction： 1.principles and methodologies[J].Automation in Construction， 2011（20）：155-166.