BIM信息化技术在高等级公路建设中的应用

贾松锴

（中交一公局集团有限公司，北京 101102）

0 引言

BIM 技术自2001年引进国内建筑行业，至今仍处在初级应用阶段。2020年通过火神山、雷神山的建造项目，引起了政府、基建行业的重视，“新基建”成了热门词。基建单位初步认识到了BIM 技术对土木行业，特别是在高等级公路建设方面带来的巨大前景和无限可能。面对当前基建行业技术手段落后、城市建设空间设计复杂、资源条件及环保约束提高、劳动力成本不断上涨等一系列问题，表明粗放式发展模式已逐渐被社会淘汰。土木行业应转变思想，加快BIM 等信息化技术的应用，高等级公路建设全面进入“新基建”的时代已刻不容缓。

现依据中交一公局集团重庆渝武高速公路项目前期策划及施工管理中的实际应用，对BIM 信息化技术在高等级公路建设中的应用进行探讨。

1 项目简介及特点、难点分析

1.1 项目简介

渝武高速重庆段属国家高速公路网G75 兰州-海口高速公路，是国家高速公路网“7918”规划的第八纵线，也是重庆市规划“三环十二射七联线”主骨架高速公路网中重要的射线之一。项目建成后，将与中环快速路、绕城高速、在建三环高速等纳入重庆“1 小时经济圈”，是名副其实的扶贫之路，是进一步缩小东西部地区差距，强化地区联系，优化地区产业格局，对加快合川地区增强综合实力，改善投资环境，促进客流、物流、资金流在重庆地区的聚集和流动，起到积极的推动作用[1]。

1.2 项目特点、难点分析

项目工程结构为典型综合标和典型山岭丘陵地形：桥梁22 座，天桥3 座，涵洞6 道，隧道1.5 座，路基填挖方工程，工点多且分散；山岭重丘区，山势陡峻，地形复杂，施工纵向便道贯通依托地方道路较多，高峰期增加交通压力。

项目路线穿越风景名胜区、水源保护区、地方规划区等，施工环境干扰因素多。

项目施工难点在于项目全线桥隧比高达58.1%，隧道共计1.5 座，金屏山隧道长度约为1.3km，隧道主要含岩溶、瓦斯、采空区、石膏、暗河等不良地质灾害；桥梁上跨城市主干道、上跨在建渝合铁路，最大墩高为33.52m，高空作业，安全隐患多，交通组织协调难度大；路基存在高填深挖段，有落石、雨水冲刷滑塌等风险。

2 BIM 技术在项目中的部分应用

2.1 施工方案可行性模拟

渝武高速与三环高速在合川区百岁村位置相交，原设计为渝武高速上跨合长高速，但此方案安全风险大、投入高，经设计优化拟采取下穿方案。但优化过程并不顺利，三环高速已完成该段路基填方施工，挖除路基改为桥梁可能会对整体工期造成影响。为选择最佳施工方案，通过利用BIM 技术对不同方案进行建模，经过专家论证及经济比选最终确定采用下穿方案，成功优化全线标高，降低桥隧比，极大地避免了在后续施工中可能出现的工序安排以及空间上的冲突问题，顺利完成上跨改为下穿变更，如图1。

图1 施工方案可行性模拟

2.2 倾斜摄影制作

项目为典型山岭丘陵地形：山岭重丘区，山势陡峻，地形复杂：航拍照片、手持设备照片、GPS 等测量方式往往只能平面、局部的展示地形地貌及附属物情况，在施工过程中往往会出现数据不准确、缺失以及对三维交叉情况考虑不充分等问题。而无人机倾斜摄影技术，不受场地障碍的影响，工作时间短、效率高，可以利用生成的倾斜摄影模型进行场地规划、施工布置，甚至通过对地面控制点的精准布置等处理，做到山区工程土石方精准计算。

通过无人机倾斜摄影技术，精确把握现场实际情况，合理规划使用土地，对红线两侧500m 范围内的地物地貌进行航拍。对于500m 范围外项目驻地、拌和站等大临设施区域，专门进行补拍，整体掌握现场三维实景情况，减少策划修改，于施工前记录全线原始地形地貌，掌握关键性施工资料[2]。

2.3 大临设施三维建模及电子沙盘制作

秉承策划先行的理念，对大临设施、施工便道进行提前规划。利用BIM 软件对大临设施进行1∶1 建模，并利用模型进行碰撞检测、三维技术交底，减少实际施工中可能出现的问题。

高精度的倾斜摄影模型往往文件过大，不利于展示整体形象。项目结合实际地形地貌，结合倾斜摄影、实测数据及现有路线信息，利用BIM 软件制作项目整体电子沙盘，为项目施工部署提供全面指导，并将临建模型载入电子沙盘。再结合现场实际切实指导现场施工布置，做到在项目施工前期对大临设施及便道建设进行完善设计，之后依据实际情况进行优化，在此基础上布置临建、便道，并进行填挖计算、工程出图，达到“所见即所得”的目的，减少施工过程中因前期策划不到位造成的返工、窝工现象。

2.4 模型碰撞检测

项目通过利用BIM 软件检测模型中存在的碰撞，及早发现施工过程中可能会出现的碰撞问题，将问题解决在前期策划阶段，相较传统图纸审阅大幅减少审阅时间，并提高主体结构物预留预埋准确性，减少施工中可能出现的碰撞变更，使工程质量及工期得到有效保障。

2.5 可视化交底

根据设计图纸及方案要求建立相应BIM 模型和虚拟样板，利用BIM 数字化、信息化手段将方案中成熟的施工工艺流程及规范要求通过动画交底的形式表达出来，对方案进行直观模拟，更加清楚明了地控制关键工序，全面提升质量意识及整体施工水平。同时灵活运用二维码，扫码即可观看交底动画和查看实体构件浇筑日期及负责人信息，做到随扫随学，随扫随知。

制作可视化交底时，工程施工、技术管理部门应层层把关，将交底视频及各工序构件做实做细，实现一个项目制作，同类型施工项目均可复制使用，积累优秀施工经验，并最终形成一套标准化可视化交底流程，便于在内外部进行BIM ＋数字化施工经验推广，响应当前可视化、信息化和智能化施工，全面提升施工管理水平，优先做到精细化施工管理[3]。

2.6 BIM+数字管理平台应用

项目采用中交简石数字科技（苏州）有限公司的BIM+数字项目管理平台，实现了项目建设施工进度管理、施工成本管理、人员管理、安全质量管理等。通过对建设项目进行建模并上传至平台，导入工程模型及图纸设计参数，管理人员通过手机端“一公局BIM平台”APP，对现场施工进行工序报验、安全质量信息管理、方案及交底情况查询、机械和人员进场情况全面掌握，同时将隧道有毒有害气体监测、高边坡监测、空气质量及噪声监测等监测终端接入平台，有利于管理人员对施工计划、现场施工安排的及时纠偏，保证施工工序的安全、有序开展，确保按时完成施工任务。项目创新应用BIM+经营成本管理模块通过生产经营平台将模型构件与造价信息进行关联，可以直接生成工程造价表，相对比常规项目，减少了重复工作、优化了信息流通速度，做到了成本的精准核算。

根据“建管养一体化”指导思想，项目数字管理平台率先将BIM 模型信息与平台数据进行绑定，实时收集整理建设信息，为后续管理、养护积累数据提供依据。创新考虑“永临结合”，将高边坡数字化监测于路基施工时就进行布置，并接入BIM+数字管理平台进行实时监测，既加强了施工过程中的变形监测，又便于后续管养过程中的持续监测，打造智能化、数字化高等级公路[4]。

3 BIM 技术应用效益

3.1 技术方面

山岭丘陵，地形复杂，相比以往同类项目容易出现前期策划不够精准，现场勘测敷衍了事不全面，甚至出现较大错误。通过前期采用无人机倾斜摄影、电子沙盘创建等BIM 信息化技术，对现场整体情况有一定的了解，减少了人员、设备的投入，避免了大临建设、便道建设的返工或不合理规划。通过倾斜摄影结合土石方控制，在后续路基施工中更便于项目实施精细化管理，利于加强土石方工程进度、质量控制；通过精细化建模，更有利于提升桥梁、隧道施工精度，便于现场技术人员利用模型进行质量管控以及预留预埋控制。

依据项目实际施工进展，建立常用构件、标准化安全防护设施设备族库。随着项目持续推进，后续族库的不断完善，BIM 信息化技术应用效率将大大提高，形成可复制可推广的一套BIM 信息化技术应用经验，特别是在同类型山岭丘陵地形项目，BIM 信息化技术应用的优势将更加明显，项目管理水平将大大提高。

3.2 经济方面

通过一系列BIM 信息化技术手段的应用，项目前期工作开展极为迅速，并对大临设施、施工便道规划方面进行了优化，使其基本全部选用红线用地，克服了山岭丘陵地形、水文条件复杂、场地狭窄等不利条件，严格按照集团及地方要求进行了切实可行的前期策划，并通过BIM 数字化、信息化技术手段的应用，对前期设计变更提供了有力支撑。在满足工程要求的前提下，合理降低了大临设施、施工便道的工程量，节约了施工成本，大大提高了项目整体经济效益，前期施工进展相较同类型项目，施工进度提速50%，为项目施工提供了有力保障[5]。

3.3 绿色施工方面

在充分考虑安全、质量、进度、造价等影响因素下，通过BIM 信息化技术应用，利用倾斜摄影与BIM模型结合，1∶1 模拟还原施工过程进展。根据现场场地实际情况，如周边道路、居民聚集点及施工用水等，在保证使用要求的前提下，减少临时用地面积，合理安排大临设施及便道便桥施工顺序，避免因施工安排不到位对环境、文物保护点造成二次破坏。同时，通过可视化模拟合理选用机械设备、施工工艺，从源头最大限度地减少因施工对周边环境可能造成的影响，从而实现绿色施工。

4 结语

利用BIM，通过全员参与加强了项目内部信息沟通，为项目前期策划及施工管理提供了有力支持。三维模型的建立可提前发现项目设计问题，节约工期，使关键线路施工得到保障。倾斜摄影的应用为项目决策、策划提供了更多参考依据，使决策更加合理、准确、有效。隧道有毒有害气体检测、高边坡检测系统、智能压实系统等各项数字化、智能化设备的应用，使项目全生命周期管理更加合理完善，在节约施工管理成本的同时，为“建、管、养”一体化协调发展创造了条件。

目前，BIM 信息化技术在高等级公路建设中的应用仍处于初级阶段。依托实际项目施工对BIM 信息化技术手段应用，可以明显了解基于BIM 信息化技术应用项目相较于同类项目在技术、经济、绿色施工方面均有了较大提升，相信通过后续施工中的不断尝试、创新，将劳务人员实名制管理、大型设备管理、隧道安全步距监测、隧道有害气体监测、无人机巡检等多方面信息手段更加深度融合，BIM 信息化技术必将给高等级公路建设带来更多的惊喜与可能，基于BIM信息化技术的精细化管理必将逐渐替代原始粗放的生产模式，成为基建的新方向。