BIM技術(shù)在高速公路機(jī)電工程項目管理中的應(yīng)用探究

摘要：為刺激我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高速公路修建里程漸年提升，提高了交通運(yùn)輸?shù)谋憷潭?，從而吸引更多投資，對刺激當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速增長有顯著成效。在高速公路機(jī)電工程施工過程中，依據(jù)設(shè)計文件結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，把工程中的信息數(shù)字化、參數(shù)化、模塊化后整合至BIM中，實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程的信息化。對機(jī)電設(shè)施安裝或者管線布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化高速公路的智慧水平。實(shí)測效果表明，利用BIM技術(shù)，有效提升了高速公路機(jī)電工程目標(biāo)控制水平。該文以某市運(yùn)營期間的高速公路為例，引入BIM技術(shù)對機(jī)電設(shè)施進(jìn)行管理，將設(shè)備信息錄入后，對運(yùn)維班組管理人員、監(jiān)控班組管理人員及收費(fèi)班組管理人員采用定期模擬操作后并進(jìn)行業(yè)務(wù)考核。建立機(jī)電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測模型及相應(yīng)緊急預(yù)案，利用前端采集系統(tǒng)、中間傳輸系統(tǒng)、后端服務(wù)系統(tǒng)，將采集的信息投射至GIS地圖模型內(nèi)為管理人員服務(wù)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)維施工管理高速公路機(jī)電設(shè)施

中圖分類號：F062.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Application of BIM Technology in Expressway Electromechanical Engineering Project Management

LIU Bo

（Beijing yunxingyu Transportation Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100073 China）

Abstract： In order to stimulate the rapid development of China's economy， the mileage of expressway construction has been increased gradually， which improves the convenience of transportation， so as to attract more investment， which has a significant effect on stimulating the rapid growth of local economy. During the construction of Expressway Electromechanical Engineering， according to the design documents and combined with the actual situation on site， the information in the engineering is digitized， parameterized and modularized and integrated into BIM to realize the informatization of electromechanical engineering. Optimize the installation of mechanical and electrical facilities or pipeline layout to improve the intelligence level of expressway. The measured results show that the target control level of expressway electromechanical engineering is effectively improved by using BIM Technology. Taking the expressway during the operation of a city as an example， this paper introduces BIM Technology to manage the electromechanical facilities. After entering the equipment information， the operation and maintenance team managers， monitoring team managers and toll team managers are regularly simulated and evaluated. Establish the electromechanical equipment operation monitoring model and corresponding emergency plan， and project the collected information into the GIS map model to serve the managers by using the front-end acquisition system， intermediate transmission system and back-end service system.

Key Words： BIM Technology; System operation and maintenance; Construction management; Expressway; Electromechanical facilities

BIM技術(shù)實(shí)為仿真技術(shù)、模擬技術(shù)、可視技術(shù)的大集成者，其在工程項目設(shè)計、施工、運(yùn)維過程中的溝通、討論及決策應(yīng)用，使當(dāng)代建工人在運(yùn)用BIM過程中對工程實(shí)施階段各環(huán)節(jié)的“模擬及分析”給與了超前的實(shí)質(zhì)性幫助。高速公路作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，包括橋梁、隧道、路基、路面、交安、機(jī)電、綠化、房建等專業(yè)[1]。其智慧化發(fā)展程度愈發(fā)迎合時代需求并受到人們的重視，在智慧交通規(guī)劃總體環(huán)境下，利用BIM技術(shù)，提高信息化水平，研究高速公路機(jī)電工程項目管理優(yōu)化方法，對高速公路施工及運(yùn)維過程中的精細(xì)化管理具有重要意義。

1BIM技術(shù)在機(jī)電工程施工前的應(yīng)用

（1）高速公路機(jī)電工程屬于高速公路附屬工程，其施工進(jìn)度及質(zhì)量等目標(biāo)控制常常受其他專業(yè)影響和制約，大部分機(jī)電設(shè)施均與其他專業(yè)“共生共存”[2]。依據(jù)設(shè)計文件，在滿足機(jī)電工程施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度等目標(biāo)管控要求的前提下，將工程其他各參建方匯總擬定的施工組織設(shè)計或者專業(yè)施工方案進(jìn)行梳理，針對各方不同專業(yè)出現(xiàn)的“不兼容”現(xiàn)象（比如：設(shè)備安裝單位提出房屋建筑單位預(yù)留預(yù)埋尺寸或位置不正確，管道安裝單位提出鋼構(gòu)施工單位在相同位置安裝作業(yè)面沖突等情況）BIM技術(shù)可對此碰撞問題進(jìn)行方案優(yōu)化，做協(xié)調(diào)處理，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)并留檔備查。

（2）對機(jī)電工程擬定的具體方案進(jìn)行模擬化操作，比如：高速公路隧道內(nèi)火災(zāi)事件發(fā)生后的火災(zāi)報警響應(yīng)（比如：隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)啟動模式、報警聯(lián)動提示模式、車道指示器狀態(tài)、視頻聯(lián)動模式、監(jiān)控大廳報警點(diǎn)位投切模式、系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況給出的提示預(yù)案、對未進(jìn)洞車輛進(jìn)行的預(yù)警提示等），按照以人為本的原則，針對預(yù)設(shè)模擬逃生路線及通過車行/人行橫洞的具體逃生方案在三維空間上給出更加立體的體驗感。

（3）對機(jī)電工程施工階段進(jìn)行時間上的模擬，以驗證施工的組織設(shè)計是否符合各專業(yè)對該工程提出的施工節(jié)點(diǎn)要求，是否滿足項目的預(yù)期要求，以動態(tài)的進(jìn)度管理措施進(jìn)行施工資源調(diào)度及施工措施調(diào)整，將方案最優(yōu)化[3]。

2BIM技術(shù)在機(jī)電工程施工中的應(yīng)用

（1）機(jī)電工程設(shè)備繁雜，與其他專業(yè)交叉施工都較密集，對于系統(tǒng)集成度要求較高。除要求作業(yè)班組有較高技術(shù)水平外，還需以動態(tài)管控在施工過程中對擬作業(yè)的環(huán)境及設(shè)備安裝的部位進(jìn)行預(yù)演[4]?；诂F(xiàn)場環(huán)境勘察，需將設(shè)備相關(guān)參數(shù)（尺寸、重量、高度、寬度、長度等）錄入BIM系統(tǒng)，根據(jù)各分項的設(shè)備類別、數(shù)量、安裝部位及安裝方式結(jié)合施工特點(diǎn)及施工工藝要求，利用BIM技術(shù)對重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)展示，對隱蔽工程或隱蔽點(diǎn)位進(jìn)行“暴露”（如暗敷鎧裝直埋電纜與暗敷鎧裝直埋光纜的埋設(shè)位置有無沖突，橫穿過路線纜保護(hù)鋼管與給排水管道、污水管道、消防管道等有無沖突），分析其他可能產(chǎn)生的交叉/交疊影響因素，在施工過程中對方案做適時調(diào)整。

（2）施工過程中不免產(chǎn)生設(shè)計方案變更或者簽證事件，針對擬定事件對現(xiàn)有施工產(chǎn)生的影響進(jìn)行可能的優(yōu)化處理（比如：在設(shè)備已安裝完畢的機(jī)房內(nèi)新增設(shè)備機(jī)柜、在已有設(shè)備機(jī)柜內(nèi)新增設(shè)備等均需考慮在有限的空間內(nèi)是否滿足新增設(shè)施的添加及在有限的負(fù)荷下是否滿足新增設(shè)施的運(yùn)行條件）。

（3）設(shè)備安裝在現(xiàn)實(shí)中不免遇到裝配準(zhǔn)確性較差的問題，按照以往經(jīng)驗，基本上是現(xiàn)場打磨或者修配處理，對現(xiàn)場進(jìn)度、質(zhì)量及資源產(chǎn)生或多或少的不利影響。設(shè)備安裝施工與BIM技術(shù)契合后，可以靈活運(yùn)用BIM技術(shù)對預(yù)安裝設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化提煉，委托設(shè)備廠商或工廠按圖加工并進(jìn)行編碼，對設(shè)備安裝進(jìn)行數(shù)字化管理，到貨后按照編碼進(jìn)行裝配，可以加快設(shè)備安裝進(jìn)度，減少資源浪費(fèi)，提高工程質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在機(jī)電工程運(yùn)維中的應(yīng)用

3.1BIM技術(shù)融合運(yùn)維管理模式

成立運(yùn)維管理組織機(jī)構(gòu)，建立運(yùn)維管理制度，將用戶信息置于BIM技術(shù)模型內(nèi)提升安全訪問等級。根據(jù)用戶需求把機(jī)電設(shè)施按照運(yùn)維等級進(jìn)行有效劃分，對于重要設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)施布設(shè)點(diǎn)位圖，按實(shí)際結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)模塊添加并標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理數(shù)據(jù)化、模塊化。為進(jìn)一步提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理水平，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的前端采集系統(tǒng)，監(jiān)控整體機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)維系統(tǒng)BIM模型由三層架構(gòu)組成，分別為現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和管理應(yīng)用層[5]。

（1）現(xiàn)場設(shè)備層主要是通過對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，獲取最新的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至管理應(yīng)用層，便于技術(shù)人員對其進(jìn)行科學(xué)管控。在該層中采集設(shè)備數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備主要包括傳感器、執(zhí)行器、輸入輸出擴(kuò)展模塊及控制器。傳感器會將機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，包括溫度、濕度、流量等?？刂破鲿鞲衅鞑杉南嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送給執(zhí)行器，讓其可采取一定措施進(jìn)行調(diào)整[6]。多個基本單元完成對機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測，獲取最新的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，為高速公路項目的機(jī)電安全管理奠定基礎(chǔ)。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信層主要承擔(dān)現(xiàn)場設(shè)備層與管理應(yīng)用層的通信工作。該文采用CAN總線的方式完成數(shù)據(jù)的傳輸，將各個機(jī)電設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)連接到總線之中，形成較好的通信線路。

（3）管理應(yīng)用層大多是由打印設(shè)備、工作站、交換機(jī)及服務(wù)器等設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)對高速公路相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、顯示、分析、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及調(diào)用。在該文設(shè)置的管理系統(tǒng)中，工作人員可根據(jù)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測完成對設(shè)備的控制。假如設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題，會及時提示相關(guān)人員進(jìn)行維修處理，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理如圖1所示。

3.2 BIM技術(shù)融合機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理應(yīng)用

（1）某市已開通運(yùn)營的高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維過程中深度融合BIM技術(shù)進(jìn)行運(yùn)維管理，其中不乏利用BIM技術(shù)整合機(jī)電設(shè)施相關(guān)數(shù)據(jù)后對新職員及現(xiàn)有職員進(jìn)行模擬業(yè)務(wù)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后進(jìn)行業(yè)務(wù)考核，如收費(fèi)班組人員日常訓(xùn)練的特情過車處理過程，加強(qiáng)對收費(fèi)人員在特殊情形時的快速處理決策判斷，提升快速反應(yīng)能力，提高服務(wù)水平。監(jiān)控班組人員對道路監(jiān)控及隧道監(jiān)控設(shè)施的使用、控制，加深了對機(jī)電設(shè)備的認(rèn)識度及對路段路況的熟悉程度，增強(qiáng)了應(yīng)對在緊急模式下（12122）的業(yè)務(wù)素質(zhì)。模擬運(yùn)維班組人員對路段機(jī)電設(shè)施的故障處理工作，間接促進(jìn)了從業(yè)人員責(zé)任心的加強(qiáng)及故障處理率的提升，進(jìn)一步提煉優(yōu)化了隊伍的素質(zhì)。

（2）該市承擔(dān)了2022年亞運(yùn)會的部分賽事，同時作為疏解杭州市交通運(yùn)行壓力的該條高速公路亦備受關(guān)注，特此于沿途設(shè)置相關(guān)密集型前端信息采集設(shè)備對跨城區(qū)路段進(jìn)行交通流量監(jiān)控，與此同時信息發(fā)布設(shè)施也有所增加，機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維壓力較大?；诖?，相關(guān)設(shè)備狀態(tài)均采用GIS地圖+BIM融合技術(shù)加以呈現(xiàn)，為監(jiān)控班組及運(yùn)維班組對重點(diǎn)監(jiān)控部位設(shè)施進(jìn)行實(shí)時有效監(jiān)控提供了有效支撐。相關(guān)效果見圖2。

（3）基于BIM技術(shù)建立的設(shè)備故障檢測系統(tǒng)可完成對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析就可了解設(shè)備的運(yùn)行情況及該路段具有哪些安全隱患。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入在BIM平臺之中可對全線機(jī)電設(shè)施及重點(diǎn)監(jiān)控部位進(jìn)行智能管控。我國高速公路年運(yùn)輸吞吐量非常大，易出現(xiàn)交通擁堵的現(xiàn)象，因此可在BIM平臺基礎(chǔ)上加裝橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，對橋梁因地質(zhì)災(zāi)害等不可抗力或其他因素導(dǎo)致的負(fù)載過重（擁堵后貨車較多）引起的橋體不安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測。

4 結(jié)語

結(jié)合信息化的管理技術(shù)，進(jìn)行高速公路機(jī)電工程項目管理，提高高速公路的機(jī)電一體化水平，該文結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行高速公路機(jī)電工程項目控制。

該文采用BIM數(shù)據(jù)信息實(shí)時傳感和控制技術(shù)，采用傳感器融合處理技術(shù)，構(gòu)建高速公路機(jī)電工程項目管理系統(tǒng)的信息識別和BIM管理模型，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)優(yōu)化。同時，對于提升高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維水平亦有較大幫助。

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作者簡介：劉博（1988—），男，本科，工程師，研究方向為高速公路機(jī)電工程。