章紅斌

高速公路的建設是我國基礎建設中一項重要組成部分，如何提高對高速公路工程建設的管理是行業(yè)內(nèi)一直在思索的問題。而BIM技術是一種新興的計算機技術，通過構建工程信息數(shù)據(jù)庫與工程虛擬模型能優(yōu)化對高速公路機電工程施工的管理。本文以滁天高速項目為例，基于BIM技術中可視化、模擬性、協(xié)同性和兼容性的特點，探討了BIM技術在高速公路施工中的運用方式。

一、BIM技術概念簡述

BIM技術全稱為building Information modeling，即“建筑信息模型”。BIM技術通過電腦輔助設計軟件來搭建3D建筑模型，并通過數(shù)字化手段建立信息數(shù)據(jù)庫，讓建筑工程模型的各項信息與真實建筑工程信息保持一致。工程隊能通過BIM技術中的信息庫實時了解建筑工程幾何、空間運動狀態(tài)、材料屬性等信息，使建筑工程的信息集成化得到有效提高。而將BIM技術運用到高速公路建設工程中，能通過構建高速公路工程3D模型來對工程的施工計劃、施工進度、施工成本等方面進行管控，在保證工程施工質(zhì)量的同時，還能促進各施工部門間的協(xié)同作業(yè)，優(yōu)化施工流程，最終提高工程施工速度。

二、BIM技術特點

在傳統(tǒng)的高速公路建設工程管理中，管理者多是通過二維圖紙對工程的流程、進度與各項數(shù)據(jù)進行施工管控。即使在管理過程中使用到電腦技術，也多是應用于數(shù)據(jù)的分析與計算方面，這些數(shù)據(jù)最終還是以二維圖紙方式呈現(xiàn)。這種傳統(tǒng)的工程管理方式容易造成施工計劃與實際工程間的割裂，難以幫助工程管理人員實時把控工程細節(jié)，而BIM技術所具備的優(yōu)勢能滿足高速公路建設工程管理需要。

1. 可視化

如圖1所示，通過將建筑工程數(shù)據(jù)輸入BIM系統(tǒng)中，能使平面圖紙數(shù)據(jù)轉變成3D立體模型。3D立體模型相比平面圖紙更能保證建筑工程的合理性，并且能幫助管理者與項目方通過可視化的建筑模型直觀了解工程內(nèi)容，對工程各項數(shù)據(jù)進行有效分析。此外，當在3D模型的基礎上輸入相應的時間軸后，BIM系統(tǒng)可生成體現(xiàn)工程時間變化的4D模型，模擬工程在不同時間段的建設場景。4D模型可使管理者及項目方更好地管理工程施工進度，并在施工前對工程流程進行優(yōu)化。

圖1 高速公路3D模型

2. 模擬性

BIM技術的核心功能是建立與現(xiàn)實工程一致的信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫不僅能對建筑工程的各項數(shù)據(jù)進行綜合分析，還能通過改變工程內(nèi)部構造或屬性數(shù)據(jù)等方式對工程施工的效果進行模擬。如圖2所示，工程隊通過BIM技術的模擬功能，可提前檢測工程項目各環(huán)節(jié)是否合理且滿足工程要求，然后及時對施工方案中的不足進行修改，或找出工程實施的最優(yōu)方案，降低工程施工成本，保障工程施工質(zhì)量。

圖2 BIM技術工程模擬圖

3. 協(xié)同性

BIM技術本質(zhì)上是一個信息處理系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)的分流與集成，能提高工程隊各部門間的協(xié)同能力，使工程項目的管理更科學有效。例如，道路建設工程受施工現(xiàn)場環(huán)境影響大，當現(xiàn)場環(huán)境出現(xiàn)變化時，道路的施工設計也要隨之調(diào)整。如果使用傳統(tǒng)的項目管理方式，項目方就必須依次修改施工圖紙、通知施工隊員、重新商討施工方案等，修改過程中不可避免的會花費額外的人力、資金與時間成本。而BIM技術能讓工程數(shù)據(jù)在各方間實時傳遞，當施工技術人員將環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中后，工程設計師與其他負責人就能及時對施工方案進行修改，并將修改結果第一時間發(fā)送給現(xiàn)場施工人員。BIM技術對多方數(shù)據(jù)同步而高效的處理功能使部門間的合作溝通變得更便利，有效提高工程施工效率。

4. 兼容性

隨著工程信息技術的發(fā)展，在建筑工程施工中，工程隊往往會使用多種信息技術對工程項目展開測量。目前常見的工程文件格式以dwg、sat等為主，對工程數(shù)據(jù)進行整合時還會使用odbc或excel等程序。而BIM技術能兼容多種格式的文件，并能對不同類型的工程文件進行高效傳輸與交換，提高構建信息數(shù)據(jù)庫的效率，減少因文件格式不互通而重復處理計算數(shù)據(jù)的麻煩。

三、BIM技術在高速公路機電工程施工中的具體應用

1. 工程介紹

滁天高速項目路線起自來安縣水口鎮(zhèn)夾埂村，順接滁馬高速（滁州東樞紐）；向北跨越規(guī)劃的中央大道延伸線設置來安南互通，在玉代村西南側依次跨越規(guī)劃 F001、G345（原 S312），在玉代村北側與規(guī)劃的來六高速交叉，之后在仰山村西側繞過滁州市桃文化節(jié)景區(qū)，路線在長山林場北側下穿國道 G345，轉向東北展線，在南側避開長山峽谷漂流景區(qū)，于半塔鎮(zhèn)興隆鄉(xiāng)南上跨 G235 國道（原 S238 省道）設置半塔互通； 路線在釜山鎮(zhèn)南與 G25 長深高速交叉設置釜山樞紐互通，路線向東設置分離式立交上跨 G205；終點與宿揚高速連接設置鄭集樞紐。路線全長 67.135km。

2. 技術架構

由于項目工程情況復雜，為提高項目建設質(zhì)量，在項目建設過程中工程隊采取了多種BIM技術，并通過SpringBoot來架構數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)不同類型和格式間的數(shù)據(jù)互通，使工程各階段的系統(tǒng)數(shù)據(jù)能安全、有效、快捷的傳輸。在項目中具體應用的BIM技術如下：

（1）BIM建模技術

工程隊在項目中主要通過Autodesk軟件來建立BIM三維模型。首先，根據(jù)工程設計圖紙中的數(shù)據(jù)來分別建立工程各構件，并通過優(yōu)化渲染技術的方式來減小每個構件的體量，確保在BIM系統(tǒng)在運行中能保持流暢的速度，不會出現(xiàn)卡頓、穿?；驑嫾煨腿笔У那闆r。當各構件的三維模型建立完畢后，再將其進行一一拼配。最后將拼配好的模型導入到BIM系統(tǒng)中，構建相應的模型基礎。

（2）可視化技術

為實現(xiàn)BIM技術中可視化功能，搭建高速公路項目周邊的實景模型，使工程隊能更清晰地了解工程地區(qū)的地理環(huán)境、居民建筑、植被河流等分布情況，可搭建GIS數(shù)據(jù)平臺，依托WebGL技術對工程地區(qū)進行無人機航測，并對測量的數(shù)據(jù)與實景模型中的縱橫坐標進行統(tǒng)一，確保實景模型與現(xiàn)實情況相符。

（3）工程動態(tài)管理技術

BIM的工程動態(tài)管理系統(tǒng)主要包括施工動態(tài)管理、施工安全與沖突分析、施工過程模擬與優(yōu)化、施工碰撞與檢測四個子模塊。其系統(tǒng)的構造是基于BIM三維建筑信息數(shù)據(jù)庫及加入時間軸的4D建筑信息模型技術來實現(xiàn)。在該系統(tǒng)中，通過架構以瀏覽器（Browser）/服務器（Server）為基礎的內(nèi)網(wǎng)及以客戶機（Client）/服務器（Server）為基礎的外網(wǎng)使BIM數(shù)據(jù)庫中的資料能夠實時共享，最終為項目提供進度管理和智能決策的功能。例如，在4D施工動態(tài)管理模塊中，通過BIM技術收集現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)中的模擬功能對施工進度進行模擬，能幫助工程管理人員更改時間不合理的工期，把控每一階段的工程進度，進而提高工程施工的效率。

3. BIM技術具體應用

（1）BIM技術在機電工程策劃中的應用

在高速公路工程方案策劃的階段，通過將BIM技術與Infraworks軟件結合可構建工程地區(qū)周邊地理環(huán)境、居民建筑、植被河流模型，在模型構建過程中，要以施工區(qū)域內(nèi)的坡度、高程、流域數(shù)據(jù)為基礎。如圖3所示，通過參考高程數(shù)據(jù)信息，工程隊能夠利用BIM技術還原工程地區(qū)的原始地貌，使工程隊能夠深入了解施工現(xiàn)場實際地形，優(yōu)化項目策劃方案和機電設備布局方案。

圖3 利用BIM技術搭建工程三維模型

（2）BIM技術在公路布局中的應用

為確保高速公路的設計等級與設計時速符合工程標準，工程隊可依托BIM技術來優(yōu)化調(diào)整高速公路設計方案中的具體參數(shù)。例如，在設計高速公路的縱斷面時，設計方案必須依據(jù)地形充分考慮公路的排水和凈空問題，然后依照平曲面準則來控制公路的高程。此外，縱面的設計方案還必須要考慮道路交叉口的因素，通過BIM技術對現(xiàn)場工程數(shù)據(jù)進行分析，并使用Dynamo和RECIT軟件，參照曲面數(shù)據(jù)來對公路進行建模，降低高速公路道路交叉點和轉彎處等重點部分的設計難度。通過使用BIM技術將高速公路二維的場地圖紙轉換成可視化三維模型，根據(jù)施工計劃添加相應的時間軸，還能方便工程管理人員清晰的看到施工現(xiàn)場在不同時期的布局，合理布置機電設備的位置。

（3）BIM技術在管道碰撞檢測中的應用

道路線纜管布局方案是高速公路機電工程中的一項重點內(nèi)容，而BIM技術能夠幫助工程隊優(yōu)化線纜管的布局方案。在設計布局時，通過在設計圖中標準線纜管的裝配位置，包括管道的起始點、關鍵節(jié)點和中心線等，然后運用BIM技術優(yōu)化線纜管的配置方案。此外，管道的碰撞情況容易在高速公路機電工程施工中出現(xiàn)，而BIM技術能對線纜管工中可能出現(xiàn)的碰撞風險進行管控。通過輸入線纜管數(shù)據(jù)信息建立三維模型，能直觀地觀測線纜管系統(tǒng)中的各區(qū)域與各部分之間是否存在設計上的沖突，利用BIM技術對管線管網(wǎng)布局進行沖突檢測和碰撞檢測，盡可能的優(yōu)化管道布局，保障工程質(zhì)量。

（4）BIM技術在機電設備施工中的應用

BIM技術可將二維設計圖紙導出成三維施工效果圖，對高速公路中的監(jiān)控設備、收費設備和通信設備等進行分類標注，并可通過BIM系統(tǒng)對公路中的機電設備進行全方位的瀏覽，深入了解施工信息。例如，在進行高速公路光纜安裝時，工程隊先通過BIM三維模型中篩選出涉及光纜安裝的構件，對它們進行標注。然后通過將光纜配盤、光纜敷設、光纜接續(xù)和接地、光纜成端與配線架安裝接線、光纜標識安裝這5個步驟預設成5種顏色，讓它們在BIM系統(tǒng)中分別顯示，能使工程隊通過系統(tǒng)直觀地把控光纜安裝的全過程。提高光纜安裝工作的效率。

（5）BIM技術在機電設備管理中的應用

通過BIM的數(shù)據(jù)資料庫，工程隊可線上查看機電工程相關設備的品牌信息、造價、所在位置、計劃完工時間等信息，能有效幫助施工人員快速定位某一機電設備。在對機電設備進行使用測試時，BIM系統(tǒng)還能自動生成測試與維護計劃，合理安排機電設備測試時間。當檢測人員發(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)問題后，也可通過BIM技術快速對設備的問題進行登記。在故障登記后，BIM系統(tǒng)會自動派發(fā)故障數(shù)據(jù)給維修人員，并將設備的構件圖紙、產(chǎn)品信息、維修資料等同步提供給維修人員，方便人員進行維修。在維修完成后，BIM系統(tǒng)還會自動生成維修記錄，對設備故障情況進行整理，方便開展機電設備后續(xù)的管理工作。

四、結語

BIM技術是一種基于數(shù)據(jù)整合和三維模型建立的新興建筑信息模型分析技術，其可視化、模擬性、協(xié)同性和兼容性的優(yōu)點符合高速公路機電工程施工的需要。在高速公路機電工程施工中應用BIM技術，能有效優(yōu)化施工方案、降低施工成本，并提高工程管理人員對于施工過程中的工程進度、工程質(zhì)量、工程安全與工程資料的管理效率，為高速公路機電工程施工管理提供更好的支持。