BIM技术在高速公路全寿命周期中的应用探讨

BIM 技术在高速公路全寿命周期中的应用探讨

付昌杰

云南省交通科学研究院有限公司 云南 昆明 650000

摘要：随着我国科学技术的不断发展，BIM被广泛地用于各行各业中，并且在实际运用的过程中取得良好的应用效果，在高速公路勘察、设计、施工、运营、养护管理中利用BIM技术可以构建三维立体化的模型，方便工作人员及时了解高速公路运行的状态，并且在较短时间内提出有效的解决措施，从而使得高速公路管理水平和效果能够得到有效提高，为了使BIM能够在高速公路全寿命周期中发挥其应有的价值和效果，充分发挥BIM技术的作用，提高高速公路管理的质量。

关键词：BIM；高速公路﹔管理；建设；养护

随着我国国民经济的发展和改革开放的深入，我国交通建设的飞速发展，高速公路作为我国交通运输体系的骨干，是国民经济的大动脉，BIM技术已经在交通领域多个地方发挥作用。信息技术也随着时代的发展不断升级，逐渐在各行各业被广泛应用和推广，同时信息化在高速公路建设行业也开始被各单位重视和关注起来，在这样的大环境之下作为新的数据化工具和管理技术的BIM开始进入高速公路的项目各阶段的管理中，BIM技术的研究和应用，不仅能有效地提升高速公路的信息化、智能化水平，更能实现从规划、设计、施工、运营、养护等各个阶段全周期的数字化管理，从而提升工程品质，确保施工安全，在高速公路各方面起到了至关重要的作用。

一、概述

BIM（Building Information Modeling）技术是Autodesk公司在2002年率先提出，已经在全球范围内得到业界的广泛应用，BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和养护维护的全生命周期过程中将相关数据互相传递和共享，使项目各参与方更加了解和应用项目中的各种信息，对于相互之间的信息交流也更及时，同时使管理人员及工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，设计团队、施工单位、运营养护部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

BIM建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立；它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。它让设计、建设、施工、管理统一在一个平台下工作，是建筑工程的集成管理环境，可以使工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。因为在早期设计阶段就能发现后期真正施工阶段所会出现的各种问题，来提前处理，为后期施工打下坚固的基础。在后期施工时能作为施工的实际指导，也能作为可行性指导，以提供合理的施工方案及人员、材料使用的合理配置，从而来最大范围内实现资源合理运用及方案决策。

二、我国BIM的发展及推广

回顾我国设计领域的信息化变革，CAD技术的推广和广泛应用，从根本上改变了设计人员的工作方法，不仅提高了工作效率以及改图、修改的便捷性，同时也减少了不良工作方式对身体的损害。BIM技术引进和使用，设计人员从此摆脱了抽象的设计方式，从而可以通过建立基于项目全部信息的三维立体模型，摆脱二维图纸抽象的束缚，更加形象的完成项目内容的结构设计。

2002年开始引入我国的BIM技术在有力推动下快速发展。近十多年来，我国相关行政部门相继颁布了有关完善、鼓励和支持BIM技术应用、推广和发展的相关产业政策和工程技术文件，有力的推动了BIM技术在我国建设工程技术领域的应用和发展。

住房建设部在2014年发布的《住房城乡建设部关于推进建筑业发展和改革的若干意见》明确提出要重点加强我国建筑业信息化管理的技术和能力，加快推进在建筑工程设计、施工、运营以及维护等项目管理全过程中对建筑信息模型（BIM）的研究和应用，扩大我国建筑工程项目综合竞争力和利润收益。住房和城乡建设部在2015年颁发的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》要求要以工程建设的法规文件、技术标准和规范为基本依据，以工程建设企业为主导、行业服务、政策支持和引导为基本原则，深化、普及和发展BIM在建筑工程领域的应用，在工程建设项目全生命周期内提升各参与方的生产效率和质量。相关部门也提出提高我国公路工程设计、建设的管理水平，同时加快和大力推进全国公路工程养护管理的信息化建设。

三、高速公路中BIM技术研发的必要性

1.现有施工背景及存在问题

目前，交通建设行业中的信息化程度已经在逐渐提高，通过提高整个行业的信息化程度，可达到降低成本、提高整体工作效率等各种优点，但仍有不少问题在逐渐显现：

（1）设计单位向建设单位传递设计意图、设计方案交底等需要花费非常多的精力。现有的设计中以二维设计图纸为主，在很多结构中都只是显示通用图纸，还是将每个结构的工程量都详细列出。二维图纸设计中采用CAD方式，一张图纸中承载了大量的信息，图纸校验、复核难度大，横向、纵向关联性弱，需要通过工程技术人员的想象进行实物还原，这些信息并没有被精确的数字化，难以在后续的信息化系统建设中被重复利用。

（2）在项目建设过程中，对数据管控要求高，内容繁杂，而这些都需要建立在实际的工程数据分析之上。因而，工程建设过程中，基础数据的来源和形成，以及数据本身之间的关联，数据的精确性、准确性和即时性，将直接影响到整个建设项目的管理水平，它将会对高速公路建设的质量管控和安全管理起重要的作用。

（3）技术管理是施工过程管理的核心。目前项目的施工图设计和技术方案都是二维形式，不利于沟通、会审及业主的决策。BIM技术的开发将会改变这一传统模式，BIM模型在设计阶段就可对各专业的冲突进行三维模拟检测，同时生成相应数据进行比对修改，既解决了传统二维图纸会审效率低、耗时长、发现问题难等问题，同时又解决了如何以更为直观、更为形象的方式进行沟通的问题。

（4）传统的信息化建设中，各类工程要素信息数据孤岛效应强烈，缺少相互沟通的基础元数据信息，而BIM则可以提供这样的元数据信息，并以此构建全新的数据交换方式。

2.BIM技术开发的必要性

我国关于BIM技术的探索、研究和实践应用处于起步阶段，随着近年来市场的迫切需要、相关政策不断完善，企业有力推动，BIM日渐成为高速公路行业信息化改革的关键技术。与传统方法相比，应用BIM技术后，工程方案品质得到大幅提升，有助于设计人员和参与建设方快速直观理解项目，有效地减少差错遗漏；BIM模型的直观和多信息有利于方案比选和优化；基于BIM模型可进行多种相关分析与评价，有助于管理和优化决策。

（1）高速公路建设项目从立项开始，历经规划、勘察、设计、施工、交竣工验收到交付使用，以及后期的运营、管理、养护，是-个漫长的过程。利用BIM技术在高速公路建设项目管理中的应用进行研究，建立符合高速公路建设项目管理特点的BIM应用框架，将工程管理中的进度、质量、安全等多种要素相结合，进行各种应用开发，统一底层基础数据存储格式和基础数据交换方式，建立更为智能化的信息化管理方式，对进一步推广BIM技术在高速公路建设中的应用，提升信息化管理水平，具有重要的意义。

（2）利用BIM技术的直观性和可模拟性，辅助项目进行图纸会审、方案论证及技术交底，提供技术管理效率和质量。BIM技术的应用，将为高速公路建设施工带来巨大的改变，它会使整个工程的质量和管理效率得到显著提高，它将改变传统的工程管理理念，将引领项目信息化管理技术走向更高层次。

（3）BIM技术在工程建设项目管理中的应用，在工程造价的预估算、决算以及工程计量和工程费用管理等方面，都可以大幅提升工作效率，减少人力、物力的投入，节约大量成本。通过改善管理过程中各项决策所需要的基础信息环境，大量减少因管理因素而带来各项经济损失的风险。

（4）研究成果将改善高速公路项目管理者对工程项目的管理模式，有效地提升管理水平，实现工程项目的各项成本节约，保证项目按进度、保质量地完成。与此同时，BIM技术在高速公路建设项目管理中的应用，也必将带动整个行业的发展，提高高速公路基础设施在国民经济发展中的投入产出比，为国民经济的发展作出贡献。

四、高速公路中BIM技术的特点

BIM技术能够在高速公路运维管理中发挥其应有的价值和效果，是 BIM技术的特点和主要的应用范围适用于高速公路的全寿命周期，从而提高高速公路运维管理的水平。

1.可视化。

BIM技术所搜集到的信息都是非常准确的，可以直接将模型展现在管理人员的面前，从中可以看出BIM技术的可视化特点是比较明显的，可以让管理人员提前获知高速公路设计、建设、施工、管养中的管理效果，也可以加强和技术人员之间的沟通和交流，提高管理方案的科学性和有效性，通过BIM模型也可以及时发现在实际管理方案中存在的问题，在较短时间内进行有效调整，提高高速公路设计、建设、施工、管养管理的水平和质量。

2.协调性。

从整体上看，高速公路建设、养护管理所涉及到的管理环节和管理单位是比较复杂的，为了实现各单位的协调性管理，共同提高高速公路设计、建设、施工、管养管理的水平，相关工作人员需要充分发挥BIM技术的优势，实现协调性的工作局面，BIM技术的协调性，可以避免在高速公路管理过程中由于信息沟通的不协调和不及时而出现管理质量的问题，相关工作人员只需要将现场管理的信息上传到BIM模型中，就可以流通到各个部门工作人员的计算机中，从而使得工作人员可以在获取精准性信息的基础上提高高速公路管理的效果和质量，也为后续的决策工作提供了重要的信息支撑。

3.模拟性。

在BIM技术应用的过程中，相关管理人员可以结合实际情况进行模型的对比，模拟在后续管理过程中很有可能存在的问题，比如在高速公路管养阶段，相关设计人员可以运用BIM技术对节能工作进行模拟，提高后续管理的针对性，另外还可以利用BIM模型进行三维模型的构建，模拟高速公路的特点，从而使得建设人员可以进行高质量的管理和维护工作，对整个高速公路的管理效果和经济效益进行提前性的预估，从而保证高速公路运维管理工作的精准性。

五、BIM技术在高速公路中发展方向

1.交通基础设施全生命期开放的信息共享与协同工作平台的开发和集成应用。

通过对交通基础设施建管养一体化信息共享和协同工作机制的深入研究，研发覆盖全专业、全生命周期的协同工作软件系统，通过对接企业管理和行业管理平台，形成大数据积累，并最终在项目层面、企业层面、行业层面推广应用，实现行业内的全面数字化信息化管理。

2.全寿命周期BIM建模、数据存储标准及应用。

交通基础设施的全息三维数字化模型是实现建管养一体化应用的核心和载体，BIM建模即是要充分利用交通基础设施的专业特性，基于复杂地形、地质的BIM模型，实现参数化、自动化、智能化的交通设施对象模型的快速智能生成，针对施工、运维阶段的应用需求，细划模型转存粒度，并附加相关工程属性，从而实现模型全生命周期的无缝演变，并以此为基础，结合实际应用与反馈，研究并建立公路工程各专业对象在建、管、养各阶段的BIM数据结构和BIM应用标准，不断迭代完善，形成适用于全行业的数据标准和应用规范。

3.BIM与现代信息技术融合研究和开发。

交通基础设施从设计到施工和养护的整个过程流程复杂，学科广泛交叉，通过合理嫁接和融合现有成熟的信息技术，实现远程可视化的专家咨询、方案评审、专家会商；桥隧等重大结构的健康监测与评估等，并向行业内的相关方提供开放性服务，提高全行业的建、管、养水平。

4.BIM与智慧交通基础设施的研发。

搭建基于BIM技术的施工管理平台，加强对高速公路监控量测、质量、安全、进度、投资、档案等的管理；同时，项目管理活动中的主要业务及所使用的基础数据在本系统中实现，建立起项目基础数据之间的逻辑关系，并为成本管理信息系统、物资管理系统提供中间数据，降低现场数据填报工作量，保证基础数据采集的真实性、时效性，使得项目管理精细化管理深入、有序推动。并且以BIM模型为基础，辅以各类信息数据库，知识库和智能分析系统，综合利用CAE、云计算等技术，实现工程结构方案的智能优化、重大桥隧结构的智慧化施工控制、公路工程智慧化管养决策等，全面提升交通基础设施的智慧。

5.BIM+GIS电子沙盘创建。

首先利用3D GIS技术将地形采用DEM+DOM叠加生成GIS模型，后将BIM精细化模型与GIS（地理信息系统Geographic Information System）模型融合，生成BIM+GIS电子沙盘模型。在GIS地图中显示高速公路机电、交安、隧道及桩号等位置信息，通过BIM建模方式显示局部细节信息，通过每日施工进度完成内容，通过3D可视化方式展现现场完成情况。

六、BIM技术在高速公路全寿命周期中的应用

BIM技术不断渗透到交通行业工程中，势必将改变交通运输未来的发展模式，为交通运输的发展创造更大的价值。各高速公路相关企业应将BIM技术作为企业核心竞争力和营销的重要手段，建立以BIM技术为基础的设计平台，提高生产效率及质量；建立和组织有效的三维协同工作模式、管理流程和BIM标准；拓展BIM在交通工程规划、施工与运营阶段的市场和应用，BIM技术应用研发将为交通行业创造价值。

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