【摘要】搭建基于BIM技术的施工管理平台，可以有效加强对监控量测、质量、安全、进度、投资、档案等工程环节和要素的管理。本文以宜长高速公路江苏段的三座隧道和深路堑施工信息化管理为依托，探索如何在高速公路施工中应用BIM技术，帮助提升项目管理精细化。本项目通过BIM技术，实现了项目管理活动中主要业务的数字化，建立起项目基础数据之间的逻辑关系，并为成本管理信息系统、物资管理系统提供中间数据，降低现场数据填报工作量，保证基础数据采集的真实性、时效性，使得项目管理精细化管理深入、有序推动。
【关键词】BIM技术 智慧工地 安全质量
— 项目概况 —
项目基本信息
宜兴至长兴高速公路江苏段YC-YX2标为高速公路建设项目，标段里程长度为10.453km，合同额为8.87亿元。主要工程包括张渚服务区、云湖互通、主线收费站、岭下一号大桥、岭下二号大桥、庙山一号隧道、庙山二号隧道、楼下大桥、葡萄岭隧道。工程由中交二公局第三工程有限公司承建施工。
项目难点
（1）本项目三座隧道工程分为中、长两种隧道，地质条件多为IV、V级围岩，并且有浅埋段隧道施工，对总体施工组织要求较高，本项目要求三座隧道，六个洞口同时施工，对机械施工配备、人员队伍组织、施工场地布置均提出较高要求，项目在施工过程中面临质量、安全、环保、消防等各环节的管理要求，拟通过BIM模型应用、BIM施工管理平台、BIM 信息化手段、施工方案模拟、三维可视化交底等措施解决三座隧道施工组织困难，施工安全隐患大等施工难题。
（2）本标段深路堑、高边坡施工，结合地质报告显示情况，以及项目所在地情况调查了解，本地区深路堑开挖具有较高风险，如何加强过程施工预测预警，确保开挖工艺合理规范，及时稳定作业面，是施工过程中的主要难点。拟通过BIM技术加强对高边坡施工监控，降低安全风险。
（3）庙山一号、二号、葡萄岭隧道洞渣约100万m³，其中路基土石方总量约140万m3，如何保证隧道洞渣的综合利用是本项目的一大难题，拟通过BIM技术对洞渣运输模拟，从而找到最优调配方案。
（4）庙山一号隧道、庙山二号隧道、楼下大桥、葡萄岭隧道，四个主体结构形成了桥隧群，也是标段内比较突出的特点、施工条件相对困难的部位。现场地方道路较少、等级较低，进入重山区后各类交通严重受限，且葡萄岭隧道、楼下大桥部位居民密集，该段落整体施工条件非常差。隧道贯通前，楼下大桥预制箱梁无法运输安装，前期的及时启动相对关键，施工便道、场站、作业区的合理规划较为关键。拟通过BIM技术对项目施工进度进行模拟，合理调配资源，确保施工组织方案达到最优。
应用目标
通过使用BIM技术，解决隧道、高边坡及桥梁施工质量、安全、进度等项目难点问题，降低施工质量安全隐患，合理调配资源，节约项目成本，加快项目施工进度。总结BIM技术在隧道及深路堑高边坡监控量测等应用，为公司及局积累BIM技术应用经验。
— BIM技术应用方案 —
应用内容
（1）BIM模型应用：
- 1）图纸问题报告：对设计图纸进行审阅，检查图纸问题，并整理形成问题报告，辅助图纸会审；
- 2）碰撞检测：利用创建的BIM模型，对项目主体进行检测，分析主体部分碰撞冲突，并形成碰撞分析报告；
- 3）施工场地三维布置：结合图纸及现场布置、周边环境，创建施工场地三维布置BIM模型，对场地布置及周边环境进行模拟分析，保障施工场地布置合理。
- 4）施工方案模拟：对施工中的重要施工技术方案，利用BIM技术制作三维可视化动画，模拟施工工艺，论证方案的可行性；并利用模拟动画对现场技术人员及工人进行交底，提高交底效率及质量；
- 5）虚拟漫游：利用创建的项目BIM模型，结合BIM漫游软件，对项目整体及各区域进行漫游，进行可视化项目检查。
（2）BIM GIS电子沙盘制作
利用BIM GIS制作电子虚拟数字沙盘，可对项目整体进行展示。
（3）建设“智慧工地”BIM协同管理平台
- 1）安全环保管理：搭建安全巡检、危大工程管理、危险源管理、视频监控、环境监测等模块，进行安全环保全方位管理。
- 2）进度管理：搭建斑马进度、协筑、人员定位等模块，结合BIM系统进行进度管理。
- 3）质量管理：搭建质量巡检和实测实量，进行现场智联管理。
- 4）成本管理：搭建物料验收系统结合BIM系统进行成本管理。
智慧工地看板图
应用策划
（1）软件配置
建模过程主要使用Revit、Civil 3D等软件，实施过程主要是基于BIM 5D平台进行。
表2 软件汇总表
（2）项目BIM团队主要人员介绍
表3 人员职责表
— 实施过程 —
应用准备
组织项目BIM小组成员进行建模软件的学习及相关培训，编制《BIM技术工作大纲》《建模命名编码标准》《BIM技术应用实施管理办法》。
实施的过程
（1）模型创建
- 1）三维地形图建立
- 项目地形采用无人机航拍，激光雷达扫描地形数据，创建三维地形曲面，再结合卫星遥感图片构件真实的三维地形环境。
三维地形图模型图
- 2）地质模型建立
- ①地质纵断面构建地质面层：在Civil3D中地质纵断面作为路线的纵曲线，地质断面平曲线作为路线的平曲线，创建道路路线，将其转换为三维要素线。
- ②钻孔桩数据修正地质面层：将钻孔数据处理成各个地质面层对应的点编组，通过各地质层的三维要素线和对应的点编组文件创建该地质成的曲面，提取相邻两个曲面中间层部分为地质三维模型。
- 3）地质模型应用
- 以围岩等级等地质条件为判断依据，自动进行风险等级识别，并在模型中用不同颜色标识施工区段的风险程度。在BIM模型中，预先设置一个步距值，在掌子面与前方岩性变化段的距离在预先设定的步距值范围内，将前方岩性变化数据以图表形式推送至责任人处，达到提前地质变化预警效果。
- 4）隧道横断面
- 本项目隧道共有10种断面形式，制定构件的唯一名称和编码后，在Revit中创建构件族闭合曲线，形成10种族样板。
- 5）模型拟合
- 根据路线设计的缓和曲线，用Dynamo将隧道标准断面进行拟合。
（2）BIM GIS电子沙盘创建
首先利用3D GIS技术将地形采用DEM DOM叠加生成GIS模型，后将BIM精细化模型与GIS模型融合，生成BIM GIS电子沙盘模型。
BIM GIS电子沙盘可实现：
- 1）BIM GIS电子沙盘搭载到BIM技术管理平台进行展示；
- 2）BIM GIS电子沙盘可进行地表数据（包含高程、面积、淹没范围等）的提取；
- 3）可实现BIM模型与数据的挂接；
- 4）可实现在电子沙盘中查看单独BIM细部模型。
（3）BIM技术管理上的应用
利用BIM技术的直观性和可模拟性，辅助项目进行图纸会审、方案论证及技术交底，提供技术管理效率和质量。
- 1）图纸问题审查
- 在模型创建之前，BIM工程师将对项目图纸进行整体审阅，审查图纸的完整性，标注不统一等问题，整理形成一期图纸问题报告并提交。
图纸问题审查报告图
- 2）BIM碰撞检测
- BIM建模的过程就是模拟建造的过程，也是审图的过程，BIM工程师在建模过程中就可以进行合理性检查，能够找出大部分传统审图过程中能够发现的问题，模型建完后通过多专业的模型协同比对，在三维可视的环境下，更容易发现图纸问题，再结合碰撞检查功能，可以规避更多的图纸问题。
- 3）施工场地三维布置
- 根据现场实际施工情况，本着合理利用空间及施工安全、“少占地、少拆迁、少扰民、注重环保和减少对既有道路交通的干扰”的原则，合理的场地布置是保障施工部署的前提。
- 通过利用BIM技术创建的场地三维布置模型，可对施工平面组织、材料堆场、现场临时建筑及运输通道进行模拟，调整施工机械的安排，使现场布置更加合理。
施工场地三维布置模型
- 4）施工方案模拟
- 施工方案与BIM技术结合，通过三维模型进行方案优化，使各项方案得到一个直观的表达，通过三维模型进行模拟，可更加直观地对方案做出调整。
（4）“智慧工地”BIM协同管理平台搭建
- 1）总体思路
- 搭建基于BIM技术的施工管理平台，对本项目的三座隧道和深路堑施工实现信息化管理，加强对监控量测、质量、安全、进度、投资、档案等的管理。同时，项目管理活动中的主要业务及所使用的基础数据在本系统中实现，建立起项目基础数据之间的逻辑关系，并为成本管理信息系统、物资管理系统提供中间数据，降低现场数据填报工作量，保证基础数据采集的真实性、时效性。使得项目管理精细化管理深入、有序推动。
- 2）安全生产管理
- ①安全巡检
- 通过巡检机制，可有效记录现场安全管理业务细节，所有工作环节规范化。整改工作责任到人，防止发生互相推诿事件。同时项目及公司层领导也可以通过手机实时监控现场的安全隐患状况，重大隐患随时提醒到手机上，做好事前控制，防患于未然。
- ②数据统计分析
- 系统提供强大的数据分析功能，可按照责任人、分包单位、责任区域、隐患趋势等多维度对现场的检查数据实时分析，并形成分析报表作为公司管理决策的依据。分析数据可通过手机端或电脑端实时查看，以保证相关领导实时掌握现场安全管理现状。
- ③设备管理
- 对现场设备进行基于BIM的设备管理，系统中所有机械，均以唯一的“二维码电子身份证”进行全面覆盖，做到一机一证（并安装区域定位设备），形成施工场区内人员进出场、违章记录、场内位置信息等数据记录，机械的维修记录，设备操作状态、位置信息等可以查询，及定期保养时间自动提醒。
- ④视频监控
- 视频接入，智慧工地平台目前只对接海康威视视频监控系统，本项目在施工现场安装视频监控系统，可直接接入BIM 智慧工地系统。
- 系统建成后，可以对工地各区的关键要害部位、重点区域等的现场情况进行24小时实时监控。对每个进入监视区域的人、进入时间、离开时间以及在监视区的活动情况都会有清晰的显示。全方位摄像机则可以对较大范围内的情况进行监视。
- 3）进度管理
- 打通智慧工地平台和BIM建造平台，实现智慧工地与BIM建造的互联互通和数据应用，通过项目进度管控、人员管理、现场可视化管理，逐步实现进度提前目标。
- ①斑马进度
- 通过实时动态更新项目生产进度管理的目标执行情况，网路计划、形象进度、产值进度等，辅助项目生产管理人员进行科学决策分析。主要功能包括：开累进度分析、计划完成产值分析、项目网络计划以及现场形象进度。
- ②项目协筑
- 项目协筑管理包括文档管理、任务管理和模型协作。其中，文档管理：文档资料版本管理，信息共享，在线浏览等。任务管理：整体项目范围内多方以及与项目外部单位多方间的信息沟通与工作协作。模型协作：基于BIM模型的版本管理、在线浏览以及问题协同等。
- 文档管理，结构化的文档管理，50余种建筑行业常见文件格式在线预览（Office、pdf、dwg、rvt、nwd等，无需在本地安装专业软件）。
- 任务管理，自由定制、编辑任务流程，设置任务起止时间、指派任务执行人，实现任务自动流转，记录操作痕迹，使任务得到有效跟踪和处理。
- ③施工进度模拟
- BIM技术的另一大特点即为可模拟性，通过将BIM模型与施工进度计划进行一对一关联，即可按照时间的先后顺序模拟项目施工过程。同时，利用模型提取的构件混凝土工程量，并结合定额人才机，则可以分析出不同时间段所需要的人才机消耗量，并生成相应曲线。这样，一方面可使项目经理更清晰判断施工进度计划的合理性，另一方面，也给后续施工中的物资备料提供有力的参考。
- 4）质量管理
- 通过手机端现场检查、整改通知、回复和复查，将质量管理履职履责全程在线，同时掌握项目部各关键部位实测实量情况。
- 本系统架设在智慧建造云基础平台上，与物资进出场验收管理、安全管理、视频监控等子系统深度集成。通过系统建立施工企业质量管理数据仓库，以此为基础通过信息化手段实现现场质量检查、整改、复查等业务智能流转。从而实现公司对项目质量状况实时监控、自动生成业务表单，最终通过大数据的手段，对本企业所有项目安全管理状况进行指标分析、趋势分析，为公司决策提供数据依据。同时系统提供了实测实量、图纸管理等功能，及时记录施工质量过程数据同时提升一线岗位人员的工作效率。系统采用BS架构，分为PC网页端和手机APP端，PC端用于维护基础数据仓库，打印业务表单，安全数据分析等工作。手机APP端主要用于现场的安全检查、整改、复查等工作。
- 5）成本管理
- BIM模型上记载了模型的定额资源，如混凝土、钢筋、模板等用量，可以按照分项、流水段统计所需的资源量，作为物资需用计划、节点限额的重要参考，将物资管控的水平提高到分项、流水段级别。
- 在项目施工过程中，处理向业主方的报量、审核分包工程量是合同管理过程中频繁发生处理过程，期间涉及到大量的现场完成情况的确认、工程量的统计及计算。利用BIM5D中记录的完成情况、现场签证情况，商务人员可以快速统计已完成部分的清单工程量，快速完成向甲方的进度款申请及分包工程量的审核。
- 在BIM5D软件中，可实现构件与预算文件、分包合同、施工图纸、进度计划等相关联。支持多维度筛选统计清单工程量、分包工程量。
- 6）档案管理
- 利用统一的云端服务器，对项目的海量信息、资料、文档进行综合管理，并可针对项目的不同参与单位或个人，设置不同的访问权限，实现具有信息的安全存储、集中管理、快速分发和多方共享协同；通过网页端、移动端等各个终端，可以随时访问工程项目文件，了解动态的项目进展，辅助项目决策。
— 应用总结 —
效果总结
（1）隧道及深路堑高边坡施工利用BIM技术进行三维可视化技术交底，作业营地场地布置模拟，监控量测、质量管理、安全管理等，有效降低隧道施工风险，提高隧道施工质量。
（2）对隧道洞渣运输方案进行模拟，结合隧道及路基施工进度将隧道生产的洞渣合理调配到路基填筑，加快了项目施工进度，节约项目成本。
（3）利用BIM技术进行施工进度模拟管理，合理调配资源配置，有效提升项目施工进度。
方法总结
（1）应用方法
输出《隧道BIM建模总结》《桥梁BIM建模总结》《BIM技术在高速公路应用总结》《BIM技术在隧道及深路堑高边坡监控量测应用总结》等总结性报告。
（2）人才培养
本项目通过参与建模工作培养三名建模工程师，通过负责项目BIM技术实施，各部门沟通管理培养了一名项目BIM技术管理员。合同部通过日常结算查看工程量及工程进度培养了一名计量工程师。安全部通过指定一名专职安全员全面负责安全管理模块正常运行，培养了一名熟悉BIM技术的安全管理人员。现场技术员通过日常生产应用，均熟练掌握BIM技术在现场的应用。
（3）社会效益
随着近几年BIM技术的兴起和发展，已在工民建、地铁等领域得到广泛应用，但BIM技术在高速公路建设应用较少，本项目应用BIM技术，在项目质量、安全、进度、成本、档案等方面全面应用，且将山岭隧道及深路堑作为重点应用范围，深入研究监控量测及深路堑结构安全监测预警，以及隧道地质超前预警，为后续高速公路施工提供指导依据，具有较好的推广应用价值。
整理：邰侠
设计：祁明亮、刘红霞
监制：陈鲁遥
来源：广联达新建造
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