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章红斌
高速公路的建设是我国基础建设中一项重要组成部分，如何提高对高速公路工程建设的管理是行业内一直在思索的问题。而BIM技术是一种新兴的计算机技术，通过构建工程信息数据库与工程虚拟模型能优化对高速公路机电工程施工的管理。本文以滁天高速项目为例，基于BIM技术中可视化、模拟性、协同性和兼容性的特点，探讨了BIM技术在高速公路施工中的运用方式。
BIM技术全称为building Information modeling，即“建筑信息模型”。BIM技术通过电脑辅助设计软件来搭建3D建筑模型，并通过数字化手段建立信息数据库，让建筑工程模型的各项信息与真实建筑工程信息保持一致。工程队能通过BIM技术中的信息库实时了解建筑工程几何、空间运动状态、材料属性等信息，使建筑工程的信息集成化得到有效提高。而将BIM技术运用到高速公路建设工程中，能通过构建高速公路工程3D模型来对工程的施工计划、施工进度、施工成本等方面进行管控，在保证工程施工质量的同时，还能促进各施工部门间的协同作业，优化施工流程，最终提高工程施工速度。
在传统的高速公路建设工程管理中，管理者多是通过二维图纸对工程的流程、进度与各项数据进行施工管控。即使在管理过程中使用到电脑技术，也多是应用于数据的分析与计算方面，这些数据最终还是以二维图纸方式呈现。这种传统的工程管理方式容易造成施工计划与实际工程间的割裂，难以帮助工程管理人员实时把控工程细节，而BIM技术所具备的优势能满足高速公路建设工程管理需要。
1. 可视化
如图1所示，通过将建筑工程数据输入BIM系统中，能使平面图纸数据转变成3D立体模型。3D立体模型相比平面图纸更能保证建筑工程的合理性，并且能帮助管理者与项目方通过可视化的建筑模型直观了解工程内容，对工程各项数据进行有效分析。此外，当在3D模型的基础上输入相应的时间轴后，BIM系统可生成体现工程时间变化的4D模型，模拟工程在不同时间段的建设场景。4D模型可使管理者及项目方更好地管理工程施工进度，并在施工前对工程流程进行优化。
图1 高速公路3D模型
2. 模拟性
BIM技术的核心功能是建立与现实工程一致的信息数据库，该数据库不仅能对建筑工程的各项数据进行综合分析，还能通过改变工程内部构造或属性数据等方式对工程施工的效果进行模拟。如图2所示，工程队通过BIM技术的模拟功能，可提前检测工程项目各环节是否合理且满足工程要求，然后及时对施工方案中的不足进行修改，或找出工程实施的最优方案，降低工程施工成本，保障工程施工质量。
图2 BIM技术工程模拟图
3. 协同性
BIM技术本质上是一个信息处理系统，通过对数据的分流与集成，能提高工程队各部门间的协同能力，使工程项目的管理更科学有效。例如，道路建设工程受施工现场环境影响大，当现场环境出现变化时，道路的施工设计也要随之调整。如果使用传统的项目管理方式，项目方就必须依次修改施工图纸、通知施工队员、重新商讨施工方案等，修改过程中不可避免的会花费额外的人力、资金与时间成本。而BIM技术能让工程数据在各方间实时传递，当施工技术人员将环境数据传输到系统中后，工程设计师与其他负责人就能及时对施工方案进行修改，并将修改结果第一时间发送给现场施工人员。BIM技术对多方数据同步而高效的处理功能使部门间的合作沟通变得更便利，有效提高工程施工效率。
4. 兼容性
随着工程信息技术的发展，在建筑工程施工中，工程队往往会使用多种信息技术对工程项目展开测量。目前常见的工程文件格式以dwg、sat等为主，对工程数据进行整合时还会使用odbc或excel等程序。而BIM技术能兼容多种格式的文件，并能对不同类型的工程文件进行高效传输与交换，提高构建信息数据库的效率，减少因文件格式不互通而重复处理计算数据的麻烦。
1. 工程介绍
滁天高速项目路线起自来安县水口镇夹埂村，顺接滁马高速（滁州东枢纽）；
向北跨越规划的中央大道延伸线设置来安南互通，在玉代村西南侧依次跨越规划 F001、G345（原 S312），在玉代村北侧与规划的来六高速交叉，之后在仰山村西侧绕过滁州市桃文化节景区，路线在长山林场北侧下穿国道 G345，转向东北展线，在南侧避开长山峡谷漂流景区，于半塔镇兴隆乡南上跨 G235 国道（原 S238 省道）设置半塔互通；
路线在釜山镇南与 G25 长深高速交叉设置釜山枢纽互通，路线向东设置分离式立交上跨 G205；
终点与宿扬高速连接设置郑集枢纽。路线全长 67.135km。
2. 技术架构
由于项目工程情况复杂，为提高项目建设质量，在项目建设过程中工程队采取了多种BIM技术，并通过SpringBoot来架构数据平台，实现不同类型和格式间的数据互通，使工程各阶段的系统数据能安全、有效、快捷的传输。在项目中具体应用的BIM技术如下：
（1）BIM建模技术
工程队在项目中主要通过Autodesk软件来建立BIM三维模型。首先，根据工程设计图纸中的数据来分别建立工程各构件，并通过优化渲染技术的方式来减小每个构件的体量，确保在BIM系统在运行中能保持流畅的速度，不会出现卡顿、穿模或构件造型缺失的情况。当各构件的三维模型建立完毕后，再将其进行一一拼配。最后将拼配好的模型导入到BIM系统中，构建相应的模型基础。
（2）可视化技术
为实现BIM技术中可视化功能，搭建高速公路项目周边的实景模型，使工程队能更清晰地了解工程地区的地理环境、居民建筑、植被河流等分布情况，可搭建GIS数据平台，依托WebGL技术对工程地区进行无人机航测，并对测量的数据与实景模型中的纵横坐标进行统一，确保实景模型与现实情况相符。
（3）工程动态管理技术
BIM的工程动态管理系统主要包括施工动态管理、施工安全与冲突分析、施工过程模拟与优化、施工碰撞与检测四个子模块。其系统的构造是基于BIM三维建筑信息数据库及加入时间轴的4D建筑信息模型技术来实现。在该系统中，通过架构以浏览器（Browser）/服务器（Server）为基础的内网及以客户机（Client）/服务器（Server）为基础的外网使BIM数据库中的资料能够实时共享，最终为项目提供进度管理和智能决策的功能。例如，在4D施工动态管理模块中，通过BIM技术收集现场施工数据，利用系统中的模拟功能对施工进度进行模拟，能帮助工程管理人员更改时间不合理的工期，把控每一阶段的工程进度，进而提高工程施工的效率。
3. BIM技术具体应用
（1）BIM技术在机电工程策划中的应用
在高速公路工程方案策划的阶段，通过将BIM技术与Infraworks软件结合可构建工程地区周边地理环境、居民建筑、植被河流模型，在模型构建过程中，要以施工区域内的坡度、高程、流域数据为基础。如图3所示，通过参考高程数据信息，工程队能够利用BIM技术还原工程地区的原始地貌，使工程队能够深入了解施工现场实际地形，优化项目策划方案和机电设备布局方案。
图3 利用BIM技术搭建工程三维模型
（2）BIM技术在公路布局中的应用
为确保高速公路的设计等级与设计时速符合工程标准，工程队可依托BIM技术来优化调整高速公路设计方案中的具体参数。例如，在设计高速公路的纵断面时，设计方案必须依据地形充分考虑公路的排水和净空问题，然后依照平曲面准则来控制公路的高程。此外，纵面的设计方案还必须要考虑道路交叉口的因素，通过BIM技术对现场工程数据进行分析，并使用Dynamo和RECIT软件，参照曲面数据来对公路进行建模，降低高速公路道路交叉点和转弯处等重点部分的设计难度。通过使用BIM技术将高速公路二维的场地图纸转换成可视化三维模型，根据施工计划添加相应的时间轴，还能方便工程管理人员清晰的看到施工现场在不同时期的布局，合理布置机电设备的位置。
（3）BIM技术在管道碰撞检测中的应用
道路线缆管布局方案是高速公路机电工程中的一项重点内容，而BIM技术能够帮助工程队优化线缆管的布局方案。在设计布局时，通过在设计图中标准线缆管的装配位置，包括管道的起始点、关键节点和中心线等，然后运用BIM技术优化线缆管的配置方案。此外，管道的碰撞情况容易在高速公路机电工程施工中出现，而BIM技术能对线缆管工中可能出现的碰撞风险进行管控。通过输入线缆管数据信息建立三维模型，能直观地观测线缆管系统中的各区域与各部分之间是否存在设计上的冲突，利用BIM技术对管线管网布局进行冲突检测和碰撞检测，尽可能的优化管道布局，保障工程质量。
（4）BIM技术在机电设备施工中的应用
BIM技术可将二维设计图纸导出成三维施工效果图，对高速公路中的监控设备、收费设备和通信设备等进行分类标注，并可通过BIM系统对公路中的机电设备进行全方位的浏览，深入了解施工信息。例如，在进行高速公路光缆安装时，工程队先通过BIM三维模型中筛选出涉及光缆安装的构件，对它们进行标注。然后通过将光缆配盘、光缆敷设、光缆接续和接地、光缆成端与配线架安装接线、光缆标识安装这5个步骤预设成5种颜色，让它们在BIM系统中分别显示，能使工程队通过系统直观地把控光缆安装的全过程。提高光缆安装工作的效率。
（5）BIM技术在机电设备管理中的应用
通过BIM的数据资料库，工程队可线上查看机电工程相关设备的品牌信息、造价、所在位置、计划完工时间等信息，能有效帮助施工人员快速定位某一机电设备。在对机电设备进行使用测试时，BIM系统还能自动生成测试与维护计划，合理安排机电设备测试时间。当检测人员发现设备出现问题后，也可通过BIM技术快速对设备的问题进行登记。在故障登记后，BIM系统会自动派发故障数据给维修人员，并将设备的构件图纸、产品信息、维修资料等同步提供给维修人员，方便人员进行维修。在维修完成后，BIM系统还会自动生成维修记录，对设备故障情况进行整理，方便开展机电设备后续的管理工作。
BIM技术是一种基于数据整合和三维模型建立的新兴建筑信息模型分析技术，其可视化、模拟性、协同性和兼容性的优点符合高速公路机电工程施工的需要。在高速公路机电工程施工中应用BIM技术，能有效优化施工方案、降低施工成本，并提高工程管理人员对于施工过程中的工程进度、工程质量、工程安全与工程资料的管理效率，为高速公路机电工程施工管理提供更好的支持。
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