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1、,6.2 BIM技术在公路工程建造中的应用,息化是一个与各业务紧密相关、长期存在的常态工作，而BIM 作为IT 技术在工程建设领域的实施与应用的具体技术，其实施既要与公路工程建设相关部门自身战略发展相符合，也要与现实业务需求相结合。BIM 技术在国内的应用起步于2003 年。目前公路工程BIM主要关注的是集成地理信息系统，主要应用在道路、桥梁、隧道和综合性项目的安装过程。在研究设计阶段应用BIM 时可能性较大，因为大部分的可转让的应用（也可用在公路工程领域）的BIM 研究在建筑领域已经完备。其他推动BIM 在公路工程领域应用的因素来自运营阶段的工作的需要、现今基础设施资产管理的客户。大多数基础
2、设施的设计阶段研究关注的是案例研究的实例或设计和表现对象的独特的线性结构，如公路、铁路或隧道。运行与维修相关研究人员认为BIM可以被用于对整个资产做综合网络管理。通过使用综合信息数据库和外部数据源的映射将可能更有效地对资产进行网络化管理。并提供资本的最优使用方案，时间和资源，来满足规定的目标。,6.2.1 公路工程项目BIM 应用需求及实施目标分析1 公路工程项目BIM 应用需求分析（1）政府公路工程的建设需要公路工程的工程项目建设，目前仍以传统建设模式为主，项目建设各相关方的实施组织方式也以离散管理为基本特征，难以实现工程建设成果前置优化的建设要求，难以满足政府对公路工程集中建设管理的基本要
3、求。改变传统的建筑成果后置的传统模式是当前公路工程建设的迫切需要。（2）政府公路工程的管理需要在工程项目的传统管理方式中，人为干预的因素多、比例高，难以满足政府对多公路工程项目并行管理的要求，阻碍了政府相关部门对公路工程的管理效率和管理质量的全面提高，不利于现代工程建设管理方式的形成。（3）政府公路工程的监督需要当前工程建设项目的监察主要以人工方式的定期、定量、局部抽验的方式为主，管控信息无法做到实时、准确上传，难以实现对工程项目建设过程的全面、实时监控。（4）政府公路工程的信息安全需要政府投资的公路工程项目对信息安全有较高要求，涉及到公共利益、公共安全的工程项目必须保证工程建设的信息安全。B
4、IM 的实施将把现阶段的分散、人工管理的信息集中起来，再用分级、分类的自动管理方式进行管理，可以为信息的安全管理提供有力的保障。,（5）相关政府部门的审批需求在公路工程项目的审批过程中，规划国土、住建、财政等诸多部门之间存在紧密的业务联系。目前工程建设项目审批过程中，缺少以信息技术为基础的多部门协同的流程化、标准化的审批体系，难以满足建设行政部门对工程建设项目高强度的审批需求。（6）外部纪检部门的监察需求建设行政部门对工程建设的外部监察工作内容多、数量大、项目繁杂，需要通过信息化手段实现远程、实时、自动、全覆盖的监察体系建立。（7）公众服务需求公路工程项目多数是为公众服务的建设项目，建设过程中
5、需要建立公众参与的平台接口，建立相关信息发布、查询、咨询和建议的渠道，以提高政府投资项目公开、透明程度，支持和满足政府在公路工程项目建设过程中为公众提供信息服务的需要。,2 公路工程应用BIM 技术问题与挑战目前，部分单位已经形成了一定的项目型BIM 应用规模，取得了明显的经济效益和社会效益，开始着手制定和实施企业级的BIM 应用。但也应当清楚地看到，企业级的整体BIM 实施尚处于起步阶段。无论是整体还是局部，在现阶段还存在许多问题与挑战，主要体现在以下几个方面：（1）既得利益冲突企业级BIM 实施将涉及企业的每个环节，对企业现有业务流程和管理模式都会带来较大变化，如企业的盈利模式、企业内岗位
6、的重新设置、员工的考核与利益分配方式等，是企业责任链和利益链再分配的过程。因此，如何让企业经营层达成共识、让全体员工接受BIM 实施带来的变化，是企业BIM 实施中面临的最大的挑战。对此，应在企业级BIM 标准制定和贯彻实施中引起足够的认识。（2）管理模式改变基于BIM 的管理模式与传统的管理模式存在明显的不同，原有的制度和标准已不能满足于BIM 设计模式需要，两者之间存在一定的冲突。如对软硬件及网络等资源的要求更高，对于信息资源的管理也必须从传统的分散式管理转变为集中的统一式管理模式，对资源的管理也将更加精细等。在采用BIM技术后，需对企业现有的制度及标准进行必要的调整，主要设计企业资源管理
7、、工作行为管理、激励机制、成果交付及质量控制等方面。与之同步的，是要对企业的组织机构和人力资源等做相应的改变。,（3）业务流程再造BIM 技术提供了一种数字化的统一建筑信息模型表达方法，可以支持多专业团队协同的并行业务模式。这种业务模式变化必然导致传统串行业务流程的改变，并会对与其相关的建模、分析等业务内容产生影响，同时也会使原有的协作方式发生相应的变化。在采用BIM 技术以后，企业必须重新定义和规范这种新的业务流程，才能保证基于BIM 的设计过程运转流畅。基于BIM 技术的流程再造是设计企业必须面临的重要挑战。（4）信息资产管理在基于统一BIM 模型的设计过程中，BIM 模型将逐步取代二维图
8、纸，成为核心交付物，其中也包括从模型自动生成的二维图纸。作为一种新的企业信息资产，BIM 模型不仅作为一种存档资料，更多是要为各专业复用和共享，因此已无法用二维图纸的管理模式档案管理，需要建立一套信息资产的管理模式，即BIM 模型的标准化定义与管理规范。在制定BIM 标准与管理规范时，也应与现有的二维审、制图标准衔接，以保证模型与相关图纸信息的有效关联，并达到较高的出图效率。（5）分配机制改变BIM 技术的应用将带来各阶段、各专业任务分配及工作量的变化，原有企业内的考核机制、奖励机制及分配机制必须进行相应的改变。同时，整个行业BIM 实施也会改变建设、勘察、设计、施工、建立等单位的取、付费标准
9、，这些不仅涉及企业内部的改变和调整，也涉及整个行业，需要各方协调，建立新的基于BIM 产业链的分配机制。这是未来建筑行业信息化的重大挑战。,（1）设计方案比选的工作流程宜符合下列要求：数据收集。收集的数据包括电子版地形图、图纸等，电子版地形图宜包含周边地形、建筑、道路等信息模型，图纸宜包含方案图纸、周边环境图纸（周边重要建构筑物相关图纸、周边地块平面图和地形图）、勘探图和管线图等。利用周边环境模型进行道路选线，根据多个选线方案建立相应精度的道路模型，模型宜包含道路项目各方案的完整设计信息，创建周边环境模型，并与方案模型进行整合；校验模型的完整性、准确性；生成道路设计方案模型，作为阶段性成果提交
10、给建设单位，并根据建设单位的反馈修改设计方案；生成道路项目的漫游视频，并与最终方案模型交付给建设单位。（2）设计方案比选成果宜包括道路项目的方案模型、漫游视频等。,（1）场地分析工作流程宜符合下列要求：数据收集。收集的数据包括电子版地形图（宜包含周边地形、建筑、道路等信息模型）、周边环境图纸、周边重要构筑物建筑总平面图、场地信息、现场相关图片以及现状管线模型等。场地建模。根据收集的数据进行周边环境建模、构筑物主体轮廓和附属设施建模；校验模型的完整性、准确性；场地模型整合。整合生成的多个模型，标注公路项目主体、出入口、地面建筑部分与红线、绿线、河道蓝线、高压黄线及周边建筑物的距离，结合地形地质模
11、型，对高程、坡度坡向、流域等进行分析。场地分析与设计方案模型调整。根据场地分析结果，评估方案的可行性，判断是否需要调整设计方案，场地模拟分析、设计方案调整是一个需要反复推敲的过程，直到最终确定工程方案。生成场地现状仿真视频，并与场地现状仿真模型交付给建设单位。（2）场地分析成果宜包括道路项目的场地模型、场地视频。,1.3设计校核在公路工程信息模型中，应利用 BIM 的可视化、信息化特点，对设计阶段的道路模型进行设计校核。同时，由于 BIM 模型是工程生命周期中各相关方共享的工程信息资源，也是各相关方在不同阶段制定决策的重要依据。采用 BIM 技术后，模型所承载的信息量更丰富，逻辑性与关联性更强
12、。因此，除了设计层面的校核以外，对模型也应考虑进行检查校核。（1）设计校核工作宜符合下列要求：收集数据，并保证数据的可靠性，数据包括道路设计模型，如有必要，对模型进行整合。模型完整性校核。道路模型中所应包含的模型、构件等内容是否完整，道路模型所包含的内容及深度是否符合交付等级要求。建模规范性校核。道路模型是否符合建模规范，如建模方法是否合理，模型构件及参数间的关联性是否正确，模型构件间的空间关系是否正确，语义属性信息是否完整，交付格式及版本是否正确等。设计指标、规范校核。道路模型中的具体设计内容，结合国家和行业主管部分有关道路设计规范及合同要求、同时利用三维可视化、信息化优势，对模型进行校核，
13、以保证设计的规范性合理性、模型的规范性与可交付性。校核内容包括且不限于以下几点：设计参数校核、视距校核、线形组合合理性校核、模型及构件的几何信息与非几何信息校核、碰撞检查、构筑物平面立面与剖面检查。模型协调性校核。指模型及构件是否具有良好的协调关系，如专业内部及专业间模型是否存在直接的冲突，安全空间、操作空间是否合理等。这需要与其它专业协同合作，以避免冲突。按照统一的命名规则命名文件，保存修改后的整合模型文件与各类构件。（2）设计校核成果宜包括修改后的道路模型，并在模型中标注出最不利位置及校核数据及设计参数表。,1.4辅助出图道路辅助出图以剖切道路专业三维设计模型为主，二维绘图标识为辅，局部借
14、助三维透视图和轴测图的方式表达各设计阶段的需求。考虑到目前 BIM 应用的普及性仍不如二维设计，为了后续施工等方便性，仍需进行二维图纸出图；同时可减少二维设计的平面、立面、剖面的不一致性问题；并尽量消除与其它专业设计表达的信息不对称；且为后续设计交底、深化设计提供依据。根据需要通过道路模型生成或更新所需的二维视图，如平、立、剖面图等，应满足相应阶段规定、符合行业习惯的设计图纸。（1）辅助出图工作流程宜符合下列要求：收集数据，主要包括相应设计阶段的道路模型，并确保数据的准确性。校审模型的合规性，并把其它专业提出的设计条件反映到模型上，进行模型调整和修改。通过剖切模型创建相关的施工图：平面图、纵断
15、面图、横断面图、结构图、局部放大图等，保持图纸间、图纸与道路模型间的数据关联性，达到二维图纸交付内容要求。对于最终的交付图纸，可将视图导在二维环境中进行图面处理，辅助二维标识和标注，使之满足相应设计阶段的设计深度。对于局部复杂空间，宜增加三维透视图和轴测图辅助表达。部分设计阶段中，有些不作为 BIM 交付物的局部详图，可在二维环境中直接绘制。复核图纸，确保图纸的准确性。（2）辅助出图工作成果包括符合相应模型深度和构建要求的道路模型，满足规范要求与行业习惯的相应阶段图纸深度要求的二维图纸。,1.5设计工程量统计在公路模型中，根据公路信息模型的几何数据和非几何数据计算，获得的准确的工程量统计，满足
16、项目全寿命期的各阶段造价编制过程中的算量需求，以用于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较，以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。另外，根据项目招标分项表，提供满足招标要求的土建、机电、装修工程量辅助统计。（1）公路工程设计工程量计算与复核的工作流程宜符合下列要求：数据收集。收集的数据包括投资监理提供的分部分项工程量清单与计价表以及各专业施工图设计阶段交付模型；调整公路信息模型的几何数据和非几何数据。根据分部分项工程量清单与计价表，调整土建等模型的几何数据和非几何数据；校验模型的完整性、准确性；生成工程量统计模型并转换成算量软件
17、专用格式文件，提交给投资监理单位；投资监理单位接收 BIM 实施单位提交的算量软件专业格式文件，并导入算量软件，生成算量模型；生成 BIM 工程量清单。投资监理单位从算量模型中生成符合工程要求的工程量清单，并复核投资监理计算的工程量清单。（2）工程量计算与复核的成果宜满足下列要求：计算模型生成的各种经济技术指标宜用于项目前期的投资估算。能导入各阶段三维模型文件，并结合规范及各地的概预算定额，计算相应的工程量、编制设计概算书、招标工程量清单、招标控制价等。能支持不同阶段的造价对比分析。能够计算或手工输入设计信息模型未涉及的项目信息，如土石方施工方案、安全文明防护措施等。能够记录并统计分析已完成工
18、程量、设计变更、现场签证等信息。,（2）BIM 应用目标辅助决策：本项目由于与内环高架共线，规划方案阶段针对高架方案与平拓方案，业主和各行政主管部门对于两套技术方案持不同意见，因此针对项目特点与重要性，借助 BIM 可视化功能，模拟与实景相当的效果动画，同深度比较不同方案，为业主决策提供依据。三维设计：全过程实现动态设计、参数化设计、三维设计，并参数化构建道路部件、桥梁构件库。深度应用：实现基于 BIM 的工程量自动统计、图纸深化、碰撞检测等基本应用，并深度挖掘视距分析、日照分析等应用。协同设计：道路、桥梁、交通、排水、管网、景观等各专业协同合作，保证模型的完整性、合理性、专业性，并减少专业间
19、冲突，提高工作效率。规范流程：从命名、模型命名、各类设置到建模规范流程，并逐步形成一套院级 BIM 设计标准化流程与方法。（3）BIM 应用平台通过前期调研、咨询与学习，本工程决定使用以 Autodesk 基础设施软件套包为应用平台进行 BIM设计。主要用到的BIM软件及其应用点如下：AutoCAD Raster design；AutoCAD Civi13D；Autodesk Revit；Autodesk Infraworks360；Autodesk Navisworks。,（5）BIM 应用总结本次 BIM 设计体现出极大的应用价值，主要体现在以下四个方面：可视化：本项目关注度高，影响深远，
20、通过 BIM 可视化功能，设计效果一目了然，不仅辅助方案决策，且便于向公众展示建成后的真实效果。协调性：项目沿线建设条件复杂，通过 BIM 平台的精确整合，实现多专业的协同化设计，保障专业间的一致性，提高了专业沟通的效率和准确度。工作效率：本项目含 4 座大型互通立交桥，通过采用 BIM 技术贯穿工程全寿命周期，极大的提高生产效率，节省工程投资。设计质量：通过 BIM 创建一致且质量更高的三维模型与设计文档，加强对项目成果的把控，提高管理水平，形成一整套较为完备的BIM 设计流程。,2 桥梁工程2.1设计方案比选在工程信息模型中，结合地理信息系统(GIS)形成多个备选的桥梁设计方案，以便方案的
21、沟通、讨论、决策在可视化的三维场景下进行，实现桥梁设计方案决策的直观和高效。设计方案比选的工作流程和成果参考“道路工程”中相关内容。2.2设计校核在建立工程信息模型的过程中，可实现对设计阶段图纸的可视化校核，减少错漏碰缺等设计失误，降低施工阶段的工程变更发生率。设计校核的工作流程和成果参考本章“道路工程”中相关内容。2.3辅助出图桥梁辅助出图以剖切桥梁专业三维设计模型为主，二维绘图标识为辅，局部借助三维透视图和轴测图的方式表达各设计阶段的需求。考虑到目前 BIM 应用的普及性仍不如二维设计，为了后续施工等方便性，仍需进行二维图纸出图；同时可减少二维设计的平面、立面、剖面的不一致性问题；并尽量消
22、除与其它专业设计表达的信息不对称；且为后续设计交底、深化设计提供依据。根据需要通过桥梁模型剖切生成或更新所需的二维视图，如平立剖图等，应满足相应阶段规定、符合行业习惯的设计图纸。辅助出图的工作流程和成果“道路工程”中相关内容。2.4设计工程量统计在工程信息模型中，各构件具备几何、材料等信息，可根据模型更为准确快速地统计构件的工程量。设计工程量统计的工作流程和成果参考“道路工程”中相关内容。,3 隧道工程3.1设计方案比选在设计方案比选阶段，创建并整合方案概念模型和周边环境模型，利用 BIM 三维可视化的特性展现隧道设计方案。同时对多套隧道方案进行可视化、可量化的比选，并根据比选结果，方便、快捷
23、的实时动态调整设计方案。设计方案比选的工作流程和成果参考“道路工程”中的相关内容。3.2设计校核在公路工程信息模型中，应利用 BIM 的可视化、信息化特点，对设计阶段的隧道模型进行设计校核。同时，由于 BIM 模型是工程生命周期中各相关方共享的工程信息资源，也是各相关方在不同阶段制定决策的重要依据。采用 BIM 技术后，模型所承载的信息量更丰富，逻辑性与关联性更强。因此，除了设计层面的校核以外，对模型也应考虑进行检查校核。设计校核的工作流程和成果参考“道路工程”中的相关内容。3.3 辅助出图隧道辅助出图以剖切隧道专业三维设计模型为主，二维绘图标识为辅，局部借助三维透视图和轴测图的方式表达各设计
24、阶段的需求。考虑到目前 BIM 应用的普及性仍不如二维设计，为了后续施工等方便性，仍需进行二维图纸出图；同时可减少二维设计的平面、立面、剖面的不一致性问题；并尽量消除与其它专业设计表达的信息不对称；且为后续设计交底、深化设计提供依据。根据需要通过隧道模型生成或更新所需的二维视图，如平立剖图等，应满足相应阶段规定、符合行业习惯的设计图纸。辅助出图的工作流程和成果参考“道路工程”中的相关内容。,3.4设计工程量统计在隧道模型中，根据隧道信息模型的几何数据和非几何数据计算，获得准确的工程量统计，满足项目全寿命期的各阶段造价编制过程中的算量需求，以用于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计
25、方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较，以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。另外，根据项目招标分项表，提供满足招标要求的土建、机电、装修工程量辅助统计。设计工程量统计的工作流程和成果参考“道路工程”中的相关内容。3.5 隧道工程案例曾家岩嘉陵江大桥附属隧道工程曾家岩嘉陵江大桥工程路线全长5.63km，北起渝北区兴盛大道，跨越嘉陵江后，下穿曾家岩、中山四路、上清寺和两路口，接入长滨路立交，与菜园坝大桥连成一线。嘉陵江以北主线长3.02km，其中隧道长2.83km；渝中区接线长2.07km，其中隧道长1.92km，主线隧道达到4.75km。全线共设置5条接线，分别为北城天街接线，
26、黄观路 A、B 接线，嘉滨路接线，人民路接线，接线总长约 3.56km。接线主要为隧道形式，隧道长约 2.91km，占接线总长的 82%。整个项目总投资 33 亿元，目前正在施工，预计 2018 年 12 月建成通车。,3.6 隧道工程案例城开特长隧道银百高速城口（陕渝界）至开县段是国家高速公路网银川至百色高速公路（G69）中渝境北段的一段，项目路线总长 129.299Km，城开隧道为本项目的控制性工程之一，同时也是交通部推动的 BIM 技术应用项目。隧道左线长 11485m，隧道右线长 11456m，大埋深 1366m，属特长隧道，为目前重庆境内最长公路隧道。本隧道设计为双向四车道，设计速度
27、 80km/h，布置车行横通道 15 处，人行横通道 32 处，布置紧急停车带 30 处。同时为了满足通风需求，隧道采用 1 斜井+2 竖井三区段分段纵向式通风。隧道土建总工期 70 个月，建安费约 17.6 亿元。本次隧道 BIM 应用的创新点有以下几方面：基于路线搭建的模型具有参数化和动态更新的特点；建立了隧道三维立体支护模型；建立了两种及以上的复杂曲面交叉口三维模型，对照模型对设计参数进行了验证和优化，帮助设计人员高效、准确地进行交叉口处图纸设计；根据三维模型可以统计隧道衬砌延米及相应历程段的工程量。,6.2.3 BIM技术在公路工程施工阶段的应用1 施工准备阶段1.1图纸会审图纸会审的
28、主要目的是加快、加深深化设计前对项目的理解程度，检查图纸是否满足施工要求，施工工艺与设计要求是否矛盾，以及各专业之间是否冲突，对于减少施工图中的差错、完善设计、提高工程质量和保证施工顺利进行都有重要意义。图纸会审阶段主要工作内容：（1）利用三维模型作为会审的沟通平台，根据项目现场数据采集结果，整合项目设计阶段模型，进行设计、施工数据检测、问题协调。（2）通过三维模型检测设计碰撞、核查设计问题及施工可行性，协调问题解决方案并向各参与方提供暂时问题的修改结果。,2 施工实施阶段2.1 进度管理将二维施工进度计划与模型进行整合，以三维的形式直观的反应在人视线中，让项目管理人员可以清晰地了解整个工程进
29、度安排，并及时发现每个环节的重点、难点，方便制定并完善合理可行的进度计划，保证整个项目实施过程中人力、材料、机械安排的合理性。（1）主要工作内容：收集准确的数据。结合工程项目施工进度计划的文件和资料，将模型与进度计划文件整合，形成各施工时间、施工工作安排、现场施工工序完整统一，可以表现整个项目施工情况的进度计划模拟文件。根据可视的施工计划文件，及时发现计划中需待完善的区域，整合各相关单位的意见和建议，对施工计划模拟进行优化、调整，形成合理、可行的整体项目施工计划方案。在项目实施过程中，利用施工计划模拟文件指导施工中各具体工作，辅助施工管理，并不断进行实际进度与项目计划间的对比分析，如有偏差，分
30、析并解决项目中存在的潜在问题，对施工计划进行及时调整更新，最终达到在要求时间范围内完成施工目标。（2）主要工作成果：施工计划模拟演示文件。表示施工计划过程中的整个工程进度安排、活动顺序、相互关系、施工资源、措施等信息。,2.3 物资管理运用工程信息模型技术达到按施工作业面配料的目的，实现施工过程中设备、材料的有效控制，提高工作效率，减少不必要的浪费。（1）主要工作内容：收集准确的数据。将项目信息、构件信息、进度表、报表等设备与材料信息添加进施工作业模型中，使建筑信息模型建立可以实现设备与材料管理和施工进度协同，并当可追溯大型设备及构件的物流与安装信息。根据工程进度，在模型中实时输入输出相关信息
31、。输入信息包括工程设计变更信息、施工进度变更信息等。输出信息包括所需的设备与材料信息表、已完工程消耗的设备与材料信息、下个阶段工程施工所需的设备与材料信息等。（2）主要工作成果：施工设备与材料的物流信息基于施工作业面的设备与材料表。建筑信息模型可按阶段性、区域性、专业类别等方面输出不同作业面的设备与材料表。2.4 竣工资料电子交付竣工资料电子交付主要应用于施工阶段。在建筑项目竣工验收时，将竣工验收信息及项目实际情况添加到施工作业模型中，以保证模型与工程实体数据一致，随后形成竣工模型，以满足交付及运营基本要求。（1）主要工作内容：收集准确的数据（包括构建几何信息、材质信息、厂家信息以及施工安装信息等）。完整收集施工作业模型及施工过程中修改变更资料。施工单位技术人员应在准备竣工验收资料时，根据修改变更资料更新施工作业模型，使其能准确表达竣工工程实体，以形成竣工模型。（2）主要工作成果：竣工模型。,
