文 貴州高速公路集團(tuán)有限公司 孫煥欽 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 丁璁 王欣南

生態(tài)環(huán)保、低碳集約、優(yōu)質(zhì)茶旅、科技高效等理念，是貴州都勻至安順高速公路（簡稱“都安高速”）工程作為交通運(yùn)輸部綠色公路示范工程所必須堅(jiān)持的宗旨。都安高速把BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色公路的建設(shè)過程中，傾力打造“生態(tài)茶旅、臻品都安”這一現(xiàn)代化綠色高速公路樣板，樹立起“多彩貴州、最美高速”建設(shè)的新標(biāo)桿。

都安高速是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013—2030年）》新增的G7611都勻至香格里拉國家高速公路的首段，是長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，也是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中“第五橫”與“第六聯(lián)”的組成部分，是我國西南地區(qū)西昌、昭通、六盤水、安順等重要城市通往珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)最快捷的高速公路通道。

都安高速由主線及都勻、貴安兩條支線組成，項(xiàng)目全長276.32公里，初步設(shè)計(jì)概算批復(fù)總金額核定為430.78億元，是貴州公路史上建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模最大的高速公路項(xiàng)目。

都安高速的綠色BIM目標(biāo)

基于綠色公路的總體目標(biāo)，都安高速項(xiàng)目采用BIM技術(shù)從方案比選優(yōu)化設(shè)計(jì)、建設(shè)管理智慧化提升、特殊結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)和復(fù)雜施工方案優(yōu)化等方面有效提升綠色公路建設(shè)質(zhì)量。

在方案的比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，通過“BIM+GIS”的手段準(zhǔn)確呈現(xiàn)路線走廊帶環(huán)境模型，快速創(chuàng)建方案級(jí)BIM模型并展開比選，結(jié)合工程規(guī)?？焖俳y(tǒng)計(jì)，便于各方案針對地質(zhì)、影響區(qū)、保護(hù)區(qū)等環(huán)境因素做出調(diào)整。特別是開展特殊結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)時(shí)，采用BIM技術(shù)能有效減少現(xiàn)場的返工，提高構(gòu)件加工效率。

同時(shí)，利用BIM技術(shù)能有效提升建設(shè)管理智慧化程度。在建設(shè)過程中通過集成設(shè)計(jì)、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、環(huán)水保、征地拆遷等建設(shè)數(shù)據(jù)，結(jié)合“BIM+GIS”平臺(tái)集成顯示數(shù)據(jù)，能有效提高數(shù)據(jù)的獲取效率，提高現(xiàn)場管理決策的準(zhǔn)確性。

對現(xiàn)場復(fù)雜的施工方案采用BIM技術(shù)進(jìn)行仿真模擬，能有效驗(yàn)證方案的可行性，提高方案執(zhí)行效率。在施工場地規(guī)劃時(shí)，采用“BIM+GIS”的技術(shù)手段研究和規(guī)劃項(xiàng)目臨建場地布設(shè)，可從節(jié)約土地、降低環(huán)境影響等方面減少項(xiàng)目對生態(tài)的不良影響。

BIM應(yīng)用初見成效

基于綠色公路的建設(shè)理念和目標(biāo)，以及BIM技術(shù)在綠色公路創(chuàng)建中的應(yīng)用目標(biāo)，都安高速在BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中取得了一些成果，驗(yàn)證了在綠色公路建設(shè)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)的有效性和重要性。

基于BIM 的路線方案比選和展示

項(xiàng)目依據(jù)1∶2000地形圖、實(shí)測橫斷面及地面線數(shù)據(jù)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，建立了地形曲面、DEM地形數(shù)據(jù)等，形成了數(shù)字化地形。

將沿線多條既有鐵路、重要公路、天然氣管道、高壓線交叉、城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)、礦區(qū)、風(fēng)景區(qū)、不良地質(zhì)范圍（包括褶皺、斷層、崩塌、滑坡和順層邊坡）、河流等重要環(huán)境關(guān)注點(diǎn)信息和區(qū)位位置在平臺(tái)上集成，形成環(huán)境信息模型。再通過沿線實(shí)際調(diào)查和有關(guān)主管部門提供的資料，將環(huán)境對象的范圍和相互位置關(guān)系添加到地面模型中，進(jìn)一步豐富環(huán)境信息模型。

環(huán)境信息模型

此后，針對設(shè)計(jì)路線中的公路、橋梁、隧道和路線交叉等工程構(gòu)造物基于環(huán)境模型開展方案比選，全方位反映橋隧構(gòu)造物、填挖方規(guī)模、高填深挖工點(diǎn)等情況，配合方案決策與設(shè)計(jì)評審。

BIM基礎(chǔ)地面模型

低線方案與高線方案比較1

低線方案與高線方案比較2

橋面板安裝圖

橋面板鋼筋與剪力釘沖突示意圖

特殊結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計(jì)

在都安高速建設(shè)過程中分別對預(yù)制T梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁預(yù)制橋面板采用BIM輔助設(shè)計(jì)，有效提高了預(yù)制件安裝的效率，降低了返工率。鋼結(jié)構(gòu)橋梁橋面預(yù)制板設(shè)計(jì)通常只繪制通用圖，給出通用構(gòu)件的尺寸。在都安高速項(xiàng)目預(yù)制橋面板之前，采用BIM技術(shù)創(chuàng)建模型進(jìn)行虛擬安裝，發(fā)現(xiàn)剪力釘與預(yù)制板、預(yù)制板鋼筋存在較大的碰撞，橋面板N1鋼筋與N4鋼筋連接僅僅可焊接一頭，N4鋼筋不能焊接成環(huán)，連接效果差。橋面板由于受到平面線型影響會(huì)發(fā)生橫坡變化（4%至負(fù)3%），導(dǎo)致安裝時(shí)橋面板與鋼梁存在間隙，橋面板不平整、間隙無法填充，板間搭接處鋼筋發(fā)生碰撞，鋼筋調(diào)節(jié)性差，需要破壞異型接口。

鑒于上述情況，業(yè)主方會(huì)同設(shè)計(jì)單位、施工單位及時(shí)變更了橋面板設(shè)計(jì)方案，取消了槽口處的異型接口，取消了N4鋼筋，改為將N1鋼筋加長。調(diào)整后的橋面板均為標(biāo)準(zhǔn)尺寸板（板間搭接可在濕接縫處進(jìn)行調(diào)整），采用定型臺(tái)座、模板和胎架，工人施工較為便捷，生產(chǎn)板出錯(cuò)率也能夠得到有效控制。

集成建設(shè)管理數(shù)據(jù)

基于BIM技術(shù)的建設(shè)管理以數(shù)據(jù)為核心，BIM技術(shù)為手段，BIM技術(shù)的工程建設(shè)管理平臺(tái)為依托，方便快捷地共享和傳遞項(xiàng)目設(shè)計(jì)及建設(shè)過程的信息，加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的集成和信息的管理。根據(jù)都安高速建設(shè)期管理工作內(nèi)容，BIM系統(tǒng)提供了進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等常規(guī)管理應(yīng)用，此外還涵蓋了項(xiàng)目總覽、征地拆遷、環(huán)水保監(jiān)測等針對性的綠色公路建設(shè)管理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)全面信息化、可視化。

項(xiàng)目總覽

基于BIM技術(shù)的建設(shè)管理平臺(tái)項(xiàng)目總覽，支持在三維虛擬環(huán)境下瀏覽、定位、查詢項(xiàng)目工程對象，快速獲取屬性信息，加深對項(xiàng)目總體工程情況的認(rèn)知和理解；還對建設(shè)管理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高度集成管理和展示，直觀反映項(xiàng)目整體或標(biāo)段進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等方面的情況。

通過創(chuàng)建“BIM+GIS”融合的三維虛擬環(huán)境實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的總覽，將工程模型、環(huán)境模型、地質(zhì)區(qū)位模型、行政區(qū)劃、路網(wǎng)水網(wǎng)等集成，并根據(jù)施工標(biāo)段及工作分解結(jié)構(gòu)合理組織模型，方便對其進(jìn)行管理和快速定位，在項(xiàng)目總覽中實(shí)現(xiàn)全線BIM模型瀏覽、信息查詢等功能。

BIM云平臺(tái)主界面

查閱模型屬性

環(huán)水保監(jiān)測管理的呈現(xiàn)

征地拆遷應(yīng)用

在以大范圍三維虛擬環(huán)境為基礎(chǔ)的BIM信息平臺(tái)中，各工程模型按標(biāo)段分別組織，模型結(jié)構(gòu)目錄樹可清晰地獲取項(xiàng)目整體的標(biāo)段劃分情況及各標(biāo)段的工程規(guī)模。平臺(tái)通過目錄樹及模型屬性的掛接，滿足了使用者對工程項(xiàng)目總體及細(xì)節(jié)情況的瀏覽與查詢需求。

環(huán)水保監(jiān)測

項(xiàng)目環(huán)水保監(jiān)測以標(biāo)段為管理單元，通過GIS環(huán)境模型的承載能力統(tǒng)計(jì)和展示區(qū)內(nèi)重要敏感源，在平臺(tái)中支持對敏感源詳細(xì)信息的查看。

BIM平臺(tái)還支持在三維虛擬環(huán)境下自定義環(huán)水保監(jiān)測數(shù)據(jù)，充分利用GIS信息的展現(xiàn)和管理能力，自定義添加環(huán)水保監(jiān)測點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)承載監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便環(huán)水保監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和共享。

征地拆遷

基于BIM技術(shù)的征地拆遷管理將用地紅線標(biāo)示在環(huán)境模型中，然后根據(jù)征地進(jìn)度將已征區(qū)域用顏色區(qū)塊標(biāo)識(shí)出來，整體反映項(xiàng)目土地征用進(jìn)度，方便業(yè)主整體把控施工進(jìn)度安排。

征地拆遷模塊為滿足相關(guān)管理需求，支持原始數(shù)據(jù)快速錄入，存儲(chǔ)為BIM平臺(tái)的征地拆遷信息。將征拆信息及各地塊的權(quán)屬進(jìn)行可視化表達(dá)，并以區(qū)塊顏色標(biāo)識(shí)出征地拆遷的進(jìn)度，極大地方便了管理方更有針對性地開展征地拆遷工作，提高了管理效率。

傳統(tǒng)征地拆遷管理大多基于表格，存在征拆進(jìn)度不直觀，數(shù)據(jù)信息難共享的缺陷，在BIM平臺(tái)中通過各個(gè)地塊的顏色變化來反映不同的征拆狀態(tài)，同時(shí)利用平臺(tái)數(shù)據(jù)集成分析功能，可實(shí)時(shí)分析某個(gè)標(biāo)段的征拆進(jìn)度，切實(shí)提高了征地拆遷的工作效率，再通過將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，既拓展了管理深度，也增加了管理透明度。

施工方案模擬仿真

都安高速項(xiàng)目開展了架橋機(jī)穿隧道、橋梁支架體系、液壓爬升系統(tǒng)等重點(diǎn)施工方案的模擬驗(yàn)證工作。

烏養(yǎng)樞紐互通（供圖：王欣南）

一般意義上的施工方案模擬僅為方案制定后的動(dòng)畫表達(dá)方案，這種模擬價(jià)值不大。都安高速項(xiàng)目在研究過程中發(fā)現(xiàn)，可以將施工方案模擬融入方案制定的過程中，改進(jìn)方案模擬的工作流程，使其在多個(gè)階段發(fā)揮不同的功效。

施工方案擬定后，通過方案模擬制作，可以發(fā)現(xiàn)其中未交代清楚的缺失項(xiàng)，如果因?yàn)樵撊笔ы?xiàng)導(dǎo)致視頻無法表達(dá)，在完成視頻后就會(huì)發(fā)現(xiàn)方案視頻表達(dá)中的不合理之處，從而加以及時(shí)修改完善。重點(diǎn)方案模擬的結(jié)果不僅是視頻，而是完備的方案和與之對應(yīng)的視頻，其中完備的方案才是主體。

路基、橋梁、互通重點(diǎn)施工方案利用BIM平臺(tái)模擬、交底，在專家評審、方案交底、項(xiàng)目宣傳等方面都有協(xié)助作用，該模式有很強(qiáng)的推廣性和實(shí)用性。

施工場地規(guī)劃

山區(qū)高速公路施工區(qū)由于線路復(fù)雜、結(jié)構(gòu)物多、場地有限等因素，對施工場地布置要求高，傳統(tǒng)的平面大樣設(shè)計(jì)方法，需要多次進(jìn)行現(xiàn)場勘查選點(diǎn)，時(shí)效差、變動(dòng)性大，選擇地點(diǎn)往往不能充分考慮現(xiàn)場情況，尤其對便道、場地平整等未能給出經(jīng)濟(jì)型規(guī)劃，還常會(huì)為保證工期而忽略優(yōu)化過程。

都安高速項(xiàng)目在多個(gè)標(biāo)段上開展場地規(guī)劃BIM應(yīng)用，還原現(xiàn)場地形、地貌、水文情況，將施工場地規(guī)劃由人對地形的想象，變?yōu)橛?jì)算機(jī)直觀呈現(xiàn)，利于提高場地布置規(guī)劃的合理性。傳統(tǒng)布置方案修改時(shí)往往需要進(jìn)行多次現(xiàn)場放樣，而BIM模型則可直接將規(guī)劃模型放入場地內(nèi)實(shí)時(shí)選擇，得出最優(yōu)位置。

BIM技術(shù)的發(fā)展思考

在綠色公路中應(yīng)用BIM技術(shù)應(yīng)加強(qiáng)其在設(shè)計(jì)階段的引領(lǐng)作用，充分發(fā)揮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集成優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)階段將各類型影響因素基于BIM平臺(tái)加以集成，并結(jié)合路線走廊帶綜合評價(jià)項(xiàng)目對用地節(jié)約、環(huán)境、地質(zhì)、噪音、保護(hù)區(qū)等影響。同時(shí)，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，BIM平臺(tái)可綜合評判項(xiàng)目對各類型土地的占用情況，滿足項(xiàng)目對于規(guī)模的總體把控。

建設(shè)階段利用BIM平臺(tái)開展信息集成管理，集成監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)施與設(shè)計(jì)的偏差并及時(shí)矯正，同時(shí)使用設(shè)計(jì)階段模型開展各類型動(dòng)態(tài)模擬與可視化交底，提升項(xiàng)目質(zhì)量和效率。

運(yùn)營階段，BIM平臺(tái)可以監(jiān)測監(jiān)控各類型設(shè)備數(shù)據(jù)，開展對環(huán)境影響、結(jié)構(gòu)健康等綠色公路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)把控。

BIM技術(shù)作為智慧交通的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)工具，以模型作為中間媒介，將數(shù)據(jù)跨階段迭代與傳遞，為建設(shè)項(xiàng)目的生態(tài)環(huán)保、資源節(jié)約和品質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)造了更好的基礎(chǔ)條件。