都安綠色高速公路建設的BIM實踐

文 貴州高速公路集團有限公司 孫煥欽 中交第二公路勘察設計研究院有限公司 丁璁 王欣南

生態(tài)環(huán)保、低碳集約、優(yōu)質茶旅、科技高效等理念，是貴州都勻至安順高速公路（簡稱“都安高速”）工程作為交通運輸部綠色公路示范工程所必須堅持的宗旨。都安高速把BIM技術應用到綠色公路的建設過程中，傾力打造“生態(tài)茶旅、臻品都安”這一現(xiàn)代化綠色高速公路樣板，樹立起“多彩貴州、最美高速”建設的新標桿。

都安高速是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013—2030年）》新增的G7611都勻至香格里拉國家高速公路的首段，是長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃的重點建設項目，也是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中“第五橫”與“第六聯(lián)”的組成部分，是我國西南地區(qū)西昌、昭通、六盤水、安順等重要城市通往珠三角經(jīng)濟區(qū)最快捷的高速公路通道。

都安高速由主線及都勻、貴安兩條支線組成，項目全長276.32公里，初步設計概算批復總金額核定為430.78億元，是貴州公路史上建設規(guī)模、投資規(guī)模最大的高速公路項目。

都安高速的綠色BIM目標

基于綠色公路的總體目標，都安高速項目采用BIM技術從方案比選優(yōu)化設計、建設管理智慧化提升、特殊結構精細化設計和復雜施工方案優(yōu)化等方面有效提升綠色公路建設質量。

在方案的比選和優(yōu)化設計方面，通過“BIM+GIS”的手段準確呈現(xiàn)路線走廊帶環(huán)境模型，快速創(chuàng)建方案級BIM模型并展開比選，結合工程規(guī)?？焖俳y(tǒng)計，便于各方案針對地質、影響區(qū)、保護區(qū)等環(huán)境因素做出調整。特別是開展特殊結構精細化設計時，采用BIM技術能有效減少現(xiàn)場的返工，提高構件加工效率。

同時，利用BIM技術能有效提升建設管理智慧化程度。在建設過程中通過集成設計、進度、質量、安全、環(huán)水保、征地拆遷等建設數(shù)據(jù)，結合“BIM+GIS”平臺集成顯示數(shù)據(jù)，能有效提高數(shù)據(jù)的獲取效率，提高現(xiàn)場管理決策的準確性。

對現(xiàn)場復雜的施工方案采用BIM技術進行仿真模擬，能有效驗證方案的可行性，提高方案執(zhí)行效率。在施工場地規(guī)劃時，采用“BIM+GIS”的技術手段研究和規(guī)劃項目臨建場地布設，可從節(jié)約土地、降低環(huán)境影響等方面減少項目對生態(tài)的不良影響。

BIM應用初見成效

基于綠色公路的建設理念和目標，以及BIM技術在綠色公路創(chuàng)建中的應用目標，都安高速在BIM技術應用實踐中取得了一些成果，驗證了在綠色公路建設過程中應用BIM技術的有效性和重要性。

基于BIM 的路線方案比選和展示

項目依據(jù)1∶2000地形圖、實測橫斷面及地面線數(shù)據(jù)進行三角構網(wǎng)，建立了地形曲面、DEM地形數(shù)據(jù)等，形成了數(shù)字化地形。

將沿線多條既有鐵路、重要公路、天然氣管道、高壓線交叉、城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、環(huán)境保護區(qū)、礦區(qū)、風景區(qū)、不良地質范圍（包括褶皺、斷層、崩塌、滑坡和順層邊坡）、河流等重要環(huán)境關注點信息和區(qū)位位置在平臺上集成，形成環(huán)境信息模型。再通過沿線實際調查和有關主管部門提供的資料，將環(huán)境對象的范圍和相互位置關系添加到地面模型中，進一步豐富環(huán)境信息模型。

環(huán)境信息模型

此后，針對設計路線中的公路、橋梁、隧道和路線交叉等工程構造物基于環(huán)境模型開展方案比選，全方位反映橋隧構造物、填挖方規(guī)模、高填深挖工點等情況，配合方案決策與設計評審。

BIM基礎地面模型

低線方案與高線方案比較1

低線方案與高線方案比較2

橋面板安裝圖

橋面板鋼筋與剪力釘沖突示意圖

特殊結構的精細化設計

在都安高速建設過程中分別對預制T梁和鋼結構橋梁預制橋面板采用BIM輔助設計，有效提高了預制件安裝的效率，降低了返工率。鋼結構橋梁橋面預制板設計通常只繪制通用圖，給出通用構件的尺寸。在都安高速項目預制橋面板之前，采用BIM技術創(chuàng)建模型進行虛擬安裝，發(fā)現(xiàn)剪力釘與預制板、預制板鋼筋存在較大的碰撞，橋面板N1鋼筋與N4鋼筋連接僅僅可焊接一頭，N4鋼筋不能焊接成環(huán)，連接效果差。橋面板由于受到平面線型影響會發(fā)生橫坡變化（4%至負3%），導致安裝時橋面板與鋼梁存在間隙，橋面板不平整、間隙無法填充，板間搭接處鋼筋發(fā)生碰撞，鋼筋調節(jié)性差，需要破壞異型接口。

鑒于上述情況，業(yè)主方會同設計單位、施工單位及時變更了橋面板設計方案，取消了槽口處的異型接口，取消了N4鋼筋，改為將N1鋼筋加長。調整后的橋面板均為標準尺寸板（板間搭接可在濕接縫處進行調整），采用定型臺座、模板和胎架，工人施工較為便捷，生產(chǎn)板出錯率也能夠得到有效控制。

集成建設管理數(shù)據(jù)

基于BIM技術的建設管理以數(shù)據(jù)為核心，BIM技術為手段，BIM技術的工程建設管理平臺為依托，方便快捷地共享和傳遞項目設計及建設過程的信息，加強對數(shù)據(jù)的集成和信息的管理。根據(jù)都安高速建設期管理工作內容，BIM系統(tǒng)提供了進度、質量、安全、成本等常規(guī)管理應用，此外還涵蓋了項目總覽、征地拆遷、環(huán)水保監(jiān)測等針對性的綠色公路建設管理應用，實現(xiàn)了工程建設全面信息化、可視化。

項目總覽

基于BIM技術的建設管理平臺項目總覽，支持在三維虛擬環(huán)境下瀏覽、定位、查詢項目工程對象，快速獲取屬性信息，加深對項目總體工程情況的認知和理解；還對建設管理數(shù)據(jù)實現(xiàn)高度集成管理和展示，直觀反映項目整體或標段進度、質量、安全、成本等方面的情況。

通過創(chuàng)建“BIM+GIS”融合的三維虛擬環(huán)境實現(xiàn)項目的總覽，將工程模型、環(huán)境模型、地質區(qū)位模型、行政區(qū)劃、路網(wǎng)水網(wǎng)等集成，并根據(jù)施工標段及工作分解結構合理組織模型，方便對其進行管理和快速定位，在項目總覽中實現(xiàn)全線BIM模型瀏覽、信息查詢等功能。

BIM云平臺主界面

查閱模型屬性

環(huán)水保監(jiān)測管理的呈現(xiàn)

征地拆遷應用

在以大范圍三維虛擬環(huán)境為基礎的BIM信息平臺中，各工程模型按標段分別組織，模型結構目錄樹可清晰地獲取項目整體的標段劃分情況及各標段的工程規(guī)模。平臺通過目錄樹及模型屬性的掛接，滿足了使用者對工程項目總體及細節(jié)情況的瀏覽與查詢需求。

環(huán)水保監(jiān)測

項目環(huán)水保監(jiān)測以標段為管理單元，通過GIS環(huán)境模型的承載能力統(tǒng)計和展示區(qū)內重要敏感源，在平臺中支持對敏感源詳細信息的查看。

BIM平臺還支持在三維虛擬環(huán)境下自定義環(huán)水保監(jiān)測數(shù)據(jù)，充分利用GIS信息的展現(xiàn)和管理能力，自定義添加環(huán)水保監(jiān)測點，并以此為基礎承載監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便環(huán)水保監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和共享。

征地拆遷

基于BIM技術的征地拆遷管理將用地紅線標示在環(huán)境模型中，然后根據(jù)征地進度將已征區(qū)域用顏色區(qū)塊標識出來，整體反映項目土地征用進度，方便業(yè)主整體把控施工進度安排。

征地拆遷模塊為滿足相關管理需求，支持原始數(shù)據(jù)快速錄入，存儲為BIM平臺的征地拆遷信息。將征拆信息及各地塊的權屬進行可視化表達，并以區(qū)塊顏色標識出征地拆遷的進度，極大地方便了管理方更有針對性地開展征地拆遷工作，提高了管理效率。

傳統(tǒng)征地拆遷管理大多基于表格，存在征拆進度不直觀，數(shù)據(jù)信息難共享的缺陷，在BIM平臺中通過各個地塊的顏色變化來反映不同的征拆狀態(tài)，同時利用平臺數(shù)據(jù)集成分析功能，可實時分析某個標段的征拆進度，切實提高了征地拆遷的工作效率，再通過將數(shù)據(jù)上傳至云服務器，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享，既拓展了管理深度，也增加了管理透明度。

施工方案模擬仿真

都安高速項目開展了架橋機穿隧道、橋梁支架體系、液壓爬升系統(tǒng)等重點施工方案的模擬驗證工作。

烏養(yǎng)樞紐互通（供圖：王欣南）

一般意義上的施工方案模擬僅為方案制定后的動畫表達方案，這種模擬價值不大。都安高速項目在研究過程中發(fā)現(xiàn)，可以將施工方案模擬融入方案制定的過程中，改進方案模擬的工作流程，使其在多個階段發(fā)揮不同的功效。

施工方案擬定后，通過方案模擬制作，可以發(fā)現(xiàn)其中未交代清楚的缺失項，如果因為該缺失項導致視頻無法表達，在完成視頻后就會發(fā)現(xiàn)方案視頻表達中的不合理之處，從而加以及時修改完善。重點方案模擬的結果不僅是視頻，而是完備的方案和與之對應的視頻，其中完備的方案才是主體。

路基、橋梁、互通重點施工方案利用BIM平臺模擬、交底，在專家評審、方案交底、項目宣傳等方面都有協(xié)助作用，該模式有很強的推廣性和實用性。

施工場地規(guī)劃

山區(qū)高速公路施工區(qū)由于線路復雜、結構物多、場地有限等因素，對施工場地布置要求高，傳統(tǒng)的平面大樣設計方法，需要多次進行現(xiàn)場勘查選點，時效差、變動性大，選擇地點往往不能充分考慮現(xiàn)場情況，尤其對便道、場地平整等未能給出經(jīng)濟型規(guī)劃，還常會為保證工期而忽略優(yōu)化過程。

都安高速項目在多個標段上開展場地規(guī)劃BIM應用，還原現(xiàn)場地形、地貌、水文情況，將施工場地規(guī)劃由人對地形的想象，變?yōu)橛嬎銠C直觀呈現(xiàn)，利于提高場地布置規(guī)劃的合理性。傳統(tǒng)布置方案修改時往往需要進行多次現(xiàn)場放樣，而BIM模型則可直接將規(guī)劃模型放入場地內實時選擇，得出最優(yōu)位置。

BIM技術的發(fā)展思考

在綠色公路中應用BIM技術應加強其在設計階段的引領作用，充分發(fā)揮基礎數(shù)據(jù)的集成優(yōu)勢，在設計階段將各類型影響因素基于BIM平臺加以集成，并結合路線走廊帶綜合評價項目對用地節(jié)約、環(huán)境、地質、噪音、保護區(qū)等影響。同時，基于基礎數(shù)據(jù)，BIM平臺可綜合評判項目對各類型土地的占用情況，滿足項目對于規(guī)模的總體把控。

建設階段利用BIM平臺開展信息集成管理，集成監(jiān)控項目實施與設計的偏差并及時矯正，同時使用設計階段模型開展各類型動態(tài)模擬與可視化交底，提升項目質量和效率。

運營階段，BIM平臺可以監(jiān)測監(jiān)控各類型設備數(shù)據(jù)，開展對環(huán)境影響、結構健康等綠色公路運行狀態(tài)的實時把控。

BIM技術作為智慧交通的基礎數(shù)據(jù)工具，以模型作為中間媒介，將數(shù)據(jù)跨階段迭代與傳遞，為建設項目的生態(tài)環(huán)保、資源節(jié)約和品質創(chuàng)新創(chuàng)造了更好的基礎條件。