BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用分析

BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用分析

秦继亚

中交建筑集团有限公司

摘要：随着我国经济建设快速发展和交通量不断增加，对公路交通运输能力要求越来越高。目前我国已建成一大批高速公路，但是由于传统的二维CAD设计模式存在诸多问题，如信息传递不及时、数据共享性差等，导致项目参建各方之间协同工作效率低，造成了大量资源浪费。因此，如何利用先进的数字化工具来提高高速公路工程的质量安全管控水平及实现全生命周期内成本控制成为当前亟待解决的难题。

关键词：BIM技术；高速公路工程；施工管理；应用分析；

一、引言

随着我国经济建设的快速发展，公路交通作为国家重要基础设施之一，其工程建设也得到了迅猛的发展。然而，传统的高速公路项目管理模式存在许多问题，如信息传递不及时、数据不准确等，这些问题严重制约了高速公路工程的顺利进行和投资效益的提高。因此，如何利用现代化手段来改进现有的高速公路项目管理模式成为当前亟待解决的问题。 近年来，BIM技术逐渐被引入到高速公路工程领域，并且取得了一定的成果。通过对BIM技术的深入研究与实践探索，可以发现该技术具有可视性好、模拟精度高等优点，能够有效地提升高速公路工程设计质量、优化施工方案、节约成本、缩短工期等方面的能力，从而实现高速公路工程全生命周期内的数字化管理目标。 本文旨在探讨BIM技术在高速公路工程施工管理中的具体应用情况及其优势，以期为相关从业人员提供参考依据。

2、BIM技术的定义

2.1BIM技术的定义

BIM是以三维数字技术为基础，集成了项目各种相关信息的数据集，通过数字化手段来实现对建设项目全生命周期过程中信息的整合、共享和传递，从而提高工程建设效率与质量，降低成本，减少资源浪费等目标的一种新兴技术[1]。它主要包括三个方面：一是BIM软件平台；二是BIM标准族库；三是BIM数据库。其中BIM软件平台是整个系统运行的核心，负责各类数据采集、处理、存储、可视化以及与其他系统进行协同工作等功能。

2.2BIM技术的主要特征

(1)可视化。通过三维模型可以直观地展现出建筑物内部结构、设施设备等信息，使得设计人员和业主能够更加清晰地了解项目情况。

(2)协调性。BIM技术具有很好的协调能力，它将不同专业领域内的数据进行整合，从而实现对整个工程建设过程的全面把控与协同工作。

(3)模拟性。BIM技术可以通过建立虚拟的建筑环境来完成各种方案的比选和优化，同时还可进行4D施工进度模拟及5D空间碰撞检查，为实际建设提供有力支持。

(4)优化性。基于BIM技术的数字化建模平台，可以快速准确地计算工程量、材料用量以及资源消耗等指标，并且可以自动生成相关报表，大大提高了工程预算精度和效率。

(5)可持续发展性。BIM技术采用环保节能理念，可以有效减少建筑垃圾产生，降低环境污染程度；同时，该技术也有利于提升工程全生命周期的可持续性能力。

2.3BIM技术的核心理念

BIM技术作为一种全新的建筑信息化模型，其最重要的特点就是可视性、协调性和模拟性。其中，可视性是指通过三维数字建模将设计方案以直观形象的方式呈现出来；协调性则强调了不同专业之间以及同一个专业内部各个构件之间的协同工作能力；模拟性则体现在对项目建成后可能出现的各种情况进行预测与优化调整。这些特点使得BIM技术成了实现高速工程建设数字化管理的最佳工具之一。 BIM技术的核心理念主要包括三个方面：一是共享数据，二是传递信息，三是智能决策。

2.4BIM技术的应用范围

BIM技术具有可视化、协调性和模拟性等特点，因此其可以被广泛地应用于建筑行业。目前，BIM技术已经被应用于土木工程领域，包括但不限于：设计阶段（如建筑方案设计）、建造阶段（如建筑施工图设计与优化）以及运营维护阶段（如建筑设备运维管理）。此外，BIM技术还可用于房地产开发商进行项目决策、政府部门进行城市规划、环保组织进行环境监测等方面。 BIM技术在高速公路工程施工管理中也有着重要的作用。通过对高速公路工程建设过程中所需信息的收集、整合及共享，可实现对整个建设周期内各个环节的精细化管控，从而提高高速公路工程施工效率并降低成本。同时，BIM技术所具备的三维建模能力能够为高速公路工程施工提供准确可靠的数据支持，有助于相关人员及时发现问题并采取相应措施加以解决，进而保障高速公路工程的质量安全。

2.5 BIM技术实施流程

(1）项目准备阶段：该阶段主要是进行相关软件和硬件设施的采购，并对参与人员进行培训。同时需要建立相应的协同工作机制和平台，为后续的建模奠定基础。 (2）数据收集与整合阶段：通过Revit等软件将设计图纸、CAD地形图以及地质勘探报告等信息导入到模型中，形成初始化的BIM模型。然后利用Navisworks等软件对BIM模型进行碰撞检查，发现问题及时修改调整。最后对BIM模型进行分类整理，便于后期使用[2]。

(3)BIM可视化展示阶段：通过Bentley公司开发的Viziew或Tekla等软件可以实现BIM模型的三维可视化展示。用户可以直观地查看建筑物内部结构、管线布置情况等信息。此外还能够模拟漫游，帮助用户更好地理解建筑物整体布局。

(4）虚拟建造阶段：基于BIM模型，结合进度计划和资源需求，生成可执行的施工方案和进度表。同时可以对不同专业之间的协调进行优化，减少冲突和错误发生率。

(5）施工过程控制阶段：通过实时监控BIM模型和现场实际情况对比，及时反馈给决策者，以便其做出正确判断和决策。同时还可以对施工工序进行跟踪记录，确保施工质量和安全性。

3、现阶段高速公路工程施工管理存在问题

3.1安全监管不够重视

高速公路工程项目通常规模较大，涉及多个工种、多种机械设备和大量人员。由于各参建单位对现场安全问题的认识不足，导致了一些潜在风险未能及时被发现并采取相应措施进行处理，从而引发事故隐患或质量缺陷等问题。因此，如何提高高速公路工程施工过程中的安全生产水平是一个亟待解决的重要课题。 通过将BIM技术引入高速公路工程施工安全监管工作中，可以实现以下目标：一是利用三维可视化模型，直观地呈现出施工场地布置情况以及各种危险源信息；二是借助虚拟现实技术，模拟出现场施工作业环境，帮助相关人员提前感知施工过程中可能存在的安全风险及危害因素；三是基于BIM平台开展安全培训与考核活动，增强参与者的安全意识和应急能力。

3.2施工人员安全意识薄弱

高速公路工程建设过程中，由于其特殊性和复杂性，涉及多个工种、多种专业领域。因此，需要对参与建设的所有工作人员进行全方位的培训与交底。但是，实际情况却不尽如人意，很多工人并没有接受过系统化的岗前培训，缺乏相关经验及知识储备，导致他们难以理解设计图纸以及施工方案等内容，从而影响了整个项目的推进速度和质量。此外，还存在一些工人不佩戴安全帽、高空抛物等不良行为，这些都给现场施工带来了极大的隐患。 通过引入BIM技术，可以实现对施工现场的全面监控和管理。利用该技术建立三维模型，将施工现场模拟出来，使得各个环节可视化，便于管理者及时发现问题所在，采取相应措施予以解决。同时，BIM技术具有信息集成功能，能够自动采集各类数据，形成一个完整的数据库，方便后续数据分析和决策制定。这样一来，不仅提高了施工效率，也增强了工人的安全意识，减少了事故发生率。

3.3施工人员技术不到位

高速公路工程建设过程中，由于工期长、任务重等原因，很多工作需要多人协作完成。因此，对参与建设的所有人员进行合理调配和组织是至关重要的。传统模式下，这项工作往往通过口头或纸质文件形式进行协调安排，存在信息传递不及时、责任不明确等问题。而采用BIM技术则可以实现数字化建模，将每个项目成员的相关信息录入系统中，形成一个完整的数字模型，从而方便快捷地查询各个成员之间的工作量及工作进度情况，及时发现并解决工作中出现的各种问题。同时，该技术还能够模拟不同场景下的施工方案，优化资源配置，最大限度地减少人力、物力浪费，提高效率[3]。此外，利用BIM技术还可建立虚拟工地，让施工现场更加透明化，有效避免安全事故的发生，进一步提升了工程质量与效益。

4、BIM技术在高速公路施工管理中的应用策略

4.1建立项目安全风险清单

通过BIM模型，可以将整个工程建设周期内可能出现的各类危险源进行汇总和分类。同时，还能够对不同类型的危险源进行权重划分，从而为制定相应的预防措施提供依据。此外，基于BIM技术的可视化特点，相关人员可以直观地了解到各个阶段存在哪些潜在隐患以及其严重程度等信息，进而及时采取有效的应对措施，最大限度降低事故发生率，保障建设工程的顺利推进。 以本项目为例，通过构建BIM模型，我们成功地实现了对高速公路工程全生命周期内所有安全问题的全面掌控：包括但不限于地质勘探、设计方案比选、材料采购与入场验收、现场施工组织安排等等。这些工作都是确保工程高质量完成的重要前提，也是避免各类安全事故发生的必要手段。

4.2安全培训与风险告知

利用BIM模型，可以将危险区域进行可视化模拟，使得相关人员能够直观地了解到该部分内容。同时，还可通过对不同颜色、字体等方式来突出显示某些重要信息，以便更好地引起人们的注意。此外，基于BIM平台，还可开展相应的安全教育和培训工作，增强相关人员的安全意识及应对突发事件的能力。 另外，借助BIM技术，还可实现对整个项目建设过程中所涉及的各类数据进行集成处理，并生成相应的报告。这样一来，不仅有助于各方及时发现问题所在，而且也有利于有关部门针对性地制定解决方案，从而最大限度地降低各种潜在隐患所带来的影响。

4.3隐患排查

通过BIM模型，可以将高速公路工程建设过程中所涉及的所有信息进行整合和汇总。这样一来，一旦出现任何问题或者是潜在风险时，就能够及时地发现并且采取相应措施予以解决，避免了因为信息不对称而导致的各种损失。同时，还能够对于可能存在的安全事故进行模拟演练，提高相关人员应对突发事件的能力以及应急处理水平，最大限度地保障项目建设工作的顺利开展。此外，基于BIM平台所建立起来的数据共享机制也为各个参建单位之间的沟通交流提供了便利条件，使得各项工作进展情况得到更加全面、准确地掌握，从而进一步提升整个项目的管理效率与质量。

4.4 BIM技术与安全管理系统的结合

高速公路工程项目通常工期较长，涉及多个专业领域和环节。为了确保工程建设过程中各类风险得到有效控制并及时发现问题隐患，需要将BIM技术与安全管理系统相结合。通过建立基于BIM模型的可视化安全监控平台，可以实现对整个建设周期内各项工作任务、各个作业区域以及不同类型设备设施等进行实时监控和预警提示，从而提高现场安全管控水平（见）。同时，该平台还能够自动生成相关报表和报告，帮助管理人员快速获取有关信息，制定相应决策，进一步提升高速公路工程施工安全保障能力。 此外，利用BIM技术搭建的虚拟仿真环境也是一种可行的安全培训方式。通过模拟各种紧急情况和事故场景，让参与者亲身感受事故发生时的危险状态及应对措施，有助于强化其应急处置技能和自我保护意识。这不仅有利于减少事故损失，更重要的是降低了由于人为疏忽或不当操作导致的安全风险。

4.5智能安全管控

通过BIM模型可以对现场进行可视化模拟，及时发现和解决潜在问题。同时，利用BIM技术可实现信息共享与协同工作，提高各部门之间沟通效率，避免因信息不对称而导致的决策错误或延误工期等情况发生。此外，基于BIM平台开展的虚拟现实、物联网等技术手段也为安全监管提供了更为全面、直观的数据支持，有助于提升安全风险识别能力及事故预防水平[4]。以隧道工程为例，传统的二维设计图纸往往难以准确地表达复杂的空间关系，且无法直接反映出诸如支护结构的布置形式、衬砌厚度以及预留变形量等重要参数。而采用BIM技术则能够将其转化为三维数字化模型，从而更加清晰地展现隧道内部构造及其相互位置关系，并结合地质勘探结果优化支护方案，确保施工过程中的安全可靠性。

5、BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用效果

5.1应用效果

通过对本项目进行实证研究，可以发现BIM技术在高速公路工程施工管理中有着显著的优势。首先，BIM技术能够实现全过程、多维度的信息集成与共享，使得各参建方之间的沟通更加高效和便捷；其次，基于BIM模型的4D进度模拟功能，可帮助业主及早地掌握项目进展情况，合理安排各项资源投入，从而提高工程建设效率；再次，BIM技术还具有可视化特点，可将复杂抽象的设计图纸转化为直观形象的三维建筑信息库，方便现场人员理解和交流；最后，借助BIM技术开展的虚拟建造和安全仿真等功能，有助于提前识别潜在风险并采取相应措施加以预防和控制。因此，建议在今后的高速公路工程施工管理工作中积极推广和应用BIM技术，以提升建设质量、节约成本、缩短工期，推动行业转型升级。

5.2应用效果评价

对于BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用，需要进行综合性的效果评价。具体来说，可以从以下几个方面来考虑： (1)经济效益：通过对比传统模式和BIM技术模式下的成本投入、进度控制等指标，评估BIM技术在高速公路工程项目施工过程中所带来的经济效益；同时还要结合实际案例，进一步论证其经济效益提升程度。 (2)质量效益：利用BIM模型可视化特点，实现高速公路工程建设全生命周期内各阶段数据信息共享与传递，及时发现并解决问题，提高工程实体质量水平[5]。此外，基于BIM技术的4D施工模拟也能够有效地指导现场施工，减少因设计缺陷或工艺不合理而导致的返工现象，进而节约建设资金，缩短项目工期。 (3)安全效益：借助BIM技术平台，将人员定位系统、视频监控系统、门禁系统等集成至同一个平台上，形成一个数字化工地，可实时监测各项目部位的安全情况，预防事故发生，保障作业人员人身安全。 (4)环保效益：采用BIM技术辅助高速公路工程施工管理，可以优化场地布置，合理规划材料堆放区、加工厂等临时设施位置，最大限度地避免因施工造成环境污染和生态破坏。

结语

本文通过对BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用进行了深入研究和探讨，得出以下几点结论：(1)BIM技术可以有效提高高速公路工程设计质量。传统二维CAD设计难以全面、准确地反映实际情况，而采用BIM技术能够实现三维可视化设计，从而使得设计方案更加合理可行。同时，BIM技术还具有碰撞检查功能，可及时发现并解决各类问题，避免后期出现返工现象，进一步提升工程设计质量。(2)BIM技术有助于优化高速公路工程施工进度管理。基于BIM模型，项目各方可以协同工作，共同制定进度计划，明确各项任务的时间节点和责任人，确保工程建设按时完成。此外，BIM技术还可用于模拟施工过程，预测可能存在的风险因素，提前采取措施加以预防和处理，减少因施工不当造成的损失。(3)BIM技术有利于加强高速公路工程施工成本控制。利用BIM技术构建的4D建筑信息模型，可以直观展示工程量及材料使用情况，便于预算编制和成本核算，从而帮助企业节约成本，提高经济效益。 综上所述，BIM技术在高速公路工程施工管理中有着广泛的应用前景，但目前仍面临一些挑战和困难，需要不断完善相关政策标准体系，推动其健康发展。

参考文献：

[1]武剑峰.BIM与LSM技术在高速公路工程施工进度管理中的应用分析[J].工程技术研究，2020:169-170.

[2]马知瑶.BIM技术在高速公路工程施工管理中的应用探讨[J].公路交通科技（应用技术版）,2019:342-344.

[3]马保林.分析BIM技术在高速公路桥梁施工安全管理中的应用[J].工程建设与设计，2019:234-235.

[4]马骏.BIM技术在高速公路施工安全管理中的应用[J].交通世界（下旬刊）,2018:226-227.

[5]张志宁.BIM技术在高速公路机电工程中的应用分析[J].数字通信世界，2019:232+283.