高速公路建设管理BIM技术应用解决方案

邹德斌

武汉港口集团有限公司 湖北 武汉 431400

BIM技术自1975年美国乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授提出以后，已在全球发达国家风靡使用。我国住建部于2014年发文推广BIM技术，交通运输部也于2017年发文推进建筑信息模型（BIM）技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用，并推出了5个示范工程。几年时间过去了，BIM技术在高速公路上的应用并不理想，大部分应用还停留在动画演示、或设计时建立部分构造模型、施工期的进度形象展示等的部分或阶段应用。

为解决这些问题，本文结合我们在BIM技术应用方面的经验，谈谈BIM技术在高速公路施工应用的优势[1-2]。

1 应用BIM技术的必要性

1.1 国家政策的支持

1.1.1 国家国务院的指导意见

2017年2月《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》中指出，要“加快推进建筑信息模型(BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理,为项目方案优化和科学决策提供依据,促进建筑业提质增效”。

1.1.2 交通运输部的指导意见

2017年1月，交通运输部办公厅关于印发推进智慧交通发展行动计划(2017-2020年)中明确指出,“到2020年逐步实现以下目标：在基础设施智能化方面，推进建筑信息模型（BIM）技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用，基础设施建设和管理水平大幅度提升。”

1.2 高速公路BIM技术应用必要性

越是复杂的项目，应用BIM技术产生的效益就越大。在高速公路中使用BIM技术，既有国家政策支持，又有示范工程和要求，各省市也陆续的在一些项目中使用。既然BIM技术可以节约成本和提高管理效率，那么要怎么做才能做到这些呢？它到底能为作为投资方的业主作些什么？首先我们来看在项目实施过程中，业主方最关心的问题是什么：

业主最关心的问题主要有：1）安全；2）质量；3）进度（工期）；4）投资控制；5）环保；6）责任追踪；7）不滋生腐败；8）畅通的协同协调；9）快速的交工验收及竣工决算。上述这些问题都可以通过BIM技术很方便的一一解决。

2 应用BIM技术的可行性

2.1 安全问题

在施工全过程中，要坚决杜绝重大安全事故，尽量减少一般事故，最好不出现任何安全事故。要做到这一点，可以采取下列措施：

1）把所有安全源与BIM模型中的构件和（或）相应施工工序相关联，在施工这个构件或作这道工序前随时查看该道工序或构件施工时有什么样的安全风险，以便提前做好安全准备。

2）某些安全风险比较大的施工工序或工项，可以通过BIM模型的漫游动画对参与人员进行反复、生动的安全教育。

3）对某些固定的危险源，如隧道施工中用的炸药存放点，可以通过设电子围栏和人脸识别的判断，对非法进入危险区域的人员实施警告、报警和驱离。

通过以上措施，可以很好地保证避免安全事故的发生[3]。

2.2 质量问题

1）首先必须从源头抓起，试想如果一个工程从开始施工到交工验收都没有任何设计变更，那么这个工程会不会比－边施工一边设计变更的工程质量更好呢?另外，如果设计时把对工程的各种制约或影响因素都考虑到了，那么这个产品的质量是不是更高呢？通过BIM技术的应用，在设计阶段可以做到精细化设计，即可达到上述效果[4]。

2）在施工阶段，对工程质量影响最大的主要问题是人、机、料、环、法，如果解决好了这几个问题，对工程质量的保证就上了一把保险锁[5]。解决方法是：

①对参与人员坚持持证上岗，用合适的人做该做的事。BIM协同管理平台能通过人脸识别功能对参与人员的身份进行识别和验证，再与BIM模型上的相关构件进行关联比较，并自动判断是否是报备的人员和合适的施工人员，否则会自动发出警告。

②机械在进场时需要提供合格证、保养证等必要的证书以证明进场机械是合格的，以此保证工程的质量，并将机械的使用情况与BIM模型构件关联。

③在使用材料前，除了必须有出厂合格证外，还必须有监理实验室或（和）施工方实验室的试验合格证，只有合格的材料才能在工程中使用。所有合格证和实验资料也必须与BIM模型相关构件（即这批材料建造的构件）进行关联，以便日后追踪。

④对环境（在这里只考虑自然环境）条件有要求的工序或工项单独列出并与相应的BIM构件相关联，当施工人员违背这些条件施工该构件时，BIM协同管理平台会发出警告。例如雨天施工路基或浇筑混凝土，又如混凝土养生条件不够或时间不够时，进行预应力张拉等这些不适宜施工的情况都是限制条件。这些都可以通过摄像或无人机采集的信息与BIM模型相关联的要求条件进行比对，发现不符合条件仍在施工者则予以报警并要求立即停工。

⑤对于施工工法，其方法是否经济、合理，是否可行，是否有安全风险等，均可通过BIM模型事先进行虚拟建造，以便找出最优最经济的工法，从而达到既节约成本又提高质量的目的。

⑥对工程全过程的质量，可以通过现场摄像、拍照或无人机采样等手段获得信息与BIM模型进行对比。对于个别质量要求较高的局部，如装配式桥梁连接处或钢结构加工，可以通过3D激光扫描点云形成模型与原模型进行比较，一旦发现不合格产品当即进行纠正或重建处理，以此确保工程质量。

有了上面这些强有力的措施，相信工程质量完全可以得到保证。

2.3 工程进度

进度、质量、成本甚至安全问题经常是互相影响。作为业主，最希望能在不增加投资、不出现安全事故、保证质量的情况下能按时完工，甚至提前完工、交工。要做到这一点，必须保证工程实际进度是按计划进度在进行。

通过BIM模型＋时间维度，可以推演每一天的施工进度，让业主和工程各参与方实时形象地了解工程进度（直接观看BIM模型）或提前了解工程形象进度。

2.4 投资控制

如果项目的设计变更多了，难免可能超过投资预算，把握住了设计变更这一关，相信就能控制好投资。特别是经过了精细化设计的产品，更容易把控住投资关。众所周知，影响工程投资最大的因素是方案，如果前期方案阶段就使用BIM技术对方案进行了优化，那这个投资一定是最优的投资。因此BIM技术最大的价值在于工程的全过程应用和参与工程的各方全员参加。

2.5 环境保护

“绿水青山就是金山银山”。如何少破坏或不破坏生态，如何不让水土流失？这是环保课题中首要考虑的问题。其次是工程中尽可能多的使用再生资源和材料，再就是施工中尽可能少的产生噪音、扬尘、和污水等对环境有影响的物质。

通过BIM+GIS+AIOT可以很方便地解决或控制上述问题。BIM+GIS的应用不仅可以让方案最优，投资最少，还可以做到土石方的填挖平衡，生态环境破坏最小。通过BIM+AIOT可以监控污水（泥浆）、噪音等对环境的影响并加以控制。

2.6 责任追踪

任何人都不希望工程出现安全、质量等方面的问题，但是一旦出现问题，责任是否清楚？通过对施工过程中与安全、质量等有关的资料与BIM模型一一对应关联，当某一部分或某个构件出现了问题，其责任是谁就可以一目了然，这可以避免很多扯皮推诿的事情发生。

2.7 不滋生腐败

通过BIM及协同管理平台的应用，几乎没有设计变更（由于地质变化产生的设计变更除外），可以实现工程量跟工程造价的精确计算。通过BIM及协同管理平台的应用，可以保证工程项目建设和管理的监督无死角，建立更加公开透明的检查与监督机制。事实证明BIM技术是实现建设项目在投资建设、运营过程中信息公开和透明的有效方法和工具。所有的事情都透明了，就没有暗箱操作的空间，也就没有腐败滋生的土壤了。

2.8 畅通的协同协调

BIM技术最大特点之一就是信息传递和信息共享，项目各参与方都在同一平台、同一模型上获取同样的信息，避免了歧义，减少了许多沟通时间和成本。

2.9 快速的交工验收及竣工决算

以前很多项目完工通车后，长时间不能进行交（竣）工验收，究其原因是很多与项目相关的资料缺失或丢失，有的人为了能交（竣）工验收，不得不对资料进行编造。如果项目所有有用信息跟资料均在协同管理平台上与模型构件直接关联，也就是与项目相关的所有有用资料均集成在项目模型上，此时不仅不需要到处拼凑资料，还可直接按竣工文档要求一键生成竣工文件，这样就可快速进行交工验收工作。此外，在工程竣工决算时，也可直接从模型导出相关的数量和财务资料，辅助进行竣工决算。

在项目中应用BIM技术除了能为业主解决上述问题外，还可以有以下收获：

1)在设计阶段使用算量BIM模型，除了设计单位能利用其做概、预算外，还可以为业主直接生成施工招标所用的工程量清单，并在施工全过程可以自动计量计价，并将其自动与相应构件关联，为日后进行造价比较所用，且所有资料和信息可传递到竣工决算阶段使用。

2)BIM+GIS再造了一个道路、桥梁、隧道等构造物与周边地形、地貌、地物以及它们之间的关系，将项目全过程所有有用信息全部注入模型，相当于给予了它灵魂，使得虚拟道路不仅各方面都与实物相同，而且还多了灵气和生气（即数字孪生）。并将伴随着项目的全生命周期，即在运维阶段的模型及信息利用和全过程管理。

3)结合项目的特点，可以对一些特殊结构如桥梁、隧道和高边坡等埋设传感器，以便在运维阶段对其进行更好的监控，使得这些构造物“病”了知道能叫“疼”，并对其进行未“病”先防，未“病”先治，这样这些构造物就会“活”得更久。这也是BIM+GIS+AIOT应用的优势，并且可以可视化监管。

4)通过BIM+协同管理平台的应用不仅使管理更加方便、更加直观（可以在大屏的驾驶舱直接了解项目的相关情况，如进度、已完成的投资额、参与的人员等），还可以提高对项目的管控效率和提高管理水平。

5)美国斯坦福大学根据美国32个项目总结了使用BIM技术产生的巨大效益：

①消除约40%预算外变更；②计量时间缩短80%，误差在3%以内；③成本降低10%（目前中国建筑业近五年平均利润在2.8%-3.3%之间）；④工程工期平均缩短7%。

3 怎么让BIM技术价值最大化

毫无疑问，BIM技术在工程的全生命周期应用和项目各参与方全员参与时其价值是最大的，并且还必须以业主（项目管理方）为主导。除此之外，还离不开以下几个重要因素:

1)业主应用BIM技术的决心；

2)应用BIM技术的专项资金；

3)一套BIM项目标准；

4)一个基于BIM的协同管理平台；

5)一个专业的BIM管理咨询团队。

此外，尚需业主和施工各参与方有专人负责，施工方有专门的团队负责施工过程的BIM建模和信息挂接。管理咨询团队可由业主派遣，也可聘请第三方担任。管理咨询团队一定要有路桥工程设计或施工和相应的管理经验、且BIM技术水平较高的团队担纲，其职责主要有：根据项目特点编写BIM实施指南，编写BIM项目应用标准、应用目标。根据合同（或为业主起草BIM合同）要求，在施工全过程协调各方的BIM应用，或对各方BIM应用提出合理化建议、对各方的BIM进行质量把关，保证交工（竣工）时交给业主合格的数字资产用于运维。因此BIM管理咨询团队不仅要有工程实践经验、工程管理经验，还必须对BIM的各种软件非常熟悉、有丰富的建模经验、有基于BIM的协调管理平台的开发和应用经验、同时还必须有编写BIM应用标准的经验。

对于协同管理平台，既可以是项目级平台也可以是企业级平台。如果为项目级平台，既可由业主采购，也可由管理咨询方自带平台。从长远使用和发展考虑，建议业主采购一个企业级平台，可在所有项目中使用，且要求该平台嵌入业主的相关规定、文件以及办事流程等。

4 结语

尽管现阶段在国内路桥建设中BIM技术使用得还不够多，使用得也不够好，但随着各层级的BIM标准的完善、BIM应用软件的完善、使用BIM技术提质增效意识的提高和BIM技术产生的价值越来越得到体现，相信在不久的将来，BIM技术应用的春天就会到来，一个全过程应用BIM技术、项目参与方全员参与BIM技术应用的局面会轰轰烈烈来到。