BIM在公路隧道全寿命周期质量安全管理中的应用

刘永杰　白永厚　龚航涛　安炬峰

摘 要：以西藏S5线拉泽隧道项目圭嘎拉隧道为研究对象，首先介绍对BIM加以运用的必要性，其次对建立模型期间需要重点关注的内容进行说明，最后围绕如何将BIM用于全周期管理展开讨论，指出要想使BIM优势得到充分发挥，关键是要以各施工阶段所表现出特点为依据，对BIM进行合理运用，供相关人员参考。

关键词：BIM技术;质量安全管理;全寿命周期;公路隧道项目

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2022）08-0028-03

0 引言

在经济水平持续提升的背景下，各地政府纷纷加大了对公路隧道进行建设的力度，如何凭借现有技术对项目进行高效管理，成为业内人士关注的焦点。实践经验表明，将BIM技术用于项目施工，可对项目现场情况具有系统且准确的了解，通过形象管理与可视管理相结合的方式，使施工质量最大程度接近预期，与此同时，项目所具有安全系数也将得到更进一步的提高。

1 研究背景

近几年，国内对公路进行建设的速度有所加快，随着项目数量和规模的增加，原有管理模式所存在不足也逐渐浮出水面，具体表现为管理人员无法对相关信息进行连续且充分的使用，导致施工期间所遇到问题难以得到及时解决。为实现全周期管理目标，越来越多单位选择引入BIM技术，通过对材料、采购和几何信息进行整合的方式，使项目相关信息所具有价值得到最大程度发挥[1]。

事实证明，BIM所具有信息化、协调性以及可视化特征，均能够给项目管理产生积极影响。例如，有关人员可凭借该技术对动态处理方案进行制定，在实时汇总各项信息的基础上，对其进行统一且科学的处理。再例如，可通过该技术对数字模型进行建立，确保参建人员对项目情况具有全方位了解，提前规避施工期间可能遇到的问题。

2 将BIM用于公路隧道管理的策略

2.1 项目介绍

圭嘎拉左洞长12.798 km，右洞长12.790 km，含2座分离式斜井，累计单洞长为33.8 km，考虑到现场环境较为复杂，施工期间需要用到运土车、汽车吊和挖掘机等设备，且地质条件复杂，施工难度极大，为保证项目如期交付并投运，项目决定引入BIM技术，对项目质量安全进行全周期管理。

2.2 建立模型

基于BIM技术开展全周期管理工作，可最大程度拉近各参建方的距离，通过信息共享的方式，使工作质效得到提高。对此项目而言，BIM模型应体现以下内容：首先是几何信息、隧道情况和危险源信息;其次是项目类型、材料性质和施工边界;最后是设备分配情况、设计方案与建设计划。

2.2.1 设计模型

BIM模型往往包含立项、可行性研究等多方面内容，可借助相关软件对自身所掌握资料进行转换，由此获得施工所需数字信息，这样做既能够避免出现工作内容重复的问题，又可以为信息安全提供保证。除特殊情况外，设计模型均应涵盖环境、人员、管理风险等内容，其中，环境风险模型涵盖应急准备、空间管理和水文条件分析，人员风险模型所描述内容以人员能力、业务素养为主，管理风险模型更注重管理层能力、人员安全意识。

对相关模型进行建立时，应重点关注以下几点：第一，保证模型所涵盖信息真实且完整，构件涵盖功能属性、物理属性还有几何属性等多方面内容。第二，对模型信息进行关联，确保在修改某个信息后，相关信息均能够随之更新。第三，以信息要素为依据，对模型信息进行分解，从而获得符合项目情况的管理模块，具体包括资料风险管理、人员风险管理、环境风险管理和物料风险管理，其中，资料风险管理应涵盖施工方案的制定，现场数据的监控和采集，隧道情况的预报;人员风险管理的重点是业务培养、心理辅导，同时还应考虑骨干人员的专业水平;环境风险管理的内容相对较多，既有常规的水文、地质条件，自然条件，还有针对性较强的空间管理以及应急准备;物料风险管理主要包含三个子模块，分别是物料检查和运用，机械设备选型，设备使用与保养。另外，在本项目中，有关人员还新增了施工风险管理，该模块的内容主要涵盖员工安全意识和管理层能力两方面。

2.2.2 施工模型

施工模型主要负责展示项目信息，对该模型进行建立前，先要确定设计模型，再以设计模型为基础，根据合约文件和相关规定，对模型内容进行相应的调整，确保所建立模型能够发挥出应有作用。对公路隧道项目而言，通过BIM技术对施工模型进行建立，其优势主要体现在3个方面：首先是确保项目能够获得施工所需信息，为后续施工的顺利开展奠基;其次是在保证数据完整的前提下，降低施工成本;最后是使设计信息与施工信息实现实时共享，确保潜在问题可被及时发觉并得到处理[2]。

需要注意的是，设计模型往往难以做到完全满足项目施工对图形结构所提出要求。因此，在前期准备阶段，有关人员应先对BIM模型进行拆分，再根据数据库所提供资料对模型加以完善，确保BIM模型所传递信息与现场情况完全一致。在项目中，有关人员以所掌握资料为依据，通过BIM技术建立了隧道施工模型及风机房施工模型（如图1、图2所示）。

2.2.3 管理模型

以设计、施工模型为基础，对管理模型进行构建，充分考虑安全管理所包含内容，确保模型体系完整且具有实际意义。项目所建立管理模型被划分成数据、管理和施工3个层次，其中数据层所涵盖信息以组织设计、项目施工标准和设计模型为主，日常工作中，管理层应对上述信息進行维护与管理，确保其具有实际意义。在图2所示模型中，施工层主要负责加工数据层所涵盖信息，根据现场情况对子模块进行构建。应用层的核心职责是以工作需求为依据，对项目进行全周期管理，确保项目具备良好的安全性与可靠性。前期准备阶段，项目应通过BIM技术对施工计划、管理方案进行编制，施工期间则应将重心放在技术交底和处理监控数据上，竣工后，根据实际情况对安全管理要点、注意事项进行总结。

2.3 前期管理

前期准备阶段，可利用BIM进行虚拟施工，由此明确施工期间较易发生的情况，通过调整管理侧重点的方式，使管理工作取得理想成效。对项目而言，该项技术在该阶段所能发挥的作用，主要包括虚拟施工、监测危险数据和检测碰撞情况等，具体应用方法如下。

2.3.1 虚拟施工

为保证项目施工能够按照预期计划有序推进，决定引入模拟技术，在对隧道开挖流程进行动态模拟的基础上，通过BIM模型将模拟所得数据告知施工现场，现场管理人员对施工流程加以调整，确保现场空间可得到充分利用，为项目安全性提供保证。

2.3.2 监测危险数据

施工前，应全面了解现场情况并对危险源进行监控，项目的监测对象主要包括地表沉降、支撑轴力。可根据BIM模型所提供数据，对现场安全性加以明确，通过对比临界值和监测数据所存在差异的方式，确定监测区域的安全系数与危险等级，酌情调整项目安全措施，为参建人员提供稳定且安全的施工环境。

2.3.3 检测空间碰撞情况

对项目进行碰撞检测期间，同样需要用到BIM模型，目的是保证空间得到科学利用，最大程度避免出现重叠或穿插等问题，在此基础上对检测报告进行编写，明确施工期间可能遇到的难题，提前拟定切实可行的防控方案[3]。

2.3.4 优化既有资源配置

项目既要对管理机构进行设立，还要对生产制度进行制定，根据安全管理需要对人员进行配置，通过定期组织培训的方式，确保管理人员对自身所从事工作的重要性具有准确认知。本项目对管理人员所提出要求如表1所示。

2.3.5 确定施工专项方案

公路工程相关技术规范明确指出，对于专业性强、施工难度大或危险系数高的项目，提前根据项目情况对专项方案进行编制，并派专业人员前往现场进行全过程监督。在编制专项方案期间，应综合考虑管理方、技术人员所提出建议，方案确定后，通过BIM技术对方案内容加以呈现。

2.4 施工管理

2.4.1 落实安全检查

施工期间，为保证项目安全，项目委派专人对现场进行检查，通过拍照等方式如实记录现场情况，借助现有软件对BIM模型进行调阅，以安全管理平台为依托，对施工期间所遇到问题、现场情况进行共享，由此形成系统且完善的管理档案。

开挖隧道时，率先确定仰拱、二衬工作的实施时间，同时对围岩情况进行实时监测，为围岩可靠性、项目安全性提供保证。随后，将基准模型、现场模型导入管理软件，对碰撞公差进行设置，由此明确项目偏移情况，根据隧道变形程度，制定相应的解决方案。此外，还可以借助BIM对数据进行处理，根据处理所得结果建立相应模型，为后续施工提供参考。

2.4.2 进行技术交底

要想保證施工过程安全且可靠，关键是要由管理人员组织参建人员进行技术交底，使参建人员明确项目难点，为安全措施的落实奠基。与此同时，还可以凭借BIM技术优化既有技术方案，提高方案所具有的可靠性以及安全性。在施工内容方面，应以施工模型为依据，对项目相关信息进行整理，明确本项目潜在的危险因素，对防控方案和具体措施进行制定。另外，还要对技术交底期间所使用图片进行导出，为参建人员提供参考。

2.5 竣工管理

待项目施工告一段落，对安全管理经验进行总结，编制并移交相关安全档案，对项目所涉及安全信息进行反馈，为日后同类项目的开展提供参考。事实证明，基于BIM建立安全信息模型，对项目施工全过程进行模拟，有助于施工方提前发现既有方案存在的不足，从而制定更符合实际情况的施工方案和进度计划，在保证信息得到实时传递的基础上，为项目施工所具有安全性提供保障。

3 结语

综上，考虑到公路隧道项目往往具有工期紧张、施工难度大等特点，要想在保证项目质量和安全系数的前提下，对施工功效进行提升，关键是要拟定切实可行的施工计划与方案，依托BIM技术对隐患识别系统进行建立，并保证参建人员能够按照要求完成各项工作。其中，施工前需要重点关注安全措施费用的落实情况，根据现场情况编制专项方案，并完成应急疏散模拟等工作，施工期间需要对安全技术进行交底，同时对空间安全性与工艺安全性进行检查，根据监测所得数据制定后续施工计划。事实证明，将BIM技术用于公路隧道管理，可使项目安全性、整体质量得到显著提高，对社会发展具有极为重大的意义。

参考文献

[1] 朱向荣，刘跃成，叶保权，等.公路隧道信息化管理平台设计研究及应用[J].工程技术研究，2021，6（22）：18-20.

[2] 程方圆，姚国明，奎永才，等.集成GIS/BIM的公路隧道数字化管理研究及应用[J].隧道建设（中英文），2019，39（12）：1973-1980.

[3] 魏丽彬.基于BIM技术的高速公路隧道安全运营管理应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（11）：234-236+256.