BIM技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用分析

李智堅

（湖南省高速公路集團(tuán)有限公司，湖南長沙 410005）

0 引言

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展與普遍應(yīng)用，工程行業(yè)領(lǐng)域也發(fā)生較大變化。其中BIM 技術(shù)憑借自身優(yōu)勢，在很多工程項目中都取得較好的應(yīng)用效果。在高速公路機(jī)電工程中，使用BIM 技術(shù)可以有效減少不同環(huán)節(jié)的沖突，優(yōu)化工程施工方案，更好地滿足工程各項需求，實現(xiàn)協(xié)同化、高效化的工程作業(yè)。目前較多機(jī)電工程都已經(jīng)開始應(yīng)用BIM 技術(shù)，但最終取得的效果卻并不理想。在該情況下，則有必要結(jié)合高速公路機(jī)電工程的實際情況，深入研究BIM 技術(shù)有效應(yīng)用的路徑與方法。

1 BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用意義

1.1 進(jìn)一步提高工程合理性

BIM 技術(shù)應(yīng)用到高速公路機(jī)電工程中以后，可以提高工程合理性。由于機(jī)電工程比較復(fù)雜與專業(yè)，在工程設(shè)計中可能存在一些設(shè)計缺陷。在設(shè)計階段，部分缺陷很難被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致后續(xù)工程施工極易出現(xiàn)設(shè)計變更，不僅影響工期，還會帶來額外的經(jīng)濟(jì)損失。在該情況下，使用BIM 技術(shù)可以直觀全面呈現(xiàn)工程設(shè)計細(xì)節(jié)內(nèi)容，深入考量每一個施工環(huán)節(jié)的合理性，保證施工方案具有較強(qiáng)的可行性[1]。

1.2 充分保證工程綜合效益

在高速公路機(jī)電工程項目中，使用BIM 技術(shù)也能夠顯著提高工程綜合效益。

一方面，BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以提高機(jī)電工程的智慧化水平，強(qiáng)化各個工程應(yīng)用模塊的協(xié)同銜接，能夠給高速公路提供更加完善的機(jī)電服務(wù)，具備突出的社會效益。

另一方面，BIM 技術(shù)投入使用以后，可以提高機(jī)電工程管理的精細(xì)化水平，保證工程量計算的精準(zhǔn)性，并控制工程資源投入。由此一來，各個工程資源的利用效率則能夠得到有效提升，使得工程項目具有較強(qiáng)的成本效益。

1.3 有助于推動工程創(chuàng)新

BIM 技術(shù)是工程領(lǐng)域的新型技術(shù)，同時也是現(xiàn)代工程管理理論的重要載體。高速公路機(jī)電工程在引入BIM 技術(shù)以后，可以推動精益管理、項目管理等多種理念的萌發(fā)，提高工程管理的系統(tǒng)性與層次性，保證各項管理事務(wù)規(guī)范開展。特別是基于BIM 技術(shù)平臺的仿真模擬模塊，可以提高工程管理的前瞻性與預(yù)測性，推動工程管理體系的創(chuàng)新拓展[2]。

2 BIM 技術(shù)在高速工程機(jī)電工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 高速公路機(jī)電工程的內(nèi)容

高速公路機(jī)電工程主要分為四個模塊。第一，供配電系統(tǒng)。電力是高速公路日常運營的重要資源，因此機(jī)電工程也要做好供配電系統(tǒng)等建設(shè)，為高速公路提供穩(wěn)定的電力資源。目前高速公路的供配電系統(tǒng)主要包括高壓模塊和低壓模塊。通過兩個模塊的協(xié)同合作，保證各個機(jī)電設(shè)備正常運作。第二，收費系統(tǒng)。目前高速公路的收費系統(tǒng)分為人工和ETC。其中，硬件設(shè)備需要收費閘口、監(jiān)控設(shè)備、計算機(jī)設(shè)備、遠(yuǎn)程對講機(jī)等。軟件設(shè)備則是收費平臺，用以計算車輛的收費結(jié)果，并完成扣費。第三，通信系統(tǒng)。高速公路屬于封閉性公路，在日常運作過程中需要通信系統(tǒng)的支持。其中，通信系統(tǒng)主要收集公路運營信息、車輛信息、公路事故等多種信息，將其上傳到高速公路交通中心，保證公路的安全運營?；谏鲜鲂枨螅ㄐ畔到y(tǒng)需要建成數(shù)據(jù)通道、圖像通道、語音通道等多種功能模塊，并提高通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性[3]。第四，監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路的重要機(jī)電模塊，可以實時監(jiān)控高速公路各路段，為交通疏導(dǎo)、交通事故處理等多項工作提供基本依據(jù)。

2.2 BⅠM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在高速公路機(jī)電工程的四個模塊中，BIM技術(shù)都能夠得到較好的應(yīng)用。在設(shè)計階段，BIM 技術(shù)可以為設(shè)計方案提供一定的指導(dǎo)意見，并在BIM 平臺中進(jìn)行模擬，保證方案合理性。在施工階段，BIM 技術(shù)可以參與工程施工全過程管理中，提高管理工作的精細(xì)化水平。在完工以后，可以使用BIM 技術(shù)開展工程評價，明確機(jī)電工程的整體效果。當(dāng)前我國很多高速公路機(jī)電工程項目已經(jīng)開始使用BIM 技術(shù)，并且推動BIM 技術(shù)在工程項目全過程環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。因此，現(xiàn)階段機(jī)電工程的BIM 模型比較豐富，同時也積累了不少行業(yè)經(jīng)驗。但是需要注意的是，部分高速公路機(jī)電工程項目在使用BIM 技術(shù)時存在盲目性，或者BIM技術(shù)應(yīng)用層次較低，比如沒有使用BIM 技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化碰撞試驗等。以上情況都說明BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中還具有較為廣闊的應(yīng)用空間。

3 BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中的具體應(yīng)用

目前不少高速公路機(jī)電工程項目都開始使用BIM技術(shù)，并且也取得顯著效果。結(jié)合高速公路機(jī)電工程行業(yè)的實際情況，全面探索BIM 技術(shù)在不同工程環(huán)節(jié)的應(yīng)用方式。

3.1 工程設(shè)計

高速公路機(jī)電工程設(shè)計工作比較專業(yè)，涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，并且容易出現(xiàn)設(shè)計缺陷。而使用BIM 技術(shù)以后，可以實現(xiàn)機(jī)電工程設(shè)計內(nèi)容的可視化轉(zhuǎn)變，并根據(jù)工程實際情況完成建模工作。特別是在引入技術(shù)圖紙和機(jī)電工程數(shù)據(jù)以后，可以使用BIM 軟件直接搭建機(jī)電工程分項BIM 模型，直觀展示高速公路機(jī)電工程的整體布局，為后續(xù)工程施工提供有效指導(dǎo)，切實提高施工方案與技術(shù)圖紙的可行性。不僅如此，高速公路機(jī)電工程通常要進(jìn)行二次深化設(shè)計，應(yīng)明確各個工程模塊的具體內(nèi)容，進(jìn)一步避免出現(xiàn)工程缺陷。此時如果也能夠引入BIM 技術(shù)，則可以構(gòu)建不同機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)模型，在自定義參數(shù)以后進(jìn)行仿真模型，明確工程設(shè)計方案的可行性和預(yù)期效果，提前甄別可能存在的設(shè)計缺陷，充分保證工程設(shè)計質(zhì)量[4]。

3.2 質(zhì)量管理

高速公路機(jī)電工程對于施工質(zhì)量有非常高的要求，如果工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則會影響高速公路的正常運轉(zhuǎn)。BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程質(zhì)量管理中也具有顯著的應(yīng)用效果。

一方面，機(jī)電工程涉及內(nèi)容比較多，很容易出現(xiàn)不同專業(yè)管線碰撞與沖突的情況。如果沒有及時進(jìn)行妥善處理，會直接影響工程質(zhì)量。技術(shù)人員可以通過BIM 軟件中的碰撞檢查模塊，明確機(jī)電設(shè)備與線路的干涉情況，保證機(jī)電工程項目的最終效果。在實際操作中，將不同專業(yè)管線的數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM 模型中，通過BIM 軟件可以快速模擬，生成管線碰撞與沖突報告，提前甄別可能存在管線干涉情況，并做好針對性的處理。

另一方面，借助于BIM 技術(shù)，施工團(tuán)隊可以在機(jī)電工程各個施工環(huán)節(jié)開始之前，提前在BIM 軟件中進(jìn)行仿真模擬，明確后續(xù)施工的預(yù)期效果。在該過程中，技術(shù)人員需要綜合考量相關(guān)技術(shù)規(guī)范，全面導(dǎo)入完善的數(shù)據(jù)并展開專業(yè)化計算，充分保證機(jī)電工程施工質(zhì)量。

3.3 成本管理

高速公路機(jī)電工程具有周期長、工程量多等特點，通常需要投入大量的資金。如果成本控制工作不到位，就可能帶來不必要的成本資源浪費，直接影響工程的綜合效益。而在引入BIM 技術(shù)以后，機(jī)電工程成本控制效果會顯著提升。

一方面，高速公路機(jī)電工程需要多種類型的原材料和設(shè)備，部分工程項目在材料與設(shè)備采購時存在隨意性，造成采購資金的浪費。而使用BIM 技術(shù)可以建立機(jī)電工程的三維立體模型，深入分析工程施工所需要的材料與設(shè)備，提高采購信息的精細(xì)化管控水平，避免采購活動的盲目性。

另一方面，工程方搭建BIM 模型，可以實時分析不同施工階段的人工、材料、設(shè)備等資源的消耗量，對比實時成本與計劃成本的差異，并繪制資源消耗曲線，可以直觀看到工程施工過程中各類資源的消耗情況。通過該方式，可以在資源消耗量超過計劃成本時發(fā)出預(yù)警，盡快分析成本超標(biāo)的原因，在后續(xù)施工中進(jìn)行成本糾偏，減少不必要的成本支出。除此之外，工程管理團(tuán)隊可以使用BIM 技術(shù)更精準(zhǔn)測算不同施工環(huán)節(jié)的人工需求，做好人力資源的調(diào)配和施工作業(yè)任務(wù)安排，合理使用勞動力，精準(zhǔn)控制人力成本[5]。

3.4 進(jìn)度管理

高速公路機(jī)電工程的施工內(nèi)容比較繁瑣，涉及多個主體，要求工程方做好進(jìn)度管理工作，保證工程可以如期保質(zhì)完成。BIM 技術(shù)在工程進(jìn)度管理中的應(yīng)用可以分為三個層面：第一，施工模擬。使用BIM 技術(shù)可以對機(jī)電工程各個施工環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真模擬。機(jī)電工程施工過程中，場地布局、安裝順序、管線布置等多個因素都會給工程進(jìn)度管理帶來影響，導(dǎo)致實際施工進(jìn)度與計劃進(jìn)度之間產(chǎn)生較大出入。此時工程方可以使用BIM 技術(shù)模擬施工作業(yè)，論證各施工階段的可行性，避免后續(xù)出現(xiàn)不必要的施工變更，影響施工進(jìn)度。第二，技術(shù)交底。工程方使用BIM 技術(shù)可以幫助技術(shù)人員和施工人員，直觀全面認(rèn)識工程施工的技術(shù)要點與難點，并展現(xiàn)每一個施工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點以及可能遇到的風(fēng)險，保證每個工程人員都能按照相關(guān)規(guī)范制度完成施工作業(yè)，避免工期延誤。第三，工期優(yōu)化。工程方在BIM 平臺中導(dǎo)入機(jī)電工程參數(shù)，展示不同施工階段的工程量內(nèi)容以及所對應(yīng)的工期時間。在此基礎(chǔ)上，形成具體到每月、每周和每天的施工進(jìn)度計劃，并保證施工計劃的可行性。在制訂完整施工計劃以后，施工團(tuán)隊可以使用BIM 技術(shù)確定各施工環(huán)節(jié)的資源供給量，保證施工活動有序進(jìn)行，并如期完成施工進(jìn)度計劃。

3.5 安全管理

在高速公路機(jī)電工程施工建設(shè)過程中，做好安全管理工作也非常關(guān)鍵。BIM 技術(shù)應(yīng)用到安全管理工作中以后，可以提前甄別各類安全風(fēng)險，提高工程的安全效益。第一，機(jī)電工程施工過程中，場地布置工作非常重要。如果場地布置不合理，可能引發(fā)各類安全事故。結(jié)合高速公路機(jī)電工程施工實踐經(jīng)驗來看，施工現(xiàn)場主要可以分為施工區(qū)、辦公區(qū)、加工區(qū)、儲存區(qū)等多個分區(qū)。不同分區(qū)的功能有所區(qū)別，必須結(jié)合現(xiàn)場施工流程進(jìn)行合理布局。此時施工方可以使用BIM 技術(shù)模擬布置施工場地，在軟件中擺放不同區(qū)域的施工設(shè)備，并通過仿真模塊考量不同功能分區(qū)之間的干涉影響情況，保證場地布置的合理性。第二，高速公路機(jī)電工程的危險源非常多，在爆發(fā)安全事故時，使用BIM 技術(shù)還可以進(jìn)行危險源的三維立體模型分析，結(jié)合危險源的特點確定危險源的影響范圍，劃定危險隔離區(qū)，科學(xué)規(guī)劃人員逃生路線，提供施工現(xiàn)場的生命通道。第三，機(jī)電工程安全管理中，應(yīng)急演練也非常關(guān)鍵，可以在安全事故爆發(fā)時快速反應(yīng)，降低安全事故的影響。工程方使用BIM 技術(shù)可以模擬真實施工環(huán)境，并使用虛擬角色進(jìn)行各類施工作業(yè)，模擬施工現(xiàn)場突發(fā)事件所引發(fā)的諸多后果，以及虛擬角色應(yīng)該采取的處理方法[6]。與此同時，BIM 技術(shù)還可以應(yīng)用于現(xiàn)場人員的安全培訓(xùn)，利用BIM 技術(shù)可視化特點搭建多維度施工現(xiàn)場環(huán)境，使培訓(xùn)人員沉浸在現(xiàn)場環(huán)境中學(xué)習(xí)安全知識與技能。

4 BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用保障措施

4.1 做好施工準(zhǔn)備工作

BIM 技術(shù)應(yīng)用到高速公路機(jī)電工程時，工程方應(yīng)該做好施工準(zhǔn)備工作。特別是要配置BIM 技術(shù)的專門人才，并搜集完善的工程數(shù)據(jù)信息。在形成工程方案時，也要充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行方案內(nèi)容的精細(xì)化分析和技術(shù)圖紙的演繹。通過上述方式，在施工準(zhǔn)備階段可以充分掌握后續(xù)施工要點，提前甄別可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題與安全隱患，保證工程綜合效益。

4.2 做好工程數(shù)據(jù)信息管理

在高速公路機(jī)電工程中，使用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的綜合處理，比如錄入機(jī)電設(shè)備參數(shù)和工程信息，進(jìn)行施工模擬和仿真。雖然BIM 技術(shù)可以結(jié)合以上數(shù)據(jù)做出模擬結(jié)果，但如果提供的數(shù)據(jù)存在失真，那么最終模擬結(jié)果毫無意義。因此，工程方一定要做好各類原始數(shù)據(jù)的管理工作，保證原始數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與全面性，為BIM 技術(shù)的有效應(yīng)用提供必要的數(shù)據(jù)服務(wù)支持。

4.3 提高技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)

BIM 技術(shù)相對來說比較專業(yè)，要求技術(shù)人員具有較高的素養(yǎng)。因此，工程方后續(xù)也要全面貫徹人才戰(zhàn)略理念，切實提高技術(shù)人員的專業(yè)能力。工程方可結(jié)合BIM 技術(shù)展開深入分析，明確BIM 技術(shù)支持下，各個工程崗位所具備的新能力，定期做好專項的培訓(xùn)教育工作。特別是部分工程人員對BIM 技術(shù)的了解有限，因此后續(xù)工程方可以在內(nèi)部開展BIM 技術(shù)的專項培訓(xùn)教育，保證BIM 技術(shù)可以順利應(yīng)用。除此之外，工程方還可以從外部市場中專門吸收一些BIM 技術(shù)人員，為BIM 建模、仿真模擬等工作提供必要的人力支撐。

5 結(jié)語

綜合來看，BIM 技術(shù)在高速公路機(jī)電工程中可以取得顯著應(yīng)用成果并全面推廣。對于工程方來說，應(yīng)該明確BIM 技術(shù)的特點，結(jié)合高速公路機(jī)電工程的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和施工要求，制訂科學(xué)合理的工程計劃，明確BIM 技術(shù)的切入點，使BIM 技術(shù)可以延伸到工程全過程環(huán)節(jié)中。在該理念的支撐下，最終形成“BIM+項目管理”的智慧機(jī)電工程管理體系，切實提高機(jī)電工程的管理水平，保證機(jī)電工程可以取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)收益、社會效益，助力高速公路發(fā)揮各項職能。