基于BIM 数字化的路基施工管控应用研究

王成武，唐建亚，马君科，南锐

（1.黑龙江省交投公路投资有限公司；2.江苏中路信息科技有限公司）

1 背景

根据2019 年9 月中共中央、国务院《交通强国建设纲要》相关文件的发布，在国家层面推动了交通运输行业由依靠传统要素驱动向更加注重科学技术创新驱动的转变、由追求速度规模向更加注重质量效益的转变。路基施工作为高速公路基础性工程，是决定整条高速公路工程项目质量的先决条件，如何利用BIM、大数据、物联网、GIS、人工智能等信息技术来提升路基施工质量和管理水平，具有重要的理论和现实 意义。

2 BIM 数字化技术发展及应用

BIM（Building Information Modeling）技术是近十年来在 CAD 技术基础上发展起来的一种多维（三维、四维、五维、n 维）模型信息集成技术，它将建筑从业人员从复杂抽象的图形、表格和文字中解放出来，以形象的三维模型作为建设项目的信息载体，方便了建设项目各阶段、各专业以及相关人员之间的沟通和交流，减少了建设项目因为信息过载或者信息流失而带来的损失，提高了从业者的工作效率以及整个建筑业的效率。该模型的优点是具有高精度、参数化特征和详尽的语义信息，因此在BIM 理念支持下开展的公路工程项目有着一致性的建设和运营信息。不仅如此，BIM 模型能够为公路工程精细化、精准化管理提供重要数据源，同时也可以将公路工程设施的实体和功能特征进行数字化表达。在实际工程项目中，对于贯穿全寿命周期中集成应用属性信息和内部结构信息具有显著优势。

目前国内许多高校、研究机构在道路施工管理方面有了自己的研究，取得了可观的研究成果。华中科技大学章霄基于BIM 的工程现场项目管理组织研究，采用定量分析和定性分析相结合的方式，论证了BIM 技术的应用可以提高工程现场项目管理效率[1]。重庆交通大学张晓雅研发了基于BIM 的公路施工质量管理系统，并结合工程实例，验证了BIM 技术在公路施工质量中的应用价值[2]。长安大学何锋对BIM 技术在公路工程管理中的应用进行了研究，以具体案例为基础分析了BIM 技术在工程管理的应用成效[3]。郭士礼等人研究了基于三维GIS 的高速公路施工进度管理系统，提出了路桥工程中动态分段技术、施工状态三维动态建模和可视化、三维GIS 下的工程量计算等系统建设中关键技术的解决方案[4]。

BIM 数字化技术在高速公路建设管理中虽然仍处于起步阶段，但BIM 数字化技术在设计、施工、运营和维修养护各阶段的巨大优势，势必会带来高速公路工程项目管理模式的重大变革，把BIM 数字化技术运用到高速公路项目管理中不仅能保证工程质量，加快工程进度，节约成本，还可以提高项目管理效率和质量，取得良好的应用效益。

3 路基施工管控信息化现状及需求分析

①路基施工过程质量缺乏有效监管。目前施工过程多为事后监管，如何利用信息化的手段将事后监管转为事中控制，对路基施工质量的提高具有重要的意义。

②项目管理过程信息集成度不高。项目管理过程缺乏数字化、可视化、智能化平台将路基施工过程中各类数据进行融合、展示和传递。

③施工过程缺乏先进的技术手段，从而为路基施工管理、决策提供有效的技术支撑。如施工进度不明确、技术交底不直观、施工质量综合评价缺手段。

本项目聚焦路基施工管控信息化，以数字化管控为手段面向当前路基施工过程中面临的相关技术和管理问题，拟开展以下几个方面的研究。

图1 基于BIM 数字化的公路建设管控平台

图2 路基施工过程数据采集架构图

1. BIM 数字化在路基施工质量中应用研究；

2. BIM 数字化在路基施工进度中应用研究；

3. BIM 数字化在路基施工管理中应用。

选择该科收治的肺癌合并糖尿病患者作为研究对象，随机抽选出80例患者将其按照治疗时间顺序分为对照组（40例）、观察组（40例）。所有患者均接受手术治疗，观察组围手术期开展目标性护理，对照组患者实施常规护理。患者知晓该次研究，在家属的陪同下签署知情书。

4 BIM 数字化在路基施工中应用

4.1 BIM 数字化在路基施工质量中应用

路基压实是路基施工非常重要的一个过程，压实质量直接影响着路基施工质量，压实不足会引起道路沉陷、开裂、渗水、车辙等；过压实会导致施工材料被破坏，影响施工质量。随着BIM、物联网、大数据等数字化技术的发展，为路基压实质量控制提供了技术手段，主要体现在路基施工过程数据的自动采集（压实遍数、压实速度、振动VCV 值、高程信息）、采集数据的智能处理（压实均匀度、压实稳定性、施工质量综合评分）、过程结果数据的直观展现（施工过程物联网数据BIM 展示），通过过程数据的实时直观展现引导路基压实施工（见图1）。

1）数据自动采集

利用物联网、北斗GNSS 高精度定位和高精度CMV 压实度力反馈计，自动实时采集路基施工过程中各类参数（经纬度信息、压实遍数、压实速度和振动VCV 值），并上传至BIM 数字化管控平台（见图2）。

2）数据智能处理

BIM 数字化管控平台利用大数据技术，对现场采集的实时数据进行分析处理，实时计算路基压实轨迹、各点压实均匀度和压实稳定性，并根据计算结果对路基施工质量进行评价，实时将评价结果反馈给现场操作人员，指导现场操作，提高施工质量（见图2）。

3）BIM 数据展现

图3 基于BIM 路基施工过程数据展示

图4 基于BIM 数字化的路基施工进度应用

图5 基于BIM 数字化的路基施工管理应用

以BIM 模型为载体，实时、直观展示路基施工过程质量信息（物联网采集数据和质量结果数据），并可进行一些长度、面积等量算，便于项目管理者实时、直观了解项目施工现场状况，做出科学、合理的决策（见图3）。

4.2 BIM 数字化在路基施工进度中应用

进度管理为施工管理的核心，在项目施工中BIM 数字化技术在工程进度管理中的应用，能够帮助工程人员更加直观的掌握工程进度情况，并及时发现工程进度偏差，提高工程进度管控力，保证项目顺利的按时完成。通过项目现场移动端信息采集设备对项目模型对应位置的施工信息采集，同步到施工模拟软件，就可以自动统计生成预演模型的进度计划。BIM 数字化在路基施工进度的应用包括施工进度监控（超期预警、进度实时可视）和进度分析（进度对比、进度模拟、原因分析和辅助决策）。

1）施工进度监控

将项目施工进度计划与路基BIM 模型进行挂接，即可形成项目施工计划进度虚拟沙盘。通过BIM 数字化技术，结合路基智能压实数据采集，可实时且直观的展现项目施工现场进度，如超期未施工，会自动触发系统报警，并向相关人员推送滞后消息。基于BIM 数字化的施工进度监控，结合物联网数据采集技术，改变了传统路基施工进度人为操作等因素，将施工进度不直观、粗放的管理转变为可视、实时和对比跟踪的精细化管理（见图4）。

2）施工进度分析

项目管理人员可以利用施工进度虚拟沙盘，对施工过程进行模拟、对比和分析，通过对施工过程的模拟，比选出最佳的施工方案。另外，针对施工进度滞后预警，利用大数据分析技术，分析总结进度滞后原因，形成施工过程知识库，寻找是否存在提高效率的可能性，合理安排下一阶段所需施工资源，实现对施工进度全面、整体的分析和 掌控。

4.3 BIM 数字化在路基施工管理中应用

随着高速公路建设行业的快速发展，过去的项目管理模式已不能适应当前高速公路行业工程管理的实际需求，严重制约了项目管理效率，BIM 技术的引入与应用，为整个高速公路建设行业的信息化带来了新的发展契机（见图5）。BIM 理念和技术在高速公路建设管理中虽然仍处于起步阶段，把BIM 数字化技术运用到路基施工管理中不仅能保证工程质量，加快工程进度，节约成本，还可以提高项目管理效率和质量，取得良好的应用效益。BIM 数字化技术在路基施工管理中的应用包括：

1）工序报验

将BIM 模型与工程量清单进行关联，通过使用移动端APP 进行工序报验、试验检测和报验审核，报验过程数据直接上传至BIM 数字化平台，与BIM 模型挂接，直观展示工程报验质量和进度情况。另外，可根据不同周期、分部分项工程等检索条件，导出报验计量汇总情况，有效减少工程报验工作量，提高工作效率。工序报验操作流程如图6 所示。

2）技术交底

改变传统施工过程中的技术交底采取纸质文件或者口头的形式，将施工过程中的技术交底进行三维可视化，施工工艺、质量验收标准、规划和要求等融入BIM 模型中，形成施工、验收样板库。基于BIM 模型的技术交底，可直观、精确表达施工过程工艺，便于施工人员理解，提高工作效率（见图7）。

图6 数字化管控平台工序报验操作流程

图7 路基施工抛石挤淤技术交底

5 结语

本文将BIM 的数字化技术应用到路基施工过程中，探讨了BIM 数字化技术在路基施工质量、进度和项目管理中的应用，提出了多种有关质量、进度和项目管理的应用思路，有效的解决了路基施工过程中质量“事后发现”、进度控制不直观、效率低等问题。论文提出的基于BIM 数字化的路基施工管控应用方法在黑龙江省两个“百大项目”哈尔滨至肇源高速和绥化至大庆高速项目建设中得到了应用验证，有效提高了路基施工质量和管理效率，达到了预期效果。