白塔山综合改造项目BIM技术创新与工程应用

1 工程概况

本工程为白塔山段交通综合提升改造工程，旨在解决兰州市北滨河路白塔山段的交通拥堵问题，需要打通东西横穿白塔山的交通隧道。北线隧道起讫里程长1147.48m，南线讫里程长1061.60m。隧道单线总长2209m，双向六车道规模，为分离式双线隧道。

项目施工重难点主要包括以下几点：项目南邻黄河北靠白塔山，施工区内包含白塔寺等省级文物保护，环保、文明施工要求高；施工现场自然地理条件极差，场地狭小，造成施工条件复杂，施工难度高；北滨河作为交通要道，需要在施工中做好交通导改和日常交通指引与设施维护，如图1所示。

图1 白塔山段交通综合提升改造工程效果

综合以上工程重难点，结合项目自身实际需求，在施工过程中引入BIM技术建立相应三维数字模型，对施工全过程进行质量管控、方案比选、智慧施工、智能监测等精细化、智能化管控，实现三维可视化、管控优化性、协同一体化、管理参数化四种应用价值。

2 BIM基础应用

2.1 BIM标准信息化族库建立

建立BIM标准信息化族库能够有效提高建模效率，降低时间成本。族库的建立和完善更新都是基于行业的设计标准和实际工程经验，也能够提高建模的标准性和规范性。此外，BIM数据库,实时协同最新的项目信息不受时空限制，减少重复工作，更快地识别和解决问题，提高整体项目的效率。

按照市政道路、市政隧道、市政管线、施工现场等设备实际型号尺寸建立和整理了标准化族库。建立标准信息化族库保证了BIM模型中应用的族库属性切实符合现存实际情况，也为同类型市政工程、现场布置提供标准。

2.2 管线综合

项目机电管线综合是整个项目工程中较多且较为复杂的部分，且项目交叉作业大，特别是在设备防火分区内，强电桥架、弱电桥架、消防水管、风管等各种管线交错并行，特别要求机电专业性强，现场施工难度很高，需要通过BIM的三维模型进行提前布置。

BIM模型协助完成机电安装部分的深化设计，综合布管、综合布线的深化。使用BIM模型技术能改变传统的CAD叠图方式进行机电专业深化设计。 通过将模型中心文件导入Navisworks软件中检查碰撞点，根据碰撞检测报告完成水、暖、电、通风与空调系统等各专业间管线、设备的综合布置优化调整，为设备及管线预留合理的安装及操作空间，减少占用建筑空间。

BIM模型出具三维的洞口排布图和位置说明，使得孔洞的位置和尺寸更加准确。利用BIM模型对机电结构的预留洞孔的位置进行精确模拟和定位，避免施工时发生返工从而给施工成本和施工进度带来不利影响。根据图纸搭建预埋件BIM模型，进行可视化交底和工程量提取，从而便于施工人员查看理解，辅助施工。

2.3 BIM4D模型技术

应用4D模型技术，直观反映出施工图纸中各专业可能存在的碰撞点，及时反馈设计院给予更改，节约施工成本和防止可能出现的施工风险，项目利用BIM技术发现G01型抗滑桩上的锚索与D03型抗滑砖发生冲突碰撞问题。

对项目中PS0~PS3桥段实行桥梁4D模拟，利用BIM软件将施工难度与三维模型关联并生成可视化的模型参考，直观地反映各建造细节，便于向业主、监理等多方进行协调沟通。

对于进洞施工、山体防护、抗滑桩施工等施工重难点，应用虚拟仿真、4D施工进度演示技术提前进行开挖过程中CRD法、超强直中隔壁法（CD法）和双侧壁导坑法施工工序模拟，排除可能存在的问题并辅助指导施工。

2.4 基于BIM的交通深化与导改

项目位于兰州市城关区北滨河路中山桥两侧，南临黄河，北靠白塔山，区域内主要道路有北滨河路、靖远路、金城路等城市主干路，受城市主干道车辆通行繁忙影响，桥梁上下部施工过程中交通组织难度大、安全防护要求高，是工程的重难点，也是施工安全防护重点。因此，通过利用测绘坐标表结合项目施工方案在BIM道路模型上放置物件，进行直观观察，从而得出建筑物是否需要进行移除，如图2所示。

图2 BIM道路模拟展示示意

在工程建设中利用BIM技术手段进行交通导改，进行4种交通建设方案模拟，实行一阶段，二阶段，验证其可行性，同时比较选出最优方案，保证进行交通疏导的同时进行项目施工。工程中隧道西侧交通导改两阶段。

3 BIM创新应用

3.1 智能化检测平台

由于白塔山古建筑物位置的特殊性，项目基于BIM针对古遗迹开展监测保护工作，设计相应智能监测平台和监测点模型，具体流程如图3所示。通过计算，在结构重点位置放置无线传感器检测施工现场各项目变形检测数据，再将所收集的实时现场数据用5G传送至云采集端汇总处理后，将可视化结果展示给管理者，最后由专家管理者进行审核评定、修改，从而实现BIM智能化监测平台的实时数据采集。

图3 古遗迹检测保护工作流程

3.2 BIM+Dynamo编码开发

使用Dynamo结合REVIT软件进行数据交互能够实现参数化建筑设计，相比手工建模调整，智能 化建模的精度和逻辑性都大幅上升；也能实现多专业模型有效协同，提高模型的更正效率。在数据处理方面，Dynamo强大的几何计算驱动可以帮助实现BIM模型与不同格式文件之间的数据交互。

本项目通过自主开发脚本实现BIM模型的自动化、智能化建模和模型修改，提高了工作效率。通过BIM生成建筑承台图纸中相关构件尺寸及位置数据的Excel表格，再导入Dynamo进行编码加工，自动生成建筑承台族类型中参数值，并将计算结果输出为“建筑承台参数”Excel表格。

3.3 BIM+三维扫描技术

工程下穿白塔山景区，施工现场自然地理条件极差，场地狭小，施工区域内部包含省级古建筑文物，施工难度大。而三维激光扫描技术可以高效、精准地获得施工现场高精度点云数据和修正模型，能够减小复杂的隧道工程施工难度，提高施工安全性。

因此，对于一些费力、高危险部位的测量，本项目在施工中采用BIM模型与三维扫描技术的集成应用，通过像素测量和点云测量等技术快速获取施工现场物体表面高精度点云数据。将BIM三维模型进行数据拟合对比重构，完成逆向模型重构，从而校核了施工精度，减少了实际施工中可能存在的误差。

3.4 BIM+VR技术

本项目施工情况复杂，总体量较大，需要提早进行施工安全预控。因此，利用VR技术依托BIM模型场景进行人机交互式事故伤害体验和标准施工作业流程教学，使施工人员和相关管理人员通过VR事故伤害体验提高施工安全意识，提前预警潜在的安全隐患和风险评估；通过VR安全教学也提升了施工人员对标准施工作业流程的学习效率，了解施工流程，学习施工安全措施和相关规范要求，实现企业安全生产。

3.5 BIM绿色施工

本工程在传统绿色建筑施工对于节水、节电、节材、节能和环境保护的四节一环保要求得基础上，引入BIM技术进行智能化、可视化、集成化管理，包括施工人员管控、实时资料管理等。通过统一数字标准化完成施工全工程中的数据共享，促进施工信息的充分利用。同时，利用平台完成施工进度指导、工程预算成本精细化控制等多方位多角度监管，便于各方的协同管理。

4 结论

以实际工程兰州白塔山段提升改造项目为例，提出了一种基于BIM的智能施工应用，总结了工程中BIM技术的实施流程、基础应用和创新深化。

通过BIM标准信息化族库、BIM 4D施工模拟和交通导改方案比选，显著提高工程施工和管理效率，协同管理各个专业，减少图纸设计缺陷，提高安装效率15?%。通过结合智能化检测平台、Dynamo软件、三维激光扫描技术、VR技术、绿色施工监管平台等智能化技术，实现了项目施工全过程中智能化、数字化的综合管控，从而在施工过程中综合考虑周边文物建筑保护和交通导改维护，极大地提升了项目施工管理水平，减少返工达30?d，节约成本约8?%。

BIM模型与其他信息化技术的结合也极大地补充优化了BIM模型所包含的数据信息和模型渲染的真实性，满足绿色环保节能的建筑生产理念，从而能够更好地为建筑全生命周期服务，实现建筑行业全生命周期的智能化、信息化与可持续发展。

未来，将通过物联网、三维扫描、大数据管理与监控等技术与施工现场深度结合，进行智能建造技术更深入的尝试。