BIM在路上

文/圖 中科軟科技股份有限公司 王志軍 潘江塞 蘇仁玲

近年來，建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡稱“BIM”）從建筑領(lǐng)域逐漸拓展到交通工程領(lǐng)域，伴隨著應(yīng)用的深入，BIM取得了長足發(fā)展。但由于工程全生命周期內(nèi)各個(gè)單元數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一，形成數(shù)據(jù)孤島，再加上大量翻模，使得BIM落地應(yīng)用始終停留在“兩張皮”狀態(tài)，無法發(fā)揮真正作用，甚至讓一部分人誤以為道路工程中搭建的BIM系統(tǒng)就好比企業(yè)協(xié)同辦公的OA系統(tǒng)。其實(shí)，BIM在我國道路工程數(shù)字建造中的實(shí)際運(yùn)用遠(yuǎn)超于此，而究其根本原因，是對于BIM的認(rèn)識過于片面。

概念 BIM是什么

2002年，BIM這一概念由Autodesk公司率先提出，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界認(rèn)可。國內(nèi)對BIM相對一致的中文翻譯為“建筑信息模型”。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2016年發(fā)布的《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，將BIM定義為：“在建設(shè)工程及設(shè)施全生命周期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全過程和結(jié)果的總稱”。

在各行業(yè)工程設(shè)計(jì)、建造的管理過程中，可將BIM作為數(shù)據(jù)化工具，以建筑信息為載體將各工程項(xiàng)目的各階段工程信息、過程性分析和資源共享集中在同一個(gè)模型內(nèi)，便于工程承建者、養(yǎng)護(hù)者、運(yùn)維者、使用者進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與疊加，并在工作過程中對各種建筑信息作出正確認(rèn)識和高效應(yīng)對，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、建筑單位、運(yùn)維單位等各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，以達(dá)到生產(chǎn)效率提高、成本降低和工期縮短的效果。另外，BIM的應(yīng)用還便于后期疊加上層業(yè)務(wù)，使工程信息化水平得到大幅提高。

鏈接：

OA是什么？

OA（Office Automation）即辦公自動化，是將信息化技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)辦公方式，進(jìn)而形成的一種新型辦公方式。辦公自動化利用現(xiàn)代化設(shè)備和信息化技術(shù)，代替辦公人員傳統(tǒng)的部分手動或重復(fù)性業(yè)務(wù)活動，優(yōu)質(zhì)而高效地處理辦公事務(wù)和業(yè)務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)對信息資源的高效利用，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)率、輔助決策的目的。

誤區(qū) BIM不等于OA

BIM的概念一經(jīng)提出，便有大量“BIM”項(xiàng)目紛紛涌現(xiàn)。尤其是“十三五”以來，經(jīng)過大量的建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐，我國的BIM技術(shù)突飛猛進(jìn)，但其中大量的項(xiàng)目只是所謂的“BIM項(xiàng)目”，大多是為了BIM概念的噱頭、為了招投標(biāo)需求而將BIM納入項(xiàng)目，或者是將BIM定義為三維模型應(yīng)用等……這種項(xiàng)目實(shí)踐、概念轉(zhuǎn)換并沒有將BIM的核心價(jià)值和應(yīng)用能力體現(xiàn)出來，更無法獲得BIM本應(yīng)帶來的真正價(jià)值。

馬鞍山長江公路大橋

當(dāng)前，只有小部分項(xiàng)目真正把BIM技術(shù)應(yīng)用于工程的全流程，發(fā)揮其價(jià)值。尤其是在交通領(lǐng)域，BIM主要被集中應(yīng)用在施工階段，且以翻模為主，僅能將部分設(shè)計(jì)信息傳遞到施工階段，缺乏合適的平臺用以添加并集成設(shè)計(jì)、監(jiān)測、管養(yǎng)、運(yùn)維等信息，因此極大地限制了BIM在交通行業(yè)中的應(yīng)用，使得BIM僅起到了像OA系統(tǒng)一樣的作用。但是BIM絕不等于OA，BIM技術(shù)在交通行業(yè)推廣的價(jià)值主要體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的監(jiān)測、預(yù)測和控制，以及全流程的信息共享，促進(jìn)交通行業(yè)生產(chǎn)方式的改變及交通行業(yè)信息化的進(jìn)一步發(fā)展。

現(xiàn)狀 交通BIM的主要應(yīng)用

近年來，由于交通嚴(yán)重?fù)矶隆⒃O(shè)備設(shè)施老化，道路地下管線存在碰撞、交叉等難題，導(dǎo)致相關(guān)部門在進(jìn)行道路養(yǎng)護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施維護(hù)時(shí)出現(xiàn)操作空間狹窄、施工困難、施工現(xiàn)場周邊行人和車輛存在交通安全隱患等問題。

想要解決這些問題，可通過BIM結(jié)合GIS，對施工方案、養(yǎng)護(hù)方案、運(yùn)維方案進(jìn)行模型動態(tài)模擬，通過將不同時(shí)段的交通流量等參數(shù)輸入模型得出結(jié)果，再根據(jù)模型輸出結(jié)果對方案中各系數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，使方案真正具備指導(dǎo)意義和可行性。同時(shí)，提高交通工程設(shè)計(jì)工作、管養(yǎng)工作、運(yùn)維工作的科學(xué)性，提升交通行業(yè)的數(shù)字化、信息化水平，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)交通行業(yè)的精細(xì)化管理。

BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，表現(xiàn)為通過構(gòu)建三維模型模擬呈現(xiàn)公路周邊的地貌，反映待建區(qū)域的地質(zhì)情況，為工程設(shè)計(jì)提供更全面、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。通過BIM技術(shù)還可在公路工程設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃基礎(chǔ)上，著重體現(xiàn)橋梁、隧道、服務(wù)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域，給參建方的施工工作提供更合理、更直觀的參考。

在總體設(shè)計(jì)方案確定后，通過BIM技術(shù)即可生成詳細(xì)的三維模型，再結(jié)合該項(xiàng)工程的實(shí)際需求、建設(shè)目標(biāo)和工程所在地的地貌環(huán)境等信息，從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中選取有關(guān)道路模型外觀等的詳細(xì)信息，使生成的模型更貼合實(shí)際設(shè)計(jì)方案，便于工程各參建方在設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)的溝通。

此外，在公路設(shè)計(jì)過程中，還要針對特殊路段或重點(diǎn)部位構(gòu)建三維模型，以便突出細(xì)節(jié)，通過疊加BIM技術(shù)，可形成更好的對比與協(xié)同效果；通過在三維模型構(gòu)建過程中增加公路路面鋪裝材料、路面施工工藝等屬性信息，幫助負(fù)責(zé)工程生命周期內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的團(tuán)隊(duì)獲取更多信息，能夠進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)的施工提供有力支持。

BIM技術(shù)在交通管養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

在交通領(lǐng)域，BIM技術(shù)應(yīng)用雖然起步較晚但推廣速度很快，原因主要在于交通行業(yè)特殊的運(yùn)營管理模式對于推廣BIM技術(shù)具有先天優(yōu)勢。

隨著近幾年交通行業(yè)信息化技術(shù)的發(fā)展，智能建養(yǎng)技術(shù)成為橋梁、隧道建養(yǎng)發(fā)展的必然趨勢。目前，長大橋梁、隧道在勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營監(jiān)測與養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)的信息相互獨(dú)立，海量數(shù)據(jù)無法共享，存在嚴(yán)重的信息孤島問題。要解決這一問題，就需融入BIM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，推動橋梁、隧道在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、養(yǎng)護(hù)全生命周期內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)的信息共享，進(jìn)一步提升橋梁、隧道的管養(yǎng)一體化水平和協(xié)同管理水平。

圖1.公路機(jī)電設(shè)施管養(yǎng)信息平臺

針對橋梁、隧道等主體搭建管養(yǎng)信息平臺，并確保管養(yǎng)模擬方案盡可能反映真實(shí)情況，通過對公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、對公路資產(chǎn)和設(shè)備加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，使平臺能夠自動預(yù)警故障設(shè)備、故障程度，并按《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定分配設(shè)備及故障權(quán)重，自動評定機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況；在隧道機(jī)電設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠在線關(guān)聯(lián)查詢該設(shè)備的基本信息、拓?fù)湫畔ⅲ约斑\(yùn)行記錄、故障記錄和設(shè)備具體位置等相關(guān)信息，并及時(shí)聯(lián)系相關(guān)單位進(jìn)行維修，縮短維修處理時(shí)間；基于BIM與GIS技術(shù)相結(jié)合而成的電子地圖、時(shí)間歷史軸線、日程表，需以位置或區(qū)域?yàn)樽ナ?，層層遞進(jìn)將隧道機(jī)電設(shè)施設(shè)備的在線運(yùn)行狀態(tài)、巡檢過程記錄及維修更換記錄等，串成完整的數(shù)據(jù)鏈導(dǎo)入搜索引擎中，從而分類建立起隧道機(jī)電設(shè)施的垂直型內(nèi)容引擎，方便公路隧道運(yùn)營人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)。

例如北京市，為解決隧道交通安全問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的可視可控，業(yè)務(wù)運(yùn)營的安全、高效，創(chuàng)建了隧道信息化智能管理平臺。平臺以BIM為核心，通過三維建模，接入通風(fēng)、照明、供配電、消防、監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了交通管養(yǎng)部門對管轄范圍內(nèi)公路隧道相關(guān)機(jī)電設(shè)施的統(tǒng)一管養(yǎng)。該平臺使用后，不但做到了數(shù)據(jù)分析和共享，完善了隧道的整體管理機(jī)制，降低了交通事故的發(fā)生率，還輔助規(guī)范了養(yǎng)護(hù)單位的運(yùn)營能力，提升了應(yīng)急事件的處置能力，在提高運(yùn)維效率的同時(shí)，降低了維護(hù)成本。

圖2.BIM應(yīng)用于路網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)測機(jī)制

BIM技術(shù)在路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

BIM技術(shù)不僅可以應(yīng)用于橋梁、隧道管養(yǎng)方面，還可結(jié)合幾何模型與車輛行為模型，盡可能真實(shí)地反映交通管制、不良?xì)夂?、車輛特點(diǎn)等多種因素對交通仿真的影響，從而建立符合實(shí)際通行情況的動態(tài)交通組織模型，統(tǒng)計(jì)分析交通通行情況。

大面積的交通流仿真可快速直觀地論證交通工程改擴(kuò)建方案在宏觀層面的可行性。在工程改擴(kuò)建前進(jìn)行交通動態(tài)仿真，可復(fù)現(xiàn)交通流的時(shí)空變化，深入分析車輛、駕駛員、行人、道路等交通特征，有效實(shí)施交通規(guī)劃、交通組織與管理，實(shí)現(xiàn)交通能源節(jié)約與運(yùn)輸流量合理化。通過組織模擬路網(wǎng)中車輛的運(yùn)行情況，不僅能夠?qū)δ硞€(gè)交通點(diǎn)位是否擁堵進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，還可有針對性地提出相應(yīng)的交通疏導(dǎo)分流措施。

在BIM平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S等多項(xiàng)技術(shù)，通過接入交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)、外場設(shè)備數(shù)據(jù)、路網(wǎng)事件數(shù)據(jù)、設(shè)備及公路運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，基于交通“一張圖”全面展示路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)控公路運(yùn)行異常、突發(fā)情況，可實(shí)現(xiàn)對國、省、市、縣道路的動態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)測及道路技術(shù)狀況的跟蹤，以及對公路基礎(chǔ)設(shè)施、動態(tài)信息資源的有效整合和直觀展示，依托“面、線、點(diǎn)”實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀的全過程管理，預(yù)測公路運(yùn)行異常、突發(fā)情況，及時(shí)預(yù)警，并根據(jù)事件分級生成相應(yīng)的預(yù)警建議。

BIM技術(shù)在運(yùn)維領(lǐng)域的應(yīng)用

為加強(qiáng)運(yùn)維工作的考核管理，保障公路應(yīng)用系統(tǒng)和外場設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，搭建一套涵蓋各類信息化項(xiàng)目的智能運(yùn)維監(jiān)管平臺成為趨勢。

智能運(yùn)維監(jiān)管平臺基于BIM技術(shù)與地理信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對外場交調(diào)、視頻、軸載、情報(bào)板、移動車輛等設(shè)備健康狀況的立體化、直觀化、自動化監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)了對外場設(shè)備在線率、完好率、數(shù)據(jù)及時(shí)率、在線時(shí)長比例等指標(biāo)的智能化監(jiān)控；對事件數(shù)據(jù)上報(bào)、設(shè)備維修變更、日常任務(wù)管理等進(jìn)行流程化監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維工作績效評級指標(biāo)體系的搭建。此外，平臺還能夠輔助整個(gè)省份運(yùn)維管理水平的透明化監(jiān)督考核，在收集用戶需求的同時(shí)解決用戶的使用問題，有效地保證了運(yùn)維服務(wù)水平。

BIM技術(shù)在運(yùn)維領(lǐng)域的應(yīng)用可轉(zhuǎn)變原有單一報(bào)障模式，實(shí)現(xiàn)在多級單位之間形成行之有效的運(yùn)維管理機(jī)制，不僅以社會化方式為政府信息化建設(shè)提供了專業(yè)化服務(wù)，也可大幅降低信息化系統(tǒng)投入，減少工作人員在系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維等方面的工作量。

未來，BIM在交通工程領(lǐng)域，尤其是公路建設(shè)領(lǐng)域中的數(shù)字化應(yīng)用將愈加成熟。隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，BIM與GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用，將為智慧交通、智慧運(yùn)維提供更科學(xué)、更智能、更安全的應(yīng)用支撐。雖然限于建設(shè)管理模式和軟件技術(shù)水平，BIM受到方方面面的瓶頸制約，但只要在正確的發(fā)展路徑上前行，BIM就會為交通工程企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來更多發(fā)展空間。