BIM技术与绿色公路的完美适配

绿色公路，是绿色交通的重要组成部分，是指按照系统论和周期成本思想，统筹公路建设质量、资源利用、能源耗用、污染排放、生态影响和运行效率之间的关系。统筹公路规划、设计、建设、运营、管理全过程，以最少的资源占用、最小的能源耗用、最低的污染排放、最轻的环境影响，获得最优的工程质量和最高效的运输服务，实现外部刚性约束与公路内在供给之间最大限度均衡。

BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数字化实现工具，通过对工程结构物的数据与信息的集成，在项目设计、建设和运营的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程项目参与各方对各自工作作出正确理解和高效应对，为参建各方提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

贵州省都匀至安顺公路（以下简称都安高速公路），是《国家公路网规划（2013—2030年）》新增的都匀至香格里拉国家高速公路（G7611）的首段，是长江经济带发展规划重点建设项目，也是贵州省《贵州省高速公路网规划》中“第5横”与“第6联”的组成部分，是我国西南地区西昌、昭通、六盘水、安顺等重要城市通往珠三角经济区最近捷的高速公路通道。

项目位置图

都安高速公路由主线及都匀、贵安两条支线组成，项目全长276.324公里，项目初步设计概算批复总金额核定为430.78亿元，是贵州公路史上建设规模和投资规模最大的高速公路项目。

2017年4月25日，依据《交通运输部办公厅关于实施第三批绿色公路建设典型示范工程的通知》（交办公路函〔2017〕552号），都安公路项目正式纳入交通运输部第三批绿色公路建设典型示范工程。

2017年9月12日，依据《交通运输部办公厅关于开展公路BIM技术应用示范工程建设的通知》(交办公路函〔2017〕1283号文)，都安公路项目正式纳入交通运输部第一批公路BIM技术应用示范项目。

沿线地形地质条件复杂，

区域不良地质发育，

对工程建设运营安全影响大、

工程规模大、桥隧比高，

隧道比例大，建设难度大

项目预计有桥梁193座（特大桥14座），隧道63座，桥隧比高达46.207%以上；有26处互通立交，10处枢纽互通立交；与已建和在建高速公路交叉有8条。项目工程规模大、投资规模巨大。可针对性开展复杂地形地貌条件下路基路面、桥梁、隧道、服务设施、组织管理等各个方面的生态环保、资源统筹集约、节能高效等示范应用。

沿线农田稀少，土地资源珍贵，

耕地保护任务重

贵州中部地区主要是山地和丘陵为主，良田稀少，土地资源极其珍贵。拟依托本项目开展土地节约、水土资源保护等环境保护工作，最大限度地节约土地、提高复垦成效，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念。确立区域绿色公路的建设标杆，践行贵州省“生态立省”发展思路，实现资源节约、能效提高、污染控制、环境保护的绿色公路建设目标具有重要意义。

山区地形气候条件复杂，

公路运营安全保障与救援难度大

项目位于山区地质气候条件复杂、公路设计标准多样、桥隧相对密集路段，一旦发生事故,交通疏散和事故应急救援困难。可针对依托工程开展绿色公路交通安全与应急保障技术，从“生态、外观品质、科技人文”等多角度对本项目交通安全分析、交通安全设施方案、公路景观设计深入研究。在满足规范前提下，力争使交通安全设施外观品质、自然景观、人文等多方面有所突破和创新,将高速公路景观与项目沿线优美的自然景观自然融合。

区域资源优势明显，沿线环境秀美，

公路建设生态环保要求高

项目沿线矿产资源、生物资源、水资源和旅游资源丰富，喀斯特地貌形成了独具特色的生态旅游、休闲度假优势；项目线路周围还分布黔南州茶产业基地、龙塘山风电场、都匀市风景名胜区、黄果树、龙宫、荔波等国家风景名胜区。项目建设需与沿线旅游资源、人文、自然景观和谐融合，实现山区高等级公路与自然环境、人文环境和谐共存，将本项目建设成为一条具有贵州地域特色的绿色公路典型示范工程意义重大。

项目建设必须牢固树立“五大发展理念”，在绿色公路中切实落实“四个交通”发展要求，以建设品质优良为前提，以“生态环保、低碳集约、科技高效”为理念，结合贵州都安高速公路的项目特点，因地制宜制定实施方案，实现公路建设的可持续健康发展。

“生态环保”是“绿色公路”的优良品质。要求坚持“最小的破坏就是最大的保护”原则,即崇尚自然理念,主要体现在公路全生命周期生态保护方面。

“低碳集约”，是“绿色公路”建设运营的基本原则。要求提高资源能源利用效率，减少资源能源消耗总量和废物产生量，推进废弃物循环再生利用。

“科技高效”，是“绿色公路”实现的重要手段。要求坚持“因地制宜、实事求是”原则，推广应用国内外先进的新技术、新工艺、新材料和新装备，提升贵州都安高速公路建设品质。

由此，贵州都安高速公路建设将坚持“生态环保”“低碳集约”“科技高效”等理念。

围绕绿色公路“三高”“三低”和“三全”的主要特征，因地制宜，准确把握区域环境和工程特点，结合切实践行“低碳集约”“生态环保”“生态茶旅”“科技高效”等建设理念，统筹公路资源利用、能源消耗、污染排放、生态影响、运行效率、功能服务之间的关系，统筹公路规划、设计、建设、运营、管理全过程，把绿色公路新理念、新技术、新工艺、新方法，贯穿到项目规划、设计、施工、运营、维护等寿命周期全过程。

通过都安高速公路绿色公路典型示范，将总结贵州乃至我国西南地区山区绿色公路建设经验，起到应有的典型示范作用，达到如下建设目标：

建设工程生态化：贯彻“最小破坏就是最大保护、循环利用就是最大节约、自然合一就是最大协调、以人为本就是最大和谐”等生态文明理念，充分利用BIM技术，模拟主体工程与临时工程建设，最大限度减少对地形地貌破坏。

资源利用最大化：统筹规划、合理布局、集约高效，统筹利用运输通道资源，积极推进取土、弃土场与改地、造地、复垦综合措施，高效利用沿线土地，加强弃土、弃渣的综合利用，统筹布设公路施工临时便道、驻地、预制场、拌和站等。

运营管理智慧化：加强现代BIM技术和数字化应用，有效提升建设管理运营智能化水平。

节能减排高效化：积极应用节水、节材施工工艺，淘汰高耗能、高排放的老旧工程机械，因地制宜应用太阳能等清洁能源。

基于绿色公路的总体目标，本项目采用BIM技术，从方案比选优化设计、建设管理智慧化提升、特殊结构精细化设计和复杂施工方案优化等方面有效提升绿色公路建设质量。

方案比选优化设计：通过BIM+GIS的手段，将路线走廊带环境模型准确呈现，然后快速化创建方案级BIM模型开展各方案比选，便于各方案针对地质、影响区、保护区等环境因素，同时辅以工程规模的快速统计。

特殊结构精细化设计：在特殊结构的设计方面采用BIM技术开展构件精细化设计，有效减少现场的返工，有效提高构件加工效率。

建设管理智慧化提升：在建设过程中通过集成设计、进度、质量、安全、环水保、征地拆迁等建设数据，并基于BIM+GIS平台来集成显示数据，有效提高数据的获取效率，提高现场管理决策的准确性。

复杂施工方案优化：现场复杂的施工方案采用BIM技术仿真模拟，有效验证方案的可行性，增强方案执行效率。

施工场地规划：采用BIM+GIS的技术手段研究和规划项目临建场地的布设，从节约土地、降低环境影响等方面减少项目对于生态的影响。

基于绿色公路的建设理念和目标，以及BIM技术应用在绿色公路创建过程中的应用目标，贵州都安项目的应用实践取得了很多的成果，验证了绿色公路建设过程中BIM技术应用的有效性和重要性，具体应用成果如下。

基于BIM的

路线方案比选和展示

依据该项目的1:2000地形图，实测横断面及地面线数据进行三角构网，建立地形曲面、DEM地形数据等，形成数字化的地形。

地形三角构网

BIM基础地面模型

通过将沿线多条既有铁路、重要公路、天然气管道、高压线交叉、城镇规划区、环境保护区、矿区、风景区、不良地质范围（包括褶皱、断层、崩塌、滑坡和顺层边坡）、清水江、桐水河、松敏河、长山河和老棉河等项目重要环境关注点信息和区位位置，在平台上集成形成环境信息模型。

城镇规划区

环境信息模型

通过沿线实际调查和相关主管部门提供的资料，将上述环境对象的范围和相互位置关系添加到地面模型中去，形成环境信息模型。

然后将设计路线中的路、桥、隧道和路线交叉等工程构造物基于环境模型开展方案比选，项目全方位反映桥隧构造物、填挖方规模、高填深挖工点等情况，配合方案决策与设计评审。

在都安项目建设过程中分别对预制T梁和钢结构桥梁预制桥面板采用BIM辅助设计，有效提高了预制件安装的效率，降低了返工。下面以钢结构桥梁预制桥面板为例详细介绍：

钢结构桥梁桥面预制板设计通常只绘制通用图，给出通用构件的尺寸。在项目预制桥面板之前，采用BIM技术创建模型进行虚拟安装，发现剪力钉与预制板、预制板钢筋存在较大的碰撞，桥面板由于受到平面线形影响，桥面板横坡变化，桥面板安装时桥面板与钢梁存在间隙，桥面板不平整、间隙无法填充，板间搭接处钢筋发生碰撞，钢筋调节性差，需要破坏异型接口。

桥面板安装图

桥面板钢筋与剪力钉冲突

因此业主会同设计单位、施工单位对桥面板设计方案进行了变更，调整后的板均为标准尺寸板，采用定型台座、模板和胎架，工人施工较为便捷，生产板出错率能够有效控制。

基于BIM技术的建设管理以数据为核心，BIM技术为手段,基于BIM技术的工程建设管理平台为依托，方便快捷地共享和传递项目设计及建设过程信息，加强对数据集成和信息管理。根据建设期管理工作内容，提供包括进度、质量、安全、成本等常规管理应用。此外还包括项目总览、征地拆迁、环水保监测等针对性的绿色公路建设管理应用,实现公路工程建设全面信息化、可视化。

BIM云平台主界面

基于BIM技术的建设管理平台项目总览，支持在三维虚拟环境下浏览、定位、查询项目工程对象，快速获取属性信息，加深对项目总体工程情况的认知和理解；对建设管理数据高度集成管理和展示，直观反映项目整体或标段进度、质量、安全、成本等方面的情况。

创建BIM+GIS融合的三维虚拟环境实现项目的总览，将工程模型、环境模型、地质区位模型、行政区划、路网水网等集成，并根据施工标段及工作分解结构合理组织模型，方便对其进行管理和快速定位，在项目总览中实现全线BIM模型浏览、信息查询等功能。

项目模型总览

在以大范围三维虚拟环境为基础的BIM信息平台中，各工程模型按标段分别进行组织，模型结构目录树可清晰地获取项目整体的标段划分情况及各标段的工程规模。平台通过目录树及模型属性的挂接，满足了使用者对工程项目总体及细节情况的浏览与查询需要。

查阅模型属性

项目环水保监测以标段为管理单元，通过GIS环境模型的承载能力对区内重要敏感源进行统计和展示，在平台中支持对敏感源详细信息的查看。

环水保监测管理的呈现

平台还支持在三维虚拟环境下自定义环水保监测数据，充分利用GIS信息的展现和管理能力，通过自定义添加环水保监测点，并以此为基础承载监测数据，方便环水保监测数据的管理和共享。

基于BIM的征地拆迁管理将用地红线表示在环境模型中，然后根据征地进度将已征区域用颜色区块标志出来，整体反映项目土地征用进度，方便业主整体把控施工进度安排。

征地拆迁应用

传统征地拆迁管理大多基于表格，存在征拆进度不直观，数据信息难共享的缺陷。本平台中通过各个地块的颜色变化来表达征拆状态的不同，同时利用平台数据集成分析功能，可实时分析得出某个标段的征拆进度，切实提高了征地拆迁的工作效率。通过数据上传至云服务器，实现数据实时共享，拓展了管理深度，增加了管理透明度。

本项目开展了架桥机穿隧道、桥梁支架体系、液压爬升系统等重点施工方案的模拟验证工作。

在一般意义上的施工方案模拟为方案制定完成后做一个动画表达方案即可，那么施工方案模拟就失去了很大的价值，成为附属动画存在。本项目在研究过程中发现可以将施工方案模拟融入方案制定的过程中，改进方案模拟的工作流程，在多个阶段发挥不同的功效。

施工方案拟定后通过方案模拟的制作可以发现其中没有交代清楚的缺失项，因为该缺失项可以导致视频无法表达，在完成视频后也可以发现视频表达出方案的不合理处，可以指导方案的修改直至合理。我们认为重点方案模拟的结果不仅仅是视频，而是完备的方案和对应的视频，其中完备的方案是主体。

路基、桥梁、互通重点施工方案模拟、交底，在专家评审、方案交底、项目宣传等方面都有协助作用,推广和实用性强。

山区高速施工区由于线路复杂，结构物多，场地大小有限、水文等情况对施工场地布置要求高，传统方法是平面大样设计，多次现场勘查选点，时效差，变动性大。同时选择部位往往不能充分考虑现场情况，尤其便道、场地平整等未能给出经济型规划，往往为保证工期而忽略优化过程。

都安项目在多个标段上开展场地规划BIM应用，实现将现场地形、地貌、水文情况进行还原，将施工场地规划由人对地形的想象补充，改由计算机直接呈现，利于场地布置规划的合理性。传统布置方案修改时往往要多次进行现场放样，确定是否合适，而BIM模型则可直接将规划模型放入场地内实时进行选择，以得出最优位置。

绿色公路中BIM技术应用可以充分发挥基础数据的集成优势，在设计阶段将各类型影响因素基于BIM平台集成，并与路线走廊带综合评价对用地节约、环境影响、地质影响、噪音影响、保护区影响等的综合研判。并且可以基于基础数据综合评判项目，对各类型土地的占用情况和施工临时便道的设置位置，有效满足项目对于规模的总体把控。

建设阶段可基于BIM平台,开展信息数据集成管理,集成建设阶段各类管理数据,提高项目管理效率,实现建设管理智慧化的目标。同时使用三维数字化模型开展各类型动态模拟与可视化交底,在提高交底效率的同时，可以验证工程方案的合理性,避免实施过程中的变更。

运营阶段可以基于各类型监测监控设备数据，开展对于环境影响、结构健康等绿色公路运行状态的实时把控，实现项目整体的智慧化养护管控。

BIM技术可以作为智慧交通的数据底座，项目以模型作为中间媒介，将数据跨阶段迭代与传递，为项目的生态环保、资源节约和品质创新创造更好的基础条件。