都安绿色高速公路建设的BIM实践

文 贵州高速公路集团有限公司 孙焕钦 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 丁璁 王欣南

生态环保、低碳集约、优质茶旅、科技高效等理念，是贵州都匀至安顺高速公路（简称“都安高速”）工程作为交通运输部绿色公路示范工程所必须坚持的宗旨。都安高速把BIM技术应用到绿色公路的建设过程中，倾力打造“生态茶旅、臻品都安”这一现代化绿色高速公路样板，树立起“多彩贵州、最美高速”建设的新标杆。

都安高速是《国家公路网规划（2013—2030年）》新增的G7611都匀至香格里拉国家高速公路的首段，是长江经济带发展规划的重点建设项目，也是《贵州省高速公路网规划》中“第五横”与“第六联”的组成部分，是我国西南地区西昌、昭通、六盘水、安顺等重要城市通往珠三角经济区最快捷的高速公路通道。

都安高速由主线及都匀、贵安两条支线组成，项目全长276.32公里，初步设计概算批复总金额核定为430.78亿元，是贵州公路史上建设规模、投资规模最大的高速公路项目。

都安高速的绿色BIM目标

基于绿色公路的总体目标，都安高速项目采用BIM技术从方案比选优化设计、建设管理智慧化提升、特殊结构精细化设计和复杂施工方案优化等方面有效提升绿色公路建设质量。

在方案的比选和优化设计方面，通过“BIM+GIS”的手段准确呈现路线走廊带环境模型，快速创建方案级BIM模型并展开比选，结合工程规模快速统计，便于各方案针对地质、影响区、保护区等环境因素做出调整。特别是开展特殊结构精细化设计时，采用BIM技术能有效减少现场的返工，提高构件加工效率。

同时，利用BIM技术能有效提升建设管理智慧化程度。在建设过程中通过集成设计、进度、质量、安全、环水保、征地拆迁等建设数据，结合“BIM+GIS”平台集成显示数据，能有效提高数据的获取效率，提高现场管理决策的准确性。

对现场复杂的施工方案采用BIM技术进行仿真模拟，能有效验证方案的可行性，提高方案执行效率。在施工场地规划时，采用“BIM+GIS”的技术手段研究和规划项目临建场地布设，可从节约土地、降低环境影响等方面减少项目对生态的不良影响。

BIM应用初见成效

基于绿色公路的建设理念和目标，以及BIM技术在绿色公路创建中的应用目标，都安高速在BIM技术应用实践中取得了一些成果，验证了在绿色公路建设过程中应用BIM技术的有效性和重要性。

基于BIM 的路线方案比选和展示

项目依据1∶2000地形图、实测横断面及地面线数据进行三角构网，建立了地形曲面、DEM地形数据等，形成了数字化地形。

将沿线多条既有铁路、重要公路、天然气管道、高压线交叉、城镇规划区、环境保护区、矿区、风景区、不良地质范围（包括褶皱、断层、崩塌、滑坡和顺层边坡）、河流等重要环境关注点信息和区位位置在平台上集成，形成环境信息模型。再通过沿线实际调查和有关主管部门提供的资料，将环境对象的范围和相互位置关系添加到地面模型中，进一步丰富环境信息模型。

环境信息模型

此后，针对设计路线中的公路、桥梁、隧道和路线交叉等工程构造物基于环境模型开展方案比选，全方位反映桥隧构造物、填挖方规模、高填深挖工点等情况，配合方案决策与设计评审。

BIM基础地面模型

低线方案与高线方案比较1

低线方案与高线方案比较2

桥面板安装图

桥面板钢筋与剪力钉冲突示意图

特殊结构的精细化设计

在都安高速建设过程中分别对预制T梁和钢结构桥梁预制桥面板采用BIM辅助设计，有效提高了预制件安装的效率，降低了返工率。钢结构桥梁桥面预制板设计通常只绘制通用图，给出通用构件的尺寸。在都安高速项目预制桥面板之前，采用BIM技术创建模型进行虚拟安装，发现剪力钉与预制板、预制板钢筋存在较大的碰撞，桥面板N1钢筋与N4钢筋连接仅仅可焊接一头，N4钢筋不能焊接成环，连接效果差。桥面板由于受到平面线型影响会发生横坡变化（4%至负3%），导致安装时桥面板与钢梁存在间隙，桥面板不平整、间隙无法填充，板间搭接处钢筋发生碰撞，钢筋调节性差，需要破坏异型接口。

鉴于上述情况，业主方会同设计单位、施工单位及时变更了桥面板设计方案，取消了槽口处的异型接口，取消了N4钢筋，改为将N1钢筋加长。调整后的桥面板均为标准尺寸板（板间搭接可在湿接缝处进行调整），采用定型台座、模板和胎架，工人施工较为便捷，生产板出错率也能够得到有效控制。

集成建设管理数据

基于BIM技术的建设管理以数据为核心，BIM技术为手段，BIM技术的工程建设管理平台为依托，方便快捷地共享和传递项目设计及建设过程的信息，加强对数据的集成和信息的管理。根据都安高速建设期管理工作内容，BIM系统提供了进度、质量、安全、成本等常规管理应用，此外还涵盖了项目总览、征地拆迁、环水保监测等针对性的绿色公路建设管理应用，实现了工程建设全面信息化、可视化。

项目总览

基于BIM技术的建设管理平台项目总览，支持在三维虚拟环境下浏览、定位、查询项目工程对象，快速获取属性信息，加深对项目总体工程情况的认知和理解；还对建设管理数据实现高度集成管理和展示，直观反映项目整体或标段进度、质量、安全、成本等方面的情况。

通过创建“BIM+GIS”融合的三维虚拟环境实现项目的总览，将工程模型、环境模型、地质区位模型、行政区划、路网水网等集成，并根据施工标段及工作分解结构合理组织模型，方便对其进行管理和快速定位，在项目总览中实现全线BIM模型浏览、信息查询等功能。

BIM云平台主界面

查阅模型属性

环水保监测管理的呈现

征地拆迁应用

在以大范围三维虚拟环境为基础的BIM信息平台中，各工程模型按标段分别组织，模型结构目录树可清晰地获取项目整体的标段划分情况及各标段的工程规模。平台通过目录树及模型属性的挂接，满足了使用者对工程项目总体及细节情况的浏览与查询需求。

环水保监测

项目环水保监测以标段为管理单元，通过GIS环境模型的承载能力统计和展示区内重要敏感源，在平台中支持对敏感源详细信息的查看。

BIM平台还支持在三维虚拟环境下自定义环水保监测数据，充分利用GIS信息的展现和管理能力，自定义添加环水保监测点，并以此为基础承载监测数据，方便环水保监测数据的管理和共享。

征地拆迁

基于BIM技术的征地拆迁管理将用地红线标示在环境模型中，然后根据征地进度将已征区域用颜色区块标识出来，整体反映项目土地征用进度，方便业主整体把控施工进度安排。

征地拆迁模块为满足相关管理需求，支持原始数据快速录入，存储为BIM平台的征地拆迁信息。将征拆信息及各地块的权属进行可视化表达，并以区块颜色标识出征地拆迁的进度，极大地方便了管理方更有针对性地开展征地拆迁工作，提高了管理效率。

传统征地拆迁管理大多基于表格，存在征拆进度不直观，数据信息难共享的缺陷，在BIM平台中通过各个地块的颜色变化来反映不同的征拆状态，同时利用平台数据集成分析功能，可实时分析某个标段的征拆进度，切实提高了征地拆迁的工作效率，再通过将数据上传至云服务器，可实现数据实时共享，既拓展了管理深度，也增加了管理透明度。

施工方案模拟仿真

都安高速项目开展了架桥机穿隧道、桥梁支架体系、液压爬升系统等重点施工方案的模拟验证工作。

乌养枢纽互通（供图：王欣南）

一般意义上的施工方案模拟仅为方案制定后的动画表达方案，这种模拟价值不大。都安高速项目在研究过程中发现，可以将施工方案模拟融入方案制定的过程中，改进方案模拟的工作流程，使其在多个阶段发挥不同的功效。

施工方案拟定后，通过方案模拟制作，可以发现其中未交代清楚的缺失项，如果因为该缺失项导致视频无法表达，在完成视频后就会发现方案视频表达中的不合理之处，从而加以及时修改完善。重点方案模拟的结果不仅是视频，而是完备的方案和与之对应的视频，其中完备的方案才是主体。

路基、桥梁、互通重点施工方案利用BIM平台模拟、交底，在专家评审、方案交底、项目宣传等方面都有协助作用，该模式有很强的推广性和实用性。

施工场地规划

山区高速公路施工区由于线路复杂、结构物多、场地有限等因素，对施工场地布置要求高，传统的平面大样设计方法，需要多次进行现场勘查选点，时效差、变动性大，选择地点往往不能充分考虑现场情况，尤其对便道、场地平整等未能给出经济型规划，还常会为保证工期而忽略优化过程。

都安高速项目在多个标段上开展场地规划BIM应用，还原现场地形、地貌、水文情况，将施工场地规划由人对地形的想象，变为计算机直观呈现，利于提高场地布置规划的合理性。传统布置方案修改时往往需要进行多次现场放样，而BIM模型则可直接将规划模型放入场地内实时选择，得出最优位置。

BIM技术的发展思考

在绿色公路中应用BIM技术应加强其在设计阶段的引领作用，充分发挥基础数据的集成优势，在设计阶段将各类型影响因素基于BIM平台加以集成，并结合路线走廊带综合评价项目对用地节约、环境、地质、噪音、保护区等影响。同时，基于基础数据，BIM平台可综合评判项目对各类型土地的占用情况，满足项目对于规模的总体把控。

建设阶段利用BIM平台开展信息集成管理，集成监控项目实施与设计的偏差并及时矫正，同时使用设计阶段模型开展各类型动态模拟与可视化交底，提升项目质量和效率。

运营阶段，BIM平台可以监测监控各类型设备数据，开展对环境影响、结构健康等绿色公路运行状态的实时把控。

BIM技术作为智慧交通的基础数据工具，以模型作为中间媒介，将数据跨阶段迭代与传递，为建设项目的生态环保、资源节约和品质创新创造了更好的基础条件。