BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用

武杨楠

(山西交通控股集团有限公司运城南高速公路分公司，山西 运城 044000)

0 前 言

高速公路项目施工工序复杂，且建筑周期过长，因此一直以来都难以较为精准地对其施工成本及质量进行控制。而随着BIM技术在高速公路项目中的大范围使用，可以有效地在工程建设期内对施工项目进行监管，解决了以往一直困扰施工人员的问题。正因如此，交通运输部于2017年12月印发了《关于推进公路水运工程应用BIM技术的指导意见》，旨在全面提高工程建设质量，为行业发展提供源源不绝的动力。

1 工程概况

山西省某绕城高速公路工程全长13.042 km，其中涉及到大型桥梁工程6座，总建筑长度1 784.5 m；中型桥梁工程7座，总建筑长度406.2 m；特大型桥梁工程1座，建筑长度1 591.58 m。另包含匝道桥6座、箱涵19道、互通立交3处、圆管涵46道，以及服务区1座。工程开展期间，挖方路段工程总量为7.5万m3，填方路段工程总量289万m3，建筑周期为26个月。

2 施工方案优化

2.1 原设计方案

项目开展期间，为了遵循“绿色建筑”理念，避免对当地自然生态环境造成较大改变，本工程在充分征求山西省某县级政府意见后，决定采用60 km/h的设计时速来对高速公路的施工标准进行控制。其中主线路段为双向四车道，每条行车道宽度为2×3.75 m，路基宽24.5 m，中间设置1条宽度为1 m的分隔带，右侧硬路肩宽3 m，与行车道横坡同为2%，左侧路缘宽0.5 m，土路肩0.75 m，横坡4%。

2.2 采用BIM技术对设计方案进行优化

采用BIM技术对施工设计方案进行优化的过程中，首先利用无人机测绘技术来对现场施工路线进行模拟，便于BIM系统建立三维立体模型，从而通过碰撞检测等多项技术对施工设计进行优化。采用无人机测绘的过程中，需要保证无人机高度维持在1 000 m左右，将现场地形完整地测绘下来。此外，施工单位需要结合设计图纸、现场地形图等相关资料进行实地走访，并对各个测区的像控点进行标记，以确保无人机能够通过GPS实时差分PTK设备沿路线进行逐一测绘。现场控制点间距需要与施工图纸之间按照1∶1 000的比例进行分布，以保证无人机测绘图像的精确性。无人机绘制的本工程实际施工线路如图1所示。

图1 山西省某绕城高速公路示意图

完成无人机测绘之后，将保存下来的图像输入到BIM系统中，形成立体的三维结构模型，并利用VR技术对该施工现场全貌进行模拟，从而对材料堆放区域、钢筋加工场以及现场指挥中心等区域进行规划。同时，在施工现场各个关键节点处安装监测设备，以便于后期施工对公路项目实施平台化管理。随后施工单位即可基于无人机测绘的二维空间平面图设置3D数字沙盘结构，以便对原定施工设计进行优化[1]。

该绕城高速公路项目通过3D数字沙盘实现，原定设计方案在建设开展期间会占用原有城区的一部分使用土地，为了响应国家“绿色建筑”号召，减少施工过程中的成本损耗以及相关影响，本工程对设计方案进行了优化调整，具体措施为沿城区已有公路部分设置高架桥建筑，在已有公路中间及其沿线两侧分别设置宽度为3 m的桥墩，建成后的高架桥公路双向道路中央预留出3 m宽的中央分隔带，如此一来不仅可以减少对旧城区的占用面积，而且避免了施工期间需要对路面以及地下管线设施进行重建工作，缩小了施工成本。另外，此工程原设计方案中公路主干线主要集中于道路的东西两侧，并设置了较小的平面半径R=300 m平曲线用于横跨公路交叉口。调整后将高速公路匝道转弯半径设置为320 m，使其通往高架桥时的公路跨径达到80 m，从而减少了对该项目原有区域地块的分割。经优化调整后的建筑工程方案如表1所示。

表1 优化设计方案对比

通过以上方案可以看出，经过调整后的施工设计方案对于城区造成的影响得到了进一步缩小，原定计划中用于旧城区拆迁及改建的成本支出大约在3 210.2万元，经过优化调整后支出成本缩小至2 660.6万元，并且经过调整后的方案由于使用了一部分原有公路的建筑基础，因此在工程造价、景观协同以及道路排水设施方面更加经济合理。此外该工程还使用了BIM碰撞检测技术，对原有施工方案中的钢筋、梁体钢筋、预埋件、预应力管道等构件进行了碰撞检测，共发现了8处不合理碰撞点，于是在调整梁体钢筋位置后对以上几处碰撞点进行了复核，成功排除了施工中可能出现的设计变更问题，进一步保证了施工质量的有效提升。

3 施工质量控制

除了在施工开展之前对项目设计方案进行优化之外，BIM技术独特的建筑优势是可以贯穿整个项目建设周期进行质量管理。由于该绕城高速公路项目中设计到的排水、桥梁、管涵众多，为了保证各个建筑项目参数不会出错，在施工开展期间质量管理人员可以随时使用智能移动终端设备对建筑工程构件进行拍摄，将保存下来的图像上传至BIM数据库当中，与3D沙盘中的立体模型进行重叠对比，可以保证工程构件的建筑参数准确无误，从而避免了施工后期进行大范围返工造成的损失。除此之外，在设计某些管涵构件的施工时，也可以由BIM系统直接向管涵的生产厂家运输至管道的准确数据，由其进行统一预制后运输至现场进行安装，不仅提高了施工效率，而且避免了人工操作容易产生误差的情况[2]。

4 施工进度控制

使用BIM技术对工程项目进行管理时，施工单位可以将每一道工序分为若干节点，穿插时间要素来建立BIM 4D模型，从而对施工过程实施动态监管。在这一模式下，BIM平台可以自动对施工过程进行模拟，结合人力、机械、材料等不同要素来计算施工周期的长短。并且在此过程中如果出现人工手动调整进度计划，则系统会做出相关反应，对后续的施工进度进行自动更新调整，并在现场进度与原定计划之间无法进行重叠时，向人工发出提示和提供相应的调整变动方案[3]。

5 施工成本管理

加入成本信息要素的BIM 5D管理系统，首先可以根据人工输入的主要建筑材料来自动核算施工成本，其核算依据是根据3D数字沙盘中模拟的建筑工程总量来进行计算，不仅能够保证计算结果的准确性，而且BIM 5D管理系统还能够支持与大数据中心进行连接，收集建筑市场中的价格信息来核算工程的最低建筑成本，不仅能够帮助施工单位更好地使用资金，而且能够精准地帮助人工制定各类资源的配置计划，保证在最大限度上减少不必要的资源浪费。此外，当建材市场某一主要建筑材料的价格数据出现变化时，系统会同步更新成本数据，以便于施工单位能够对工程成本实施动态化管理[4]。

6 施工部门人员管理

6.1 BIM技术的研发应用

本工程以BIM技术作为创新测试项目，检测现场管理部门对于BIM技术应用的熟练程度。通过前期集中培训、实训指导、业务拓展来开发管理部门全新的工作思路，创造出了一种契合企业发展需求的工作思路。该管理部门通过小组成员结合BIM技术多次协商研讨，最终实现了“一套集成模型，一个共用平台，服务多个部门”的工作目标，使得项目管理效率得到显著提升。

6.2 强化技术储备

本工程虽然最终形成了一套成熟的工作方案，但是由于是独立进行的工作项目，对于一些系统软件的应用技术尚未达到令人满意的熟练程度，因此，技术力量依旧成为了限制工作效率提升的主要因素。为了弥补这一缺陷，本工程在后期采用与高校进行校企合作的方式，引入国内高端的科研力量来共同开展BIM管理技术的开发与应用，从而为企业储备了大批优秀的技术人才。

6.3 加强部门联动

在BIM管理平台的支撑下，本工程最终改变了以往传统的管理工作模式，各个部门之间更新工作理念，主动在工作中展开协同互助，从而在真正意义上完善了BIM管理应用模型。例如物资管理、0号台账利用、试验数据管理、征拆情况统计、工程量计算、成本分析等，均实现了多个部门协同联动，使得工作效率得到了显著提升。

7 结 语

本文首先结合无人机测绘技术讨论了利用BIM系统进行施工设计优化的巨大优势，并依据工程实例证明了其可以有效减少高速公路项目对城镇居民环境所造成的影响，进而分别讨论了BIM技术在成本管理、进度管理、质量管理这三个方面的建筑优势，希望能够对行业发展起到一定的促进作用。

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