BIM技术在沈海高速公路海口段施工阶段的应用

李广合

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

一、引言

目前公路工程信息化水平较低，在建设过程中，各方产生的信息协同效果不明显，而BIM技术为公路工程全生命周期信息化管理提供了有效载体。通过BIM技术，在设计阶段可以实现设计数据的统一管理，在施工阶段可以实现建造的构件化精确管理，在运维阶段可以实现建筑物的智能化运维及设施管理，同时，依托BIM模型，打破业主、设计方、施工方和运维方的隔阂，实现基于BIM的全生命周期管理。

施工阶段作为公路工程信息化建设的重要阶段，通过BIM模型，精准提取工程量，配合合理的工程合同、完善的组织设计和严格的限额领料，可制定出合理的目标成本，配以健全的目标成本管理制度，可最大程度发挥BIM在成本管理上的优势。安全、质量和进度是施工过程中业主最关注的要素，BIM能够最大化发挥其在精细管理中的优势。同时，在施工过程中引入监控监测，方便业主及代建方提高建设管理效率。

本文以沈海高速公路海口段为例，将BIM技术应用到公路工程的施工阶段，在道路建设过程中采用了参数化建模，对全线待建工程及施工方案进行了碰撞检测及优化，并利用数字化手段对施工方案进行了展示，同时基于BIM模型对涉铁部位及改道部位制作场景模拟，有效提高了施工质量和交付效果。

二、项目概况

沈海高速公路海口段是G15沈海高速、G75兰海高速在海南的“最后一公里”，是海南省高速公路连接全国高速公路网的唯一通道。项目对推进海南自由贸易试验区和中国特色自由贸易港建设具有重要意义。本项目起点位于新海港区附近，起点接新海港区主车道，上跨滨海大道后南转，沿既有粤海大道，疏港公路向南高架，穿火山口地质公园，终点设置在G98环岛高速公路以南约400m处，与美安科技新城内部道路顺接。

项目全长13.727公里，特大桥梁6座，涵洞1道，共设置新海、海秀、椰海、美安4处枢纽互通；采用桥梁高架方式建设，设计时速为80km；整体式路基宽度为33.5m；整幅式桥梁宽32.2m；分幅式桥梁2×16.25m；分离式桥梁16.25m；采用“代建+监理”一体化建设模式；施工工期约2.5年。

三、BIM技术的具体应用点

施工阶段主流的BIM应用分为两类：第一类是与项目的整体进度有关，包括缩短工期、降低工程造价、提升项目质量等。第二类体现在项目单个任务的效率方面，可以通过模型提高施工图的绘制效率、通过BIM在工程量方面的优势提高预算水平、通过对构件的细化管理提高项目的监控监测。本文在沈海高速公路海口段施工中，根据项目自身特点，在参数化建模、施工方案优化、进度管理、监控监测等方面做了一些尝试。

（一）参数化建模

参数化是指通过设置参数的形式在模型中建立各个建筑结构图元之间的关系。参数化建模本质是构件的组合搭配，参数化建模相对于传统建模有不少优势。比如通过修改参数值，平台软件快速、准确编辑与生成一类虚拟构件。另外，它还可以把构件的详细信息生成表格，方便算量与统计，可以大大提高与现场工程师的沟通效率。

1.平台的选取

目前，国内各大设计院及施工单位的主流建模软件为Auto Desk公司的Revit系列软件；Bentley软件公司的基于Micro Station的各专业产品；Dassault公司的Catia系列软件。在沈海高速公路海口段项目中，主要采用了基于Micro Station平台的Open Road Designer产品，针对桥梁及路面进行了参数化建模的尝试。

2.参数化库

在沈海高速公路海口段项目中，针对路基、路面部分，首先，严格按路面结构设计图创建横断面参数化库，包含路基路面结构层、路缘石、绿化带、填挖方边坡等组件，建模过程利用参数化模板，拾取总体平面图中的加宽边线，在BIM模型中实现人行道的加宽。其次，对各式挡墙墙高、墙背坡率、趾宽、底宽等创建参数化库，满足建模中快速生成不同尺寸挡土墙要求。针对桥梁上部结构，创建现浇连续梁参数库和钢箱梁模板库，实现BIM快速建模。针对桥梁下部结构，创建本项目专用的参数化库，涵盖柱式台、肋板台、扶壁台、座板台、U台、柱式墩、薄壁墩、空心墩、实体墩、门式墩、花瓶墩、桩基与扩大基础、方形承台、倒角承台、鼓型承台、框架承台等类型。本项目主线桥墩、辅助墩、匝道桥墩总计约1000余个，通过总结桥墩的形式和变化规律，参数化桥墩15种，通过建立参数化库，大大减少了建模过程中的重复输入，提高了建模的效率，参数化库界面如图1所示。

图1.参数化库界面

3.碰撞检测

本项目全线桥梁上部结构包含小箱梁、现浇连续箱梁、钢混组合梁等形式。根据经验，本文选取了具有代表性的新横海路跨线桥第7联钢混组合梁进行细化建模，如图2所示，并进行了碰撞检测应用，通过筛查软件生成的近千个碰撞点，将碰撞结果反馈给设计部门和施工单位，提前预判了碰撞问题，有效降低了施工成本。

图2.新横海路跨线桥第7联钢混组合梁细化建模图

（二）施工方案优化

利用BIM技术在方案展示中的优势，将3DMax与BIM模型进行融合，弥补二维图纸表达不清楚的缺陷。

1.场地布置

场地布置是在项目施工前，通过三维BIM模型和GIS底图，精确模拟场地区位信息，如图3所示。利用三维建模软件的优势，直观地提前预判场地布置的优势和不合理之处，合理分配施工要素的空间方位，优化施工方案。

图3.场地布置模拟

2.施工工艺模拟

利用真实尺寸的BIM模型，制作了桥梁移动模架施工、下穿铁路桥段施工、大体积承台开挖施工等施工工艺模拟动画，可用来对施工技术方案进行综合论证，以及可视化交底，如图4所示。

图4.施工工艺模拟

3.交通导改方案模拟

利用BIM模型模拟了美安互通施工期间的交通组织疏导方案，直观展示施工期间的围蔽结构布设情况、规划车流方向，模拟了导改方案实施全过程，有利于总承包部与交管部门进行汇报沟通以及技术交底。交通导改方案模拟如图5所示。

图5.交通导改方案模拟

4.虚拟仿真模拟

基于游戏引擎开发了本项目的虚拟仿真空间，不借助第三方眼镜，直接实现交互式三维漫游模拟场景。任何不熟悉现场的人员可自行控制漫游现场，身临其境地查看道路及周边场景，如图6所示。

图6.虚拟仿真模拟

（三）进度管理

以4D方式形象地模拟施工进度，便于管理人员组织决策，提高工作和沟通的效率，减少因交叉造成的工程返工，节约人力和物力。本项目因处于海口市区，桥梁工程规模大、预制数量类型多，工期紧，任务重，交叉作业面多，管线复杂，施工组织复杂，安全生产压力大。通过对P6进度软件与BIM构件相挂接，并对模型进行轻量化处理。实现了基于B/S架构的4D施工工序模拟，支持云端查看施工进度及人员、资金调配曲线，有效控制施工工期及成本。

图7.项目第5标段控制性工程椰海互通云端进度展示

（四）监控监测

通过将BIM构件与实验室监测系统关联，实现对试验机和拌和站数据的在线监控，实时把控超标记录。对试验机联网，实现混凝土、钢筋、水泥、砂浆等的不合格记录基于构件级的可追溯查询；对于混凝土拌和站，实现动态监控、统计报表和统计分析。并实时将混凝土记录与BIM构件挂接，最大化实现BIM的价值。

四、结语

本文以沈海高速公路海口段施工阶段工程为例，证明了采用BIM技术后，可有效提升道路施工过程管理水平及技术交底效果；该技术能够对重点部位进行碰撞检测，及时发现图纸中的问题，大大减少施工现场的调整，进一步提高了施工效率；通过BIM技术可快速优化方案，有效提升管理能力和管理水平，同时优化了管理效率和管理流程，节省了工期，降低了施工成本；通过施工进度模拟，提前发现施工中可能出现的平面布置、施工组织、安全文明等易错点，进而优化场地平整方案，利用三维模型和视频进行技术交底，更为直观、易懂。

总而言之，BIM平台作为一个前瞻性技术平台，能够通过施工前的虚拟模型施工，有效避免施工中的冲突及碰撞问题，对施工企业来说具有革命性的突破，有着广泛的应用前景。