尹 成 福，陳 小 銳

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526國道岱山段改建公路工程道路全長約29.9 km，由一條主線及兩條支線構(gòu)成。其中主線長23.64 km，沿線設(shè)特大橋2 140 m/2座、大橋2 542 m/9座，中小橋502 m/14座，匝道橋516 m/2座，隧道627 m/2座，設(shè)互通立交2處，超限檢測站1處；支線一路線長1.44 km，沿線布設(shè)中小橋48 m/1座；支線二路線長4.8 km，沿線布設(shè)大橋750 m/1座、中小橋185 m/6座。

BIM應(yīng)用于526國道岱山段改建工程，通過開發(fā)基于BIM的項目管理平臺，建立BIM應(yīng)用實施整體架構(gòu)體系，組織專業(yè)團(tuán)隊、軟硬件設(shè)施的模擬搭設(shè)以滿足各方在不同方面的需求，便于更好地進(jìn)行項目的管理來達(dá)到項目各個階段設(shè)定的安全、工期、投資、質(zhì)量等各項管理目標(biāo)。筆者詳細(xì)論述了BIM技術(shù)在526國道改建工程建管養(yǎng)全過程中的應(yīng)用。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用方案

2.1 BIM應(yīng)用系統(tǒng)平臺

BIM技術(shù)條件下的項目管理平臺是實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵，需要實現(xiàn)與工程建設(shè)規(guī)模及要求相適應(yīng)的項目信息集成管理，參建各方的項目工程信息儲存在BIM中心的公共應(yīng)用平臺系統(tǒng)中，各方通過對該技術(shù)的應(yīng)用，在虛擬平臺中形成了一套精細(xì)化的管理模式，實現(xiàn)信息的共享，同時達(dá)到無縫管理的效果，通過這種模式，使項目信息在規(guī)劃、設(shè)計、建造和運(yùn)營維護(hù)全過程得到傳遞和共享，各參與方在從項目概念的產(chǎn)生到最終運(yùn)營的全壽命周期內(nèi)都可以操作信息及操作模型進(jìn)行項目的協(xié)同管理工作[1]。

2.2 BIM的實施過程

(1)模型的構(gòu)建與維護(hù)。根據(jù)模型構(gòu)建的劃分原則，使用統(tǒng)一的工程結(jié)構(gòu)分解(EBS)，即按照項目的單位工程、分部工程、分項工程進(jìn)行施工結(jié)構(gòu)的分解，所制作的模型構(gòu)建必須使用統(tǒng)一代碼規(guī)則以及命名規(guī)則[2]，形成統(tǒng)一、有序的整體模型。

(2)施工圖設(shè)計模型。根據(jù)項目范圍內(nèi)各專業(yè)施工圖(包括隧道、橋梁、互通、機(jī)電安裝等)以及設(shè)計變更需求，構(gòu)建并維護(hù)項目初始模型。模型的精度采用滿足現(xiàn)場施工圖設(shè)計的等級(圖1～3)。

圖1 各種隧道施工模型

圖2 各種混凝土橋梁施工模型

(3)施工圖深化設(shè)計模型。根據(jù)項目施工組織設(shè)計，對各專業(yè)施工圖(包括隧道、橋梁、互通、機(jī)電安裝等)進(jìn)行施工深化設(shè)計，并對初始模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。模型的精度須滿足現(xiàn)場施工圖紙深化設(shè)計的等級。

(4)施工竣工信息模型。在項目施工過程中，按照施工進(jìn)度跟蹤并采集竣工所需的數(shù)據(jù)并賦予模型，使竣工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，動態(tài)構(gòu)建施工竣工信息模型?？⒐?shù)據(jù)包括：設(shè)備、設(shè)施、材料的對應(yīng)品牌、型號、規(guī)格、有效期、供貨(或施工)單位信息。模型精度采用竣工驗收等級。

圖3 各種鋼管拱橋施工模型

2.3 前期調(diào)研與準(zhǔn)備工作

為了保證所策劃的項目任務(wù)順利進(jìn)行，實現(xiàn)管理與BIM技術(shù)的結(jié)合，前期的調(diào)研工作必不可少。根據(jù)調(diào)研到的實際情況撰寫調(diào)研報告，反映客觀真實情況，各方根據(jù)調(diào)研報告進(jìn)行討論修改，從而為今后的實施做鋪墊和基礎(chǔ)。在調(diào)研的基礎(chǔ)上提交相關(guān)成果：如實施項目的調(diào)研報告、項目的執(zhí)行計劃及相關(guān)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定(建模、維護(hù)、應(yīng)用)等。

2.4 勘察、施工圖設(shè)計階段的BIM應(yīng)用

(1)場地現(xiàn)狀仿真及應(yīng)用。根據(jù)合同約定的勘察工作(巖土工程詳勘、專項勘察、施工階段為設(shè)計服務(wù)的補(bǔ)充勘察等)成果，結(jié)合航拍、GIS技術(shù)進(jìn)行地形、建模及隧道及橋梁主體、隧道結(jié)構(gòu)周邊關(guān)鍵建筑物的建模及模型應(yīng)用工作，以可視化的手段展示工程的地質(zhì)環(huán)境，辨識出現(xiàn)場施工對周邊構(gòu)造物是否產(chǎn)生影響，輔助并指導(dǎo)項目人員進(jìn)行施工技術(shù)及安全方案的編制以及施工風(fēng)險分析。

(2)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。通過BIM多專業(yè)協(xié)同設(shè)計提高設(shè)計效率和工作質(zhì)量，采用三維設(shè)計方式開展施工圖設(shè)計，形成整體工程模型并進(jìn)行模型合模及優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)通過工程模型全專業(yè)出圖[3]。

(3)可視化設(shè)計。通過BIM技術(shù)的可視化設(shè)計，突破傳統(tǒng)設(shè)計手段的技術(shù)局限性，提高設(shè)計效率。通常，在對圖紙進(jìn)行多次修改之后，會遺忘是否已經(jīng)對其進(jìn)行過修改，為避免這種反復(fù)的過程，通過使用BIM技術(shù)，可以真正做到“一處修改，處處更新”，可以根據(jù)需要在模型之中自動生成平面或剖面圖，確保一致和準(zhǔn)確。

2.5 施工階段BIM的 現(xiàn)場應(yīng)用

(1)現(xiàn)狀模擬及方案優(yōu)化。針對岱山526國道公路工程中的道路恢復(fù)、交通疏解、綠化工程、場地準(zhǔn)備、管線遷改等工程內(nèi)容，分別利用傾斜攝影、航拍及GIS技術(shù)記錄工程項目的現(xiàn)狀及周邊構(gòu)造物的狀態(tài)，從而完成建模及應(yīng)用模型，并開展方案優(yōu)化及模擬工作。針對隧道位置及區(qū)間市政給排水管網(wǎng)情況進(jìn)行建模，規(guī)劃隧道開挖與區(qū)間接入市政管網(wǎng)的方案，明確管線遷改路徑并為地面臨時設(shè)施的規(guī)劃提供參考。

(2)碰撞檢查。應(yīng)用計算機(jī)的各種優(yōu)勢，充分分析結(jié)構(gòu)物重點部位的結(jié)構(gòu)標(biāo)高和外部結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合綜合排布方案，完成項目施工及建造階段的相關(guān)專業(yè)(機(jī)電、土建結(jié)構(gòu)等)碰撞檢查，用以發(fā)現(xiàn)影響實際施工的碰撞點。經(jīng)過排布方案后的碰撞檢測，能夠?qū)υO(shè)計模型中任意部位進(jìn)行剖切，從而提供能夠指導(dǎo)現(xiàn)場實際施工的圖紙。

深化設(shè)計：結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況和施工工藝，完善設(shè)計方案及施工圖。

施工方案：根據(jù)業(yè)主方、監(jiān)理方、分包班組意見進(jìn)行方案調(diào)整、具體管道支架調(diào)整等。

(3)施工組織設(shè)計可視化管理。充分利用BIM模型的可視化方式對全過程施工管理的危險源點，重、難點，工序優(yōu)化等環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理和挖潛，形成能滿足現(xiàn)場施工需求、切實可行的施工組織設(shè)計方案，并將其拆分成季度、月度、周計劃，與模型充分地關(guān)聯(lián)。根據(jù)優(yōu)化后的全專業(yè)施工組織設(shè)計得到資金及投資計劃、人員投入計劃、大型施工工器具投用計劃、設(shè)備材料到貨計劃等。

(4)施工方案的模擬與優(yōu)化。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗選擇施工方案的方法、工藝、裝備等并定義工序邏輯關(guān)系，從而利用BIM多維度可視化的特點展示施工方案，利用Microstation建模軟件，創(chuàng)建施工方案模型；利用Navigator、Synchro 4D分析軟件，模擬、推演施工方案，驗證其技術(shù)可行性并予以優(yōu)化；使用Synchro 4D分析軟件對施工方案進(jìn)行工、料、機(jī)的資源配置，分析其經(jīng)濟(jì)可行性并予以優(yōu)化[4]。推演施工方案的工法、工藝，以驗證、優(yōu)化施工方案的技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)可行性。例如，深基坑施工程序復(fù)雜，需要解決三維空間超復(fù)雜問題：風(fēng)險大，材料用量大，工程量費(fèi)事費(fèi)力的統(tǒng)計工作。同時，工程進(jìn)度控制困難，應(yīng)用該技術(shù)對支撐維護(hù)施工方案進(jìn)行模擬和分析。結(jié)合施工流程，通過工程模型掛接對施工順序和工期安排等進(jìn)行動態(tài)演示基坑開挖過程，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并予以解決。

(5)施工現(xiàn)場模擬。利用所建立的模型對施工現(xiàn)場進(jìn)行還原，對現(xiàn)場進(jìn)行充分的仿真和比擬，了解各種風(fēng)險區(qū)域，規(guī)劃人員和設(shè)備間的安全距離，在一定程度上避免施工安全風(fēng)險，同時，通過對現(xiàn)場的機(jī)械設(shè)備、臨設(shè)、用電、安全等多方面的模擬，找出施工過程中不同類型的潛在風(fēng)險，為項目的后續(xù)實施進(jìn)行指導(dǎo)和風(fēng)險辨識分析。

(6)虛擬施工交底指導(dǎo)?；贐IM模型及施工工藝模擬，利用Microstation軟件，創(chuàng)建施工方案模型并關(guān)聯(lián)技術(shù)要點、工序、風(fēng)險點等施工文檔發(fā)布I-Model超級模型，推演模擬結(jié)果，以3D PDF、動畫等方式展示施工方案模型，為方案的施工可行性對比及優(yōu)化進(jìn)行三維動態(tài)展示，利用模型實現(xiàn)設(shè)計交底及三維圖紙會審，并對施工人員進(jìn)行各種三維交底。

(7)安全管理。

①施工風(fēng)險點動態(tài)跟蹤。通過跟蹤現(xiàn)場施工風(fēng)險點并進(jìn)行對比、分析、糾偏，充分利用所建立的各種管理平臺對不同時段、不同階段的風(fēng)險進(jìn)行管控。

②施工人員的動態(tài)管理。利用所建立的區(qū)域管理控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對進(jìn)場施工人員的動態(tài)管理，包含對現(xiàn)場各類人員信息、進(jìn)出場時間、安全教育、技術(shù)交底、培訓(xùn)等信息的錄入，使項目部可以充分了解人員的各種信息和狀態(tài)。在施工現(xiàn)場布設(shè)針對人員安全的4D網(wǎng)格定位系統(tǒng)，監(jiān)測人員現(xiàn)場位置信息，當(dāng)作業(yè)人員靠近危險區(qū)域(如防護(hù)欄周邊、大型設(shè)備施工作業(yè)區(qū)域)時提供實時的安全提醒，避免安全事故的發(fā)生。

(8)質(zhì)量管理。質(zhì)量管理包括質(zhì)量資料管理和現(xiàn)場質(zhì)量管理。質(zhì)量資料包括檢驗批、試驗報告、質(zhì)檢報告等文檔資料，將質(zhì)量資料文檔關(guān)聯(lián)至模型，形成質(zhì)量信息模型，以便于質(zhì)量資料文檔穿透式查詢。

(9)項目成本的精細(xì)化管理?；贐IM模型計算工程量所具有的特點：其算量結(jié)果可視化，算量計算子目可追溯計算公式和模型；能夠自動更新實際的工程量的清單；利用歷史數(shù)據(jù)或模板數(shù)據(jù)，導(dǎo)入模型即可完成快速算量造價過程，工程量計算能夠反差追溯到每一個構(gòu)件，并可進(jìn)行多專業(yè)的算量結(jié)果匯總。模型修改后，能自動識別符合原來屬性的構(gòu)件，可以單選構(gòu)件或分類構(gòu)件群，每個構(gòu)件都有詳細(xì)的工程量計算式。

應(yīng)用以BIM技術(shù)為依托的工程投資數(shù)據(jù)平臺，將包含投資信息(工程量數(shù)據(jù)、造價數(shù)據(jù))的BIM模型上傳到系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)即會自動對文件進(jìn)行分析并進(jìn)行整理，包含可視化三維圖形的結(jié)構(gòu)化工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。管理人員可遠(yuǎn)程調(diào)用、協(xié)同，對項目快速、準(zhǔn)確地按區(qū)域(根據(jù)區(qū)域劃分投資主體)、按時間段(月、季度、特定時間等)進(jìn)行分析，統(tǒng)計工程量或造價，使項目的投資處于可控范圍內(nèi)。

(10)進(jìn)度模擬與資金計劃。

①進(jìn)度模擬?？梢詫⑦M(jìn)度計劃(以project、Excel編制的進(jìn)度計劃)導(dǎo)入模型中，將模型與施工進(jìn)度計劃結(jié)合，并進(jìn)一步整合資源(人力、材料、機(jī)械設(shè)備)、成本、安全等信息，從而實現(xiàn)多個維度的施工管理，形成5D模型，實現(xiàn)5D虛擬建造、動畫播放，并與成本、工序維度關(guān)聯(lián)，為相應(yīng)的資金準(zhǔn)備提供依據(jù)，直觀了解施工形象、進(jìn)度及人、材、機(jī)等信息。

②材料的精確控制。在傳統(tǒng)的項目材料管理中容易出現(xiàn)一些問題，如工程技術(shù)口制定的采購計劃以及施工過程中無法準(zhǔn)確拆分工程量、無法及時進(jìn)行施工的過程管控、施工中靠經(jīng)驗進(jìn)行材料領(lǐng)取等?；趯IM技術(shù)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，可以充分、快速地獲取各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并隨時為采購計劃提供數(shù)據(jù)支撐，限額進(jìn)行領(lǐng)料，同時為材料核銷提供基礎(chǔ)。

③虛擬漫游。利用多專業(yè)集成平臺，將多專業(yè)BIM模型進(jìn)行集成，可以模擬真實情況進(jìn)入建筑物內(nèi)查看，進(jìn)行施工前的虛擬漫游與技術(shù)交底，指導(dǎo)施工技術(shù)人員了解構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)。同時，可以利用模擬設(shè)備進(jìn)場，動態(tài)模擬設(shè)備進(jìn)場的線路、位置，為施工預(yù)留空間提供指導(dǎo)，可以自由設(shè)定高度進(jìn)行自動和動態(tài)的凈空檢查。

2.6 運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用

竣工交付時，將實體建筑與富含大量運(yùn)維所需的BIM(建筑信息模型)一并交付，讓BIM實現(xiàn)項目生命全周期的管理，為業(yè)主方提供及時、直觀、完整、關(guān)聯(lián)的項目信息服務(wù)和決策支持。實現(xiàn)BIM竣工模型(虛擬建筑)的信息與實際建筑物信息一致。運(yùn)維階段的BIM咨詢服務(wù)基于施工階段的BIM系統(tǒng)平臺提供的延伸服務(wù)，基于BIM技術(shù)的檔案資料協(xié)同管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)高效管理與協(xié)同。

(1)設(shè)備的動態(tài)化管理?；贐IM運(yùn)維管理系統(tǒng)具有查閱、搜索、定位等功能，通過點擊所制作的模型中的模擬設(shè)備即可以查閱所有相應(yīng)的具體信息，如所在位置、聯(lián)系電話、維護(hù)情況等；該管理平臺系統(tǒng)將會對項目的各種設(shè)備使用周期進(jìn)行綜合管理，形成動態(tài)更新的數(shù)據(jù)庫，比如對設(shè)備及時更換配件及保養(yǎng)進(jìn)行提醒等，防止設(shè)備發(fā)生事故[4]，同時，通過查詢功能，可以快速、充分查詢到設(shè)備的規(guī)格、制造商、零件號碼和其他信息，快速找到問題所在并聯(lián)系制造商或安裝方解決問題。

(2)構(gòu)件信息的實時查詢。施工階段，需要把主要材料供應(yīng)商的信息、設(shè)計變更單等相關(guān)資料加入到模型中，通過算量軟件BIM功能可以添加供應(yīng)商信息，其他圖片或文件亦可以通過連接模式關(guān)聯(lián)到具體的構(gòu)件中，例如大理石地面，可以注明供應(yīng)商、尺寸、規(guī)格、型號、聯(lián)系方式等。與之相關(guān)的設(shè)計變更單可以通過掃描后作為連接進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在運(yùn)營維護(hù)階段其相關(guān)資料即可以得到有效利用，例如地面大理石損壞，此時，就可以查詢到大理石的相關(guān)廠家信息。

3 結(jié) 語

筆者詳細(xì)闡述了BIM技術(shù)在526國道岱山段改建公路工程中的應(yīng)用。分別從勘察設(shè)計階段、施工管理階段、后期運(yùn)營管理階段進(jìn)行的全過程應(yīng)用，對傳統(tǒng)的建管養(yǎng)過程管理進(jìn)行了數(shù)字化管理升級，更好地開展了項目管理工作，達(dá)到了項目設(shè)定的安全、質(zhì)量、工期、投資等各項管理目標(biāo)。與傳統(tǒng)的管理方式相比，其具有的可視化、精細(xì)化、動態(tài)化、實時化等優(yōu)點將會越來越多地滲透到項目管理的各個環(huán)節(jié)，更穩(wěn)定、更安全、更便捷地為項目管理服務(wù)。