梁 磊

（山西交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

高速公路項(xiàng)目投資大、周期長(zhǎng)、參與方眾多，其最終的使用質(zhì)量受到項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維每一個(gè)環(huán)節(jié)的影響。為了保障高速公路的質(zhì)量及安全滿足使用要求，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度與投資目標(biāo)，將BIM技術(shù)應(yīng)用到高速公路建設(shè)的各階段、各管理界面中，成為當(dāng)前高速公路建設(shè)與管理提質(zhì)增效的重要手段。BIM技術(shù)的管理核心在于信息的共享，這些信息涵蓋了項(xiàng)目自規(guī)劃到拆除的整個(gè)過程[1]，通過信息在各利益相關(guān)方之間完全共享，以全生命周期的整體性目標(biāo)為指引，促進(jìn)各利益相關(guān)人的目標(biāo)協(xié)同。BIM技術(shù)改變了過去平面的、抽象的圖紙及文字表達(dá)方式，利用信息化、參數(shù)化、可視化的三維模型為載體，開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)，極大地提升了管理效率。本文希望通過對(duì)高速公路項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用的研究，促進(jìn)BIM技術(shù)公路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 可視化

BIM利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的可視化，改變過去傳統(tǒng)CAD圖紙與文本的信息傳遞形式[2]，通過更直觀的三維模型與動(dòng)畫等傳遞工程項(xiàng)目的各類信息。

a）BIM可視化與圖紙會(huì)審。以往的交底與圖紙會(huì)審依賴于CAD圖紙以及設(shè)計(jì)說明，其表現(xiàn)形式為抽象的二維圖紙和文本，但是建設(shè)實(shí)體是立體三維的，因此圖紙會(huì)審和交底依賴于各方的空間想象力及專業(yè)水平，在設(shè)計(jì)方、業(yè)主方、施工方之間可能存在著信息的多次跌失。應(yīng)用BIM技術(shù)后，圖紙會(huì)審與交底將以三維模型為傳遞載體，各方通過信息平臺(tái)可以接觸到包含項(xiàng)目全部信息的三維模型，模型展示生動(dòng)直觀，保證了信息傳遞的準(zhǔn)確性、聯(lián)動(dòng)性、實(shí)時(shí)性與一致性。

b）BIM可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)。通過與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，依托模型創(chuàng)建虛擬可視化場(chǎng)景，進(jìn)行三維模型的虛擬漫游，對(duì)施工組織與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢查。尤其對(duì)于部分具備破壞性、建設(shè)不易的項(xiàng)目，可以考慮采用將虛擬現(xiàn)實(shí)與BIM模型相結(jié)合。如在高速公路路線設(shè)計(jì)中，可以利用BIM參數(shù)模型，導(dǎo)入虛擬系統(tǒng)進(jìn)行虛擬駕駛，通過速度參數(shù)的變化，檢查各運(yùn)行速度下道路的各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。又如在進(jìn)行工程施工技術(shù)交底時(shí)，通過VR虛擬，向現(xiàn)場(chǎng)人員提供基于BIM模型的施工動(dòng)畫，有利于深化一線施工人員對(duì)方案的理解。

圖1 利用BIM與虛擬現(xiàn)實(shí)的道路“試跑”

1.2 碰撞檢查與優(yōu)化

場(chǎng)地設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

a）設(shè)計(jì)模型的檢查優(yōu)化。目前國(guó)內(nèi)高速公路項(xiàng)目在推廣總承包模式，施工方能夠深入?yún)⑴c到初步設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工圖設(shè)計(jì)，在此過程中，常常會(huì)出現(xiàn)各專業(yè)的碰撞現(xiàn)象。應(yīng)用BIM技術(shù)，總承包方能夠通過計(jì)算機(jī)模擬與三維模型，對(duì)設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)方式、工作過程等進(jìn)行檢查，通過碰撞檢測(cè)與參數(shù)檢測(cè)，模型中的錯(cuò)漏碰缺會(huì)被明顯地發(fā)掘，方便對(duì)問題開展多角度、全方位的分析，提高設(shè)計(jì)的合理性、準(zhǔn)確性。

b）施工場(chǎng)地碰撞優(yōu)化。利用包含了所有場(chǎng)地、設(shè)備、構(gòu)件等信息的BIM模型，項(xiàng)目管理人員可以根據(jù)構(gòu)件及設(shè)備等的進(jìn)出時(shí)間、幾何參數(shù)、工程使用情況等進(jìn)行綜合分析，合理布置施工場(chǎng)地以及安排工序。同時(shí)利用設(shè)備、構(gòu)件與場(chǎng)地參數(shù)的對(duì)比，不僅方便統(tǒng)計(jì)場(chǎng)地設(shè)施數(shù)量，更有利于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備、場(chǎng)地間的空間沖突，減少工地的安全隱患。

1.3 三維模型出圖

傳統(tǒng)的出圖依賴于靜止的、平面的CAD圖紙，限制了設(shè)計(jì)方與各方間的信息傳遞效果；而BIM則利用動(dòng)態(tài)的、立體的、包含項(xiàng)目全部信息的三維模型作為信息傳遞的載體，實(shí)現(xiàn)了信息在各參與方間傳遞的一致性和完整性。與此同時(shí)，為了方便現(xiàn)行CAD模式的過渡，模型也可以向各單位輸出各視角的二維圖紙。豐富的信息搭載和可視化效果使項(xiàng)目在模型出圖環(huán)節(jié)就產(chǎn)生了合作效益。如在項(xiàng)目的建設(shè)過程中，通過基于三維模型的虛擬漫游，在向施工單位及建設(shè)單位匯報(bào)時(shí)，通過更加直觀的三維漫游視頻，將項(xiàng)目的整體及各局部的信息展示給各方，避免傳統(tǒng)圖紙文本匯報(bào)時(shí)的信息跌失，提高各方間的溝通效率。

1.4 促進(jìn)各方協(xié)同

信息化技術(shù)為公路建設(shè)各參與方間的溝通提供了有效的方法，人們通過互聯(lián)網(wǎng)溝通實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間空間限制的突破。通過構(gòu)建BIM信息溝通平臺(tái)，結(jié)合多媒體、視頻監(jiān)控、云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各階段信息的整合共享以及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施監(jiān)督，強(qiáng)化各方的目標(biāo)協(xié)同。各方得以同時(shí)對(duì)BIM平臺(tái)中的某個(gè)模型展開實(shí)時(shí)的在線討論，通過網(wǎng)絡(luò)會(huì)議確定問題解決的方案，有利于協(xié)同交流成本的降低，提高建設(shè)效率[3]。

表1 BIM模式與傳統(tǒng)模式在建設(shè)管理中的區(qū)別

2 BIM在高速公路工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 用于高速公路建設(shè)的綜合管理

BIM技術(shù)在高速公路的綜合管理應(yīng)用主要體現(xiàn)在成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全4個(gè)方面。通過包含工料機(jī)及項(xiàng)目使用信息的BIM模型，結(jié)合5DBIM技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)成本管理；通過將時(shí)間進(jìn)度軸加入BIM模型，結(jié)合工作計(jì)劃安排，利用4DBIM技術(shù)進(jìn)行工程建設(shè)模擬與進(jìn)度管理；通過運(yùn)用BIM三維模型進(jìn)行施工交底及技術(shù)培訓(xùn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控及云管理平臺(tái)，建立現(xiàn)代化質(zhì)量管理體系；通過BIM技術(shù)展開各階段圖紙的碰撞檢查、在線會(huì)審解決沖突、施工場(chǎng)地安全模擬，合理確定材料機(jī)械安置點(diǎn)、場(chǎng)地建設(shè)等位置，消除營(yíng)地的安全隱患。

2.2 用于可視化模型的構(gòu)建

設(shè)計(jì)標(biāo)高和原始地形對(duì)于高速公路項(xiàng)目的工程量具有關(guān)鍵性影響，運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建信息詳盡的地形模型是項(xiàng)目的基礎(chǔ)。在獲取高速公路項(xiàng)目地形的數(shù)據(jù)信息時(shí)，可以通過3D掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)地形的分段掃描，然后對(duì)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)陣云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，制作信息完整、精度較高的BIM地形模型，利用Civil 3D軟件生成對(duì)應(yīng)等高線曲面。在放置道路模型時(shí)，首先需要使用BIM軟件結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙繪制橫斷面模型，將模型導(dǎo)入等高線曲面中，生成各段道路模型，然后對(duì)超高加寬等進(jìn)行處理。在Infraworks等軟件中，還可以利用軟件自帶的場(chǎng)景模型、小品等進(jìn)行裝飾及渲染，輸出效果圖。

圖2 高速公路數(shù)字地形模型

圖3 利用BIM軟件繪制的高速公路模型

2.3 施工總體布局管理

通過將BIM技術(shù)應(yīng)用到公路建設(shè)的施工現(xiàn)場(chǎng)布置及預(yù)制廠設(shè)置等工作環(huán)節(jié)，增強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)總體布局管理的合理性與可預(yù)見性。通過向施工現(xiàn)場(chǎng)模型、公路構(gòu)件參數(shù)模型中導(dǎo)入資源模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工場(chǎng)地的模擬布局，利用BIM可視化的特點(diǎn)，優(yōu)化拌合站、預(yù)制廠設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布局。同時(shí)，也可以將項(xiàng)目周邊實(shí)際環(huán)境與工程實(shí)際進(jìn)展情況，進(jìn)行參數(shù)化后，錄入信息化模型，布置施工營(yíng)地的三維場(chǎng)地，結(jié)合進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)材料、設(shè)備、營(yíng)地的動(dòng)態(tài)模擬與管理優(yōu)化，通過動(dòng)態(tài)化的模擬檢查，消除營(yíng)地布局的不合理及不安全因素。

圖4 綜合場(chǎng)地布置的平面圖

2.4 用于方案的碰撞檢查與優(yōu)化

在以往利用CAD圖紙進(jìn)行管理的模式中，并沒有在設(shè)計(jì)階段真正重視方案中各專業(yè)的碰撞沖突，即便在深化設(shè)計(jì)中開展了此工作，也受限于各專業(yè)間的彼此不了解導(dǎo)致溝通效率不高、協(xié)調(diào)效果較差。往往只是根據(jù)各個(gè)平面圖中的標(biāo)高及位置節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行各專業(yè)間的沖突檢查，然后針對(duì)關(guān)鍵部位繪制細(xì)部圖，因此難以全面、根本地解決各專業(yè)設(shè)計(jì)上的沖突。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，利用三維設(shè)計(jì)取代了原本平面設(shè)計(jì)，在同一個(gè)參數(shù)化模型中，所有專業(yè)的信息都能被可視化地直觀體現(xiàn)，即便各專業(yè)之間互相不了解，也可以通過真實(shí)尺寸建模，在模型中依據(jù)其他專業(yè)的條件開展本專業(yè)設(shè)計(jì)，避免了CAD圖紙的局限性表達(dá)。同時(shí)結(jié)合BIM技術(shù)的碰撞檢查功能，能夠整合各專業(yè)的模型信息，實(shí)現(xiàn)模型沖突點(diǎn)的顯示，方便各專業(yè)人員進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

圖5 勁性骨架與鋼筋碰撞檢查

2.5 用于進(jìn)度動(dòng)態(tài)化管理

隨著建設(shè)項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，項(xiàng)目的建設(shè)信息、資源消耗信息會(huì)發(fā)生變化，并被及時(shí)錄入BIM信息平臺(tái)，基于信息化平臺(tái)，各方得以根據(jù)當(dāng)前項(xiàng)目信息開展各目標(biāo)的管理工作。運(yùn)用4DBIM技術(shù)可以十分容易地實(shí)現(xiàn)分項(xiàng)控制，方便計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比。將動(dòng)態(tài)可視化與時(shí)間軸加入BIM參數(shù)模型中，通過事先模擬，可以以當(dāng)前進(jìn)度情況為基礎(chǔ)，開展項(xiàng)目遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)，為制定進(jìn)度糾偏方案提供決策依據(jù)。

圖6 BIM+4D技術(shù)與公路建設(shè)進(jìn)度管理

2.6 可視化交底與質(zhì)量管理

交底效果差、監(jiān)管不力、處理不及時(shí)、反饋機(jī)制缺乏是項(xiàng)目質(zhì)量管理存在的常見問題。通過BIM模型進(jìn)行施工交底，利用動(dòng)畫演示及VR虛擬漫游，加強(qiáng)施工人員對(duì)項(xiàng)目意圖的理解，提高技術(shù)能力，有利于促進(jìn)高速公路的建設(shè)質(zhì)量。同時(shí)通過搭建現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與BIM協(xié)同平臺(tái)，方便項(xiàng)目各參與方開展實(shí)時(shí)監(jiān)督管理，為強(qiáng)化質(zhì)量控制和檢查效果提供保障。

圖7 利用BIM動(dòng)態(tài)模擬指導(dǎo)施工

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，BIM技術(shù)對(duì)于提高高速公路建設(shè)效率與效益具有十分積極的意義。利用BIM在可視化、碰撞檢查、模型出圖、目標(biāo)協(xié)同等方面的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各環(huán)節(jié)與BIM技術(shù)的結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)的信息化管理，有利于促進(jìn)項(xiàng)目整體價(jià)值的提升。