曹增茂 鄒金鵬 周 明 麻 壯 白 杰

（中交第一航務(wù)工程局有限公司總承包分公司， 天津 300450）

0 引言

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術(shù)，指的是包含建筑物全部信息的模型系統(tǒng)，在建筑物設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)、管理的全生命周期發(fā)揮作用。近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用的熱度升高，可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，BIM技術(shù)將會(huì)成為企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前，公路行業(yè)由于自身特性限制，使得BIM系統(tǒng)的應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用較少。在國(guó)內(nèi)，于2014年首次將BIM系統(tǒng)應(yīng)用于邢汾高速建設(shè)管理中，但遠(yuǎn)未達(dá)到成熟、廣泛的應(yīng)用程度。

為緊跟前沿技術(shù)，提升管理水平，分公司技術(shù)研發(fā)中心將BIM技術(shù)作為一項(xiàng)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容。以廣西貴隆高速公路A02標(biāo)段作為BIM技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，通過(guò)研究BIM技術(shù)在高速公路施工生產(chǎn)階段的應(yīng)用，利用 “互聯(lián)網(wǎng)+”概念，整合各業(yè)務(wù)施工信息資源，建立BIM交互平臺(tái)，以更快捷、更高效的管理手段進(jìn)行高速公路施工管理。通過(guò)BIM技術(shù)的引進(jìn)，結(jié)合傳統(tǒng)管理方法，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，提升企業(yè)品牌競(jìng)爭(zhēng)力。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

針對(duì)高速公路點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)的特點(diǎn)和項(xiàng)目實(shí)際需求，研究多細(xì)度BIM施工模型以及相應(yīng)的多層次4D或5D施工管理技術(shù)，引進(jìn)市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛的BIM施工管理平臺(tái)軟件，在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)基于BIM的施工管理系統(tǒng)，通過(guò)建立不同細(xì)度的BIM施工模型，實(shí)現(xiàn)基于BIM的宏觀(guān)與微觀(guān)的多層次4D或5D施工管理和可視化模擬，為分公司高速公路工程建設(shè)的BIM技術(shù)應(yīng)用提供方法、技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用示范。

2 BIM 應(yīng)用前期準(zhǔn)備

2.1 團(tuán)隊(duì)組建

在項(xiàng)目上成立 BIM 工作室，組建 BIM 工作組，明確成員分工、任務(wù)目標(biāo)及工作計(jì)劃等,定期召開(kāi)工作會(huì)，協(xié)調(diào)布置工作。

圖2 -1 BIM小組成員分工

2.2 軟硬件配置

升級(jí)硬件條件，選定專(zhuān)用電腦作為服務(wù)器。通過(guò)調(diào)研確定使用 Infraworks 2018配合Civil 3D 2017進(jìn)行道路建模、路基附屬工程建模及相關(guān)優(yōu)化；使用Revit 2017創(chuàng)建橋梁場(chǎng)站模型；使用 Navisworks 2017 進(jìn)行模型整合、施工模擬、演示；使用Luban Explorer 7.3.0 作為 BIM 項(xiàng)目協(xié)作管理平臺(tái)。

2.3 確定協(xié)同工作方式

在項(xiàng)目實(shí)施前期，為統(tǒng)一實(shí)施管理，制定建模的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，確定建模計(jì)劃。在建模階段，BIM小組成員根據(jù)不同分工進(jìn)行協(xié)同建模，過(guò)程中，由項(xiàng)目總工組織召開(kāi)BIM工作例會(huì)，各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)施工人員、各部門(mén)人員，基于創(chuàng)建的BIM模型開(kāi)展討論，以實(shí)際應(yīng)用為先導(dǎo)，進(jìn)行BIM模型的優(yōu)化開(kāi)發(fā)，借助工程可視化商討優(yōu)化施工方案。

3 BIM應(yīng)用

3.1 道路模型創(chuàng)建

3.1.1 獲取地形和影像數(shù)據(jù)

公路行業(yè)是帶狀形式，涉及地形問(wèn)題，如果沒(méi)有地形，道路就會(huì)漂浮在空中，不符合實(shí)際情況，所以地形是道路 BIM 的重中之重。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的圖紙及CAD地形圖、平面圖等，搜集項(xiàng)目所在地相應(yīng)地形影像資料。我們將帶有高程點(diǎn)的地形數(shù)據(jù)和帶有坐標(biāo)的影像數(shù)據(jù)疊加在一起，形成 GIS 地形數(shù)據(jù)。

圖3 -1 地形數(shù)據(jù)三角網(wǎng)地模及地形影像

圖3 -2 Civil 3D 高邊坡精細(xì)模型

3.2 Revit 創(chuàng)建橋梁場(chǎng)站模型

3.2.1 創(chuàng)建族庫(kù)

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)圖紙，利用Revit軟件創(chuàng)建樁基、系梁、墩柱、蓋梁、預(yù)制箱梁等的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，特異構(gòu)件單獨(dú)創(chuàng)建。搜集創(chuàng)建場(chǎng)站構(gòu)件單元，例如：箱梁模板、攪拌站罐體、砼罐車(chē)、標(biāo)牌、鋼筋加工機(jī)具，龍門(mén)吊等，共同組成本項(xiàng)目的共享族庫(kù)。

圖3 -3 預(yù)制箱梁構(gòu)件單元?jiǎng)?chuàng)建

圖3 -4 互通主線(xiàn)2號(hào)橋整體模型

3.2.3 創(chuàng)建場(chǎng)站模型

根據(jù)族庫(kù)文件、現(xiàn)場(chǎng)照片及場(chǎng)站規(guī)劃建設(shè)方案，用Revit翻模形成預(yù)制梁場(chǎng)、混凝土攪拌站的三維精細(xì)模型，在計(jì)算機(jī)上真實(shí)立體呈現(xiàn)。給人以直觀(guān)視覺(jué)印象，更好的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)。

圖3 -5 混凝土攪拌站及預(yù)制場(chǎng)內(nèi)景模型

3.3 Infarworks 生成效果圖

將 Revit橋梁、場(chǎng)站模型以及 Civil 3D道路模型導(dǎo)入到 Infarworks，同時(shí)將周邊的地形、影像也導(dǎo)入到 Infarworks中，模擬道路施工完成后的整體情況，更直觀(guān)的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)。

圖3 -6 貴港北互通立交及路基邊坡效果圖

3.4 Navisworks 施工進(jìn)度模擬

將編制好的進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入 Navisworks，然后將各個(gè)分項(xiàng)工程的進(jìn)度計(jì)劃與三維模型關(guān)聯(lián)，建立具有邏輯關(guān)系的進(jìn)度計(jì)劃，形成4D模型。施工過(guò)程中，記錄每個(gè)分項(xiàng)的實(shí)際完成情況，與計(jì)劃進(jìn)度做對(duì)比，為后續(xù)工序的調(diào)整提供有效的依據(jù)。在 4D 模擬過(guò)程中，管理人員可以清楚地看到每一天的施工進(jìn)度情況，當(dāng)計(jì)劃改變時(shí)，僅對(duì)當(dāng)前工序構(gòu)件工期修改，后續(xù)工序工期會(huì)根據(jù)絕對(duì)工期隨之自動(dòng)改變，進(jìn)而可以直觀(guān)反映當(dāng)前計(jì)劃調(diào)整對(duì)總工期的影響。

圖3 -7 互通主線(xiàn)2號(hào)橋施工計(jì)劃模擬

3.5 luban 平臺(tái)應(yīng)用

將建立好的三維模型導(dǎo)入luban平臺(tái)中，各點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)施工員通過(guò)luban平臺(tái)實(shí)時(shí)更新現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，各部門(mén)通過(guò)使用luban平臺(tái)對(duì)工程動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)掌握，可準(zhǔn)確快速梳理出各類(lèi)報(bào)表、材料使用量、庫(kù)存剩余量、完成產(chǎn)值等相關(guān)信息，極大地節(jié)約了管理成本，提高了管理質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理工作集約化、信息化。

4 應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)

4.1 圖紙復(fù)核及設(shè)計(jì)優(yōu)化

設(shè)計(jì)圖紙的復(fù)核是一項(xiàng)非常重要的工作，由于工作認(rèn)真細(xì)致程度及責(zé)任心的問(wèn)題，往往出現(xiàn)一些遺漏。利用BIM技術(shù)，在建立三維精細(xì)模型過(guò)程中，即對(duì)施工圖進(jìn)行了可視化復(fù)核，可直觀(guān)的發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題，還可根據(jù)地形空間信息結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，極大地避免了因設(shè)計(jì)變更影響工期的風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目建模過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)了多處橋梁標(biāo)高及坐標(biāo)錯(cuò)誤，借助模型可視化模擬，提出了部分涵洞、天橋優(yōu)化建議。

4.2 高邊坡精細(xì)控制及土石方計(jì)算

本項(xiàng)目有高邊坡 7處，傳統(tǒng)高邊坡刷坡過(guò)程中，常發(fā)生超挖、欠挖等現(xiàn)象，且刷坡坡比、精度等問(wèn)題較難控制。我們通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)采集，形成 GIS地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM道路模型中，快速拾取空間控制坐標(biāo)，實(shí)行定期更新，事前模擬，作為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工有效控制手段。

同時(shí)，引進(jìn)基于DEM土石方量計(jì)算思想，通過(guò)使用道路模型與原地貌GIS信息數(shù)據(jù)對(duì)比做差，快速計(jì)算土石方量，尋求更快速的現(xiàn)場(chǎng)路基土石方量復(fù)核方式。

4.3 施工方案模擬優(yōu)化

現(xiàn)階段施工方案大多依據(jù)二維圖紙編制，空間描述性不足，實(shí)施過(guò)程中常發(fā)生無(wú)法預(yù)期的空間沖突，造成方案變更和工期延后。據(jù)此，我們利用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制箱梁施工進(jìn)行了動(dòng)畫(huà)模擬，規(guī)范了施工工藝。同時(shí)，使用Grasshopper自行開(kāi)發(fā)程序，動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)拆遷、占地信息，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整路線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，篩選出一條占用建筑、林地、耕地面積最少的運(yùn)梁路線(xiàn)，從而提前布置征拆工作。利用Vehicle tracking對(duì)所選運(yùn)梁路徑進(jìn)行模擬，對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行優(yōu)化分析，出具合理的運(yùn)梁方案。

圖4 -1運(yùn)梁路線(xiàn)選擇及轉(zhuǎn)彎半徑優(yōu)化

4.4 “互聯(lián)網(wǎng)+”概念應(yīng)用

4.4.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)歸集

公路項(xiàng)目特點(diǎn)是線(xiàn)路長(zhǎng)、施工點(diǎn)位多，每日需統(tǒng)計(jì)的信息及定期報(bào)表紛繁復(fù)雜，管理人員統(tǒng)計(jì)信息不及時(shí)，耗時(shí)長(zhǎng)且無(wú)法保證準(zhǔn)確率，對(duì)下一步施工安排無(wú)法提供有力依據(jù)。我們通過(guò)將BIM模型導(dǎo)入luban平臺(tái)，同時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員安裝手機(jī)端 App，統(tǒng)計(jì)人員每日在電腦端一鍵式完成每日統(tǒng)計(jì)，極大地節(jié)約了時(shí)間和管理成本。

4.4.2 無(wú)紙化辦公

利用BIM技術(shù)，推行無(wú)紙化管理，為每位施工人員安裝Luban手機(jī)App后，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)快捷便利優(yōu)勢(shì)，把施工方案、圖紙、技術(shù)交底、工程量統(tǒng)計(jì)表等上傳至平臺(tái)共享，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)查詢(xún)，方便快捷，節(jié)約成本，解決了因技術(shù)資料攜帶不全，施工疑問(wèn)解決遲滯現(xiàn)象。

4.4.3 提高問(wèn)題處理效率

傳統(tǒng)模式下，現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量等問(wèn)題整改通常會(huì)有如下流程：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題→下整改通知單→協(xié)作隊(duì)伍到項(xiàng)目部簽收→現(xiàn)場(chǎng)整改→拍照回復(fù)→下發(fā)單位簽收閉合。通常形成一個(gè)閉合流程最快也要1至2天，甚至更長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

通過(guò)使用BIM平臺(tái)系統(tǒng)，檢查人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，直接拍照下發(fā)至責(zé)任人，并推送通知，現(xiàn)場(chǎng)人員查看手機(jī)端消息可立即組織現(xiàn)場(chǎng)整改并回復(fù)。整個(gè)過(guò)程均為平臺(tái)實(shí)時(shí)互動(dòng)操作，既保證管理行為真實(shí)有效，公開(kāi)公正，又簡(jiǎn)化了流程，提高了施工效率。

圖4 -2 Luban平臺(tái)實(shí)時(shí)處理問(wèn)題

4.5 資料集約管理

傳統(tǒng)管理模式下，項(xiàng)目在實(shí)施的全過(guò)程中，各個(gè)環(huán)節(jié)的獨(dú)立性較大，信息在流通時(shí)將不可避免的造成一些損失。基于以上考慮，利用BIM技術(shù)，建立BIM大數(shù)據(jù)，項(xiàng)目施工各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，都圍繞著B(niǎo)IM大數(shù)據(jù)開(kāi)展，各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，都將保存在 BIM 大數(shù)據(jù)庫(kù)中，資料集中，查詢(xún)便利，這樣就可以最大限度的減少信息丟失。

5 總結(jié)

5.1 標(biāo)準(zhǔn)化的建立與執(zhí)行

通過(guò)參觀(guān)業(yè)界內(nèi)較為權(quán)威的機(jī)構(gòu)論壇，學(xué)習(xí)、借鑒BIM領(lǐng)域內(nèi)一些經(jīng)典項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況制定了一套適用于本項(xiàng)目的BIM執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，利用參數(shù)化建模的方式創(chuàng)建模型，同時(shí)在建模過(guò)程中反復(fù)摸索，總結(jié)完善本項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。將建立好的模型錄入標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，作為共享資源，可直接調(diào)取、使用，以提高工作效率，加速建模速度。

5.2 BIM 創(chuàng)新與研究

把貴隆項(xiàng)目作為試點(diǎn)進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用，培養(yǎng)了小組成員對(duì)新技術(shù)的熱愛(ài)，拓寬了管理思維，創(chuàng)新應(yīng)用了一批新的管理方式。通過(guò)小組成員對(duì) BIM 技術(shù)的不斷深入研究，多次進(jìn)行 BIM 頭腦風(fēng)暴，桌面推演，并通過(guò)一次次試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了“一套集成模型、一個(gè)共用平臺(tái)，服務(wù)多個(gè)部門(mén)”的想法。

5.3 強(qiáng)化技術(shù)儲(chǔ)備

軟件操作熟練度不足，技術(shù)力量薄弱，是制約本項(xiàng)目BIM技術(shù)研究的主要因素。因是獨(dú)立的施工階段研究，前期建模，需花費(fèi)很大時(shí)間精力，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)階段的缺失，軟件的熟練度也需要大量的練習(xí)和時(shí)間來(lái)提高。為實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的快速應(yīng)用，需加強(qiáng)人員培訓(xùn)，投入足夠的精力，培養(yǎng)專(zhuān)門(mén)人才。

5.4 加強(qiáng)部門(mén)聯(lián)動(dòng)

受限于整個(gè)項(xiàng)目傳統(tǒng)管理模式的局限，只能局部推進(jìn)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，各部門(mén)慣于采用傳統(tǒng)的思維方式處理工作，部門(mén)參與度不夠，整個(gè)模型應(yīng)用深度有待進(jìn)一步發(fā)掘。例如 0號(hào)臺(tái)賬的利用、工程量的統(tǒng)計(jì)、物資設(shè)備的管理、試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的管理、征拆情況查詢(xún)、成本分析等，需要各部門(mén)積極溝通配合，聯(lián)動(dòng)發(fā)力，共同探索新的管理模式并深入推進(jìn)應(yīng)用。

5.5 BIM概念推廣

BIM技術(shù)在公路行業(yè)的全面應(yīng)用，傳統(tǒng)管理模式的改變，需要一段過(guò)渡時(shí)間。強(qiáng)化BIM 全生命周期概念的理解和應(yīng)用，緊跟行業(yè)熱點(diǎn)，推動(dòng)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，力爭(zhēng)推動(dòng)建設(shè)參與各方共同應(yīng)用，創(chuàng)造共享?xiàng)l件，打破固有管理模式，不斷推陳出新，以破除各個(gè)階段各自為戰(zhàn)的局面。

[1]陳國(guó)佳，BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究，建筑知識(shí).

[2]向聃，BIM技術(shù)在道路橋梁施工管理中的應(yīng)用研究，湖南交通科技.

[3]張明，基于BIM的高速公路施工管理信息化研究[J]，市政技術(shù).