智慧园区基础设施工程、广西百靖高速公路工程的BIM应用案例（广西百靖高速公路有限公司）

近年来，BIM技术作为一种领先的信息化手段，近年来不论在国内还是在国际上都得到了飞速的发展，其影响也越来越广泛，特别是在 “十二五”期间，国家明确提出要加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，建筑施工行业迎来了信息化建设的新高潮。

本文基于BIM技术在京津中关村科技城智慧园区基础设施工程、广西百靖高速公路工程的应用实践，全面阐述和总结了BIM技术在项目中的应用过程和方法，为今后类似工程项目BIM应用提供参考。

智慧园区基础设施工程BIM技术应用

1、项目应用概况

1.1 工程概况

京津中关村科技城智慧园区市政基础设施工程为大型市政工程领域EPC总承包项目，涉及十余个专业。建设内容主要包括：修建道路16条，全长约30km；涉及雨水、污水、给水、中水、燃气、热力、电力、电信等各类管道总长约300km；建设公园约17.4万平方米，路侧绿化约47.7万平方米，河道及水环境综合整治长度约8.8km；建设高中压调压站、热源厂、公交首末站、公共停车场，占地面积约3.9万平方米。

1.2 BIM应用必要性分析

大型基础设施工程通常具有地理跨度大、涉及专业多、地下管网排布复杂，施工作业面广、运营期工程资产管理对象分布广，问题排查与定位困难，设备、设施及供应商信息庞杂，管理难度大等特点。本项目在上述特点基础上，又有智慧运维要求^[3]，这一要求延长了工程信息的服务期限，强化了工程数据跨阶段传递、更新、维护的重要性。

BIM的内涵是能够连接建筑全生命期不同阶段的数据，以及它整个形成的过程和这个过程所需要的资源^[4]。BIM技术能够集成设计和施工两个阶段的信息，尤其针对基础设施的综合管线工程，可以纳入管线、各类闸门、阀门的安装和供应信息，形成完整的竣工模型，接入运维管理平台，为实现智慧运维创造基础性条件。

利用BIM技术在可视化、参数化、信息化方面的优势可提高项目信息沟通效率，支持项目在环境、成本、质量、安全、进度等多方面的分析、检查和模拟，提高施工阶段的可预测性、可控性和精细化管理程度。将BIM技术全面应用于道路桥梁和综合管网等的设计、施工全过程，可大大减少设计变更和设计错误，降低潜在的施工返工风险。

由此可见，引入BIM技术对智慧园区建设是十分必要的。

2、BIM实施策划

2.1 BIM策划目的

BIM实施策划主要目的是解决以下问题：

（1）明确项目BIM应用目标和应用内容；

（2）识别项目BIM应用重点和难点；

（3）策划BIM实施流程；

（4）确认各实施阶段模型深度；

（5）落实BIM实施所需的资源；

（6）明确成员在项目中的角色和责任；

（7）分析和降低工程实施潜在风险。策划的最终成果是编制项目BIM实施工作方案。通过BIM策划，本项目建立的BIM实施架构如图1所示。

图1项目BIM实施组织架构

项目形成了以建设单位和监理单位BIM主管为领导，EPC总承包BIM团队组织实施，BIM咨询团队提供指导，设计单位和施工单位BIM人员协作的BIM实施团队。落实了BIM技术应用领导小组和工作小组人员，及其责任分工，为项目的顺利实施提供了组织保障。BIM团队编制了项目级《BIM实施工作方案》、《BIM技术导则》等一系列项目级BIM标准，有效指导项目实施。

2.2 BIM实施目标

在BIM实施策划时，制定了如下实施目标：

（1）设计阶段：通过搭建BIM协同设计平台，形成协同设计工作模式，以提高沟通效率；通过创建BIM设计模型，并与设计交互工作，进行设计阶段BIM应用，提前发现潜在设计缺陷，克服传统设计沟通不及时、不通畅带来的弊端，以提高和优化设计成果，并为施工、运维阶段提供基础模型及属性信息。

（2）施工阶段：通过搭建BIM施工管理平台，进行项目深化设计、施工模拟、方案优化，实施项目质量安全、进度管理、人材机管理、可视化技术交底等多方面集成应用，以降低施工潜在风险、节约成本，提高现场精细化管理水平。

（3）运维阶段：通过集成设计阶段模型的属性信息和施工阶段的建造信息，形成数字化资产，接入智慧园区管理平台，用于道路、综合管线、设备设施的智慧运营管理，提高突发事件的响应速度和处理效率，降低运营成本。

2.3 BIM实施过程与主要内容

该智慧园区基础设施工程BIM实施流程可分为BIM实施策划、BIM准备工作、BIM实施、BIM应用总结四个阶段，如图2所示。

图2 EPC项目BIM技术实施阶段与主要内容

3、BIM实施准备

BIM实施准备工作主要包括：落实BIM实施所采用的各类软、硬件资源，创建项目BIM元件库、制定通用和专用工作环境，搭建协同设计管理平台，并进行设计工作环境托管，搭建BIM施工管理平台，并对施工管理平台人员进行培训，同时编制项目级BIM标准，用于指导项目实施。

本项目采用了Bentley公司系列软件创建设计和施工模型。搭建了ProjectWise协同设计平台（图3）和4D-BIM施工管理平台（图4），并对施工现场业主方、监理方、总承包方和各施工分部进行了多次集中培训，掌握了平台使用技能。编制了多本BIM标准，指导项目顺利实施。

图3 BIM协同设计平台图4 BIM施工管理平台

4、全生命期BIM应用

4.1 设计阶段BIM应用

创建了道路、桥梁、涵洞、雨污管线、交通工程等十余个专业BIM模型，同时运用无人机倾斜摄影技术实现工程三维实景建模。按照“模型文件—结构组装—专业分装—区域总装—项目总装”的顺序逐级装配，形成整个项目的总装模型，如图5所示。在此基础上开展了BIM可视化、碰撞检查、工程量统计以及仿真性等多种应用。

图5项目总装模型

（1）可视化：进行了三维设计模型可视化、三维实景模型可视化、目整体漫游可视化、直观形象地展示工程全貌，使各参与方对设计方案和现场有更加准确的理解。

（2）碰撞检查：利用BIM碰撞检测功能，对项目土建专业与其他各专业之间，以及各专业内部之间，尤其是地下各类管道之间进行碰撞检测，包括硬碰撞和软碰撞（如不满足管线之间净距要求^[5]），发现问题及时修改设计方案，确保管线间距满足规范要求，规避施工返工风险，提升设计品质。

（3）工程量统计：实现BIM模型工程量一键输出，提升了工程量统计效率。

（4）除上述应用外，还进行了实现了道路视距仿真分析，照明方案展示、景观方案展示与比选，及时优化设计方案。

4.2 施工阶段BIM应用

根据现场施工情况，制定了项目施工模型WBS分解原则，即道路工程按照200米一段进行划分，桥涵工程按照构件进行划分，管线工程按照井到井进行划分，其他专业模型按照单体划分。施工过程中，采用“三端一云”的方式协助施工管理，即利用PC端、网页端和移动端实现BIM模型的实时数据填报、查看。利用云平台实现项目数据的集中存储和计算分析。开展了施工方案模拟与优化、可视化技术交底、进度管理、质量与安全管理、人员材料机械管理、综合信息展示、档案管理等多方面应用。

（1）施工方案模拟与优化：传统施工方案的编制一般是基于二维图纸和施工经验，由于缺乏现场验证，其施工可行性往往无法满足实际要求，导致施工方案往往是边施工、边修改、边优化，对工期、质量和成本均产生较大影响^[6]。通过BIM技术三维可视化可实现施工方案模拟和优化，直观地了解总体施工方案的重要时间节点和相关工序，清晰掌握施工过程中的难点和要点，优化施工组织设计。通过不同颜色设置，演示施工进展，如图6所示。

（2）可视化技术交底：通过移动设备可将BIM施工方案带入施工现场，如图7所示。对照现场实际情况进行可视化技术交底，极大方便了施工人员对施工方案的直观了解。

图6施工方案模拟图7可视化技术交底

（3）进度管理：现场工作人员根据每天施工进度在移动端填报进度数据。以填报数据和施工进度计划为基础，可以选择按照计划进度或实际进度，进行施工进度模拟和进度追踪分析，发现偏差，及时采取措施纠正，如图8所示。

图8进度填报与进度分析

（4）质量与安全管理：当管理人员（发起人）发现问题后，可直接在移动端上传图片，填写问题描述和整改要求，发送给整改人。整改人收到整改通知后，根据整改要求完成整改，并将整改情况以及整改后的照片反馈给发起人，发起人收到反馈信息后，对整改情况进行验收确认，形成“发起——整改——确认”的闭环管理。可以对质量安全问题进行定期统计，分析问题构成、专业分布情况、问题整改情况，生成分析报告发送给相关负责人，方便让对方及时、快速掌握项目整体质量、安全情况，如图9所示。

图9质量安全问题分析图

（5）施工综合信息展示：创建了施工综合信息大屏，设置了项目位置、进度分析、安全施工天数、当前任务进度、实时问题、问题月度数量统计、问题分类统计、问题实时状态统计等八个功能模块，汇总现场重要信息，为快速科学决策提供依据，如图10所示。

图10施工综合信息大屏

（6）其他管理：利用BIM施工管理平台，通过赋予不同人员角色和权限进行人员管理，确保工程信息安全；通过收料单、发料单、盘点单实现工程材料的严格管理；通过扫描机械设备二维码，可填报机械的台班、检查和维修情况，实现机械管理。通过人员、材料、机械的管理，可以进一步提高现场精细化管理水平。此外，还开发了档案管理功能，在平台上实现档案材料的集中存放和分类，方便查阅和管理，如技术交底、会议纪要等。

4.3 运维阶段BIM应用

根据园区顶层设计，针对基础设施的智慧运营管理指标包括：

（1）市政管网智能化监测管理率80%以上；

（2）交通诱导屏和智能停车场覆盖率100%；

（3）智能路灯覆盖率90%以上；

结合智慧运营管理要求，在施工阶段将相关构件、设备、传感器、管线的闸门和阀门等的安装位置、规格型号、尺寸、生产单位、安装单位、安装日期等信息录入施工管理平台，在竣工验收阶段形成竣工模型，进行数字化移交，并接入园区数据中心，用于道路维护、综合管线维修、设备设施管控、突发事件处置等方面园区的智慧运营管理。

5、结论与建议

5.1 结论

（1）BIM技术在本项目的应用，创新形成了协同设计、协同管理工作模式，实现了模型信息从设计阶段到施工阶段，再到运维阶段的高效传递，形成了一次BIM技术在智慧园区市政工程领域全生命期应用的重要实践，为后续类似工程应用提供参考案例。

（2）利用BIM技术在可视化、协同性、优化性、仿真性方面的优势，革新了传统设计和施工管理手段，体现了BIM技术在提高沟通效率、精细化管理、形成数字资产方面的重要作用和价值贡献。

（3）智能化是全球发展趋势，结合项目智慧运营要求，在项目策划、BIM准备工作、BIM实施等阶段均需要考虑智慧运维需求，在BIM模型创建时要增加与智慧运维相关的基础模型创建；在施工管理平台搭建时要增加与智慧运维相关的过程信息采集功能，将设计和施工阶段的基础性信息传递到运维阶段。

5.2 建议

由于BIM技术在我国建设领域应用才刚刚开始，相关配套条件还不完全成熟，虽然BIM技术在本项目的应用取得了一定应用成果，但在应用过程中也出现了BIM认识不到位、协同设计流程和协同管理流程不完善、平台之间接口不匹配等问题。为此，笔者建议在今后类似工程BIM应用时，应进一步加强BIM宣传、提高认识，完善设计阶段协同设计流程和施工阶段协同管理流程，通过二次开发进一步完善不同平台之间的数据接口等相关工作，以更好地推进BIM实施，发挥BIM在项目全生命期应用的更大价值。

广西百靖高速公路巴更大桥工程BIM技术应用

1、工程概况

1.1

广西百靖高速公路的修建响应了国家西部大开发战略，大力发展西南纵深山区基础设施建设，是广西地区“四纵六横三支线”高速公路网的重要组成部分，对改善革命老区交通条件，增进区域经济合作往来具有重要战略意义。

1.2

巴更大桥是百靖高速公路全线唯一一座跨越既有铁路线的桥梁，桥址处属 碎屑岩区，沿线多维峰丛洼地，地质条件复杂，综合施工难度极大。桥梁主跨跨越德田铁路线，铁路通行对悬浇段施工造成干扰。施工场地狭窄，桥梁预制场地布置困难呢，T梁预制及架设施工无法依常规方法实施。 1.3大桥主要技术标准如下：

（1） 计算行车速度：100Km/h。

（2） 荷载：公路Ⅰ级。

（3） 桥宽：整体式 12.75m。

整体式 0.5m（护栏） 11.75m（净桥面） 0.5m(护栏) = 12.75m。

图1 巴更大桥桥型布置图

桥孔布置为：6×30 5×30 5×30 (35 60 35) 30m，全桥共分5联，跨铁路段采用（35 60 35）m单箱单室截面预应力混凝土连续箱梁钢构体系，挂篮悬臂浇筑施工；其余采用30m装配式预应力混凝土连续T梁，先简支后结构连续体系。

巴更大桥全桥混凝土总圬工约2.2万方；钢筋约为3500吨，土石方开挖约6200方。桥梁施工过程结构体系转换多、桥梁施工步骤多、质量控制因素多、控制难度大。

2、BIM技术引进及软件配置

2.1

在巴更大桥建设施工管理过程中引进BIM技术，并推行以BIM技术为核心的综合项目管理方法，依托ProjectWise协同管理平台，系统管理员根据各专业分工建立库文件，项目BIM人员在施工前完成巴更大桥信息模型的搭建，并且在施工过程中不断录入施工过程追溯性信息。业主、监理、设计院、施工单位可在PW平台随时查看、处理权限内允许查看的项目进度、施工情况、信息反馈等内容；

2.2

公司采用Bentley公司BIM解决方案，以MicroStation作为基础设计平台，应用AECOsim Building Designer、BridgeMaster、GEOPAK等专业模块建立三维模型，采用ProjectWise作为数据管理平台，托管项目工作环境并实现数据协同共享；采用Navigator软件进行模型发布及碰撞校验，对大型项目模型轻量化处理。通过各软件的功能实现本工程的BIM建模、工程应用等工作。

2.3

建模前期统一建模标准，建立项目级workspace，利用AECOsim Building Designer的Family DataGroup数据结构定义桥梁构件对象，并为模型定制符合施工需要的必要属性信息。

图2 利用AecoSim Building Designer的Family DataGroup数据结构定义桥梁构件对象

2.4

利用AECOsim Building Designer工具集中建筑系列工具Parametric Cell Studio（PCS）工具建立参数化桥梁构件，实现桥梁下部结构参数化建模。

图3 利用PCS建立桥梁参数化构件

2.5

利用ProjectWise协同平台（PW平台）固化统一建模标准，并做为协同平台整合发布数据信息。在PW平台中建立项目管理信息数据库，随施工过程推进建立施工过程管理档案，实现施工过程动态管理。

图4 利用PW平台建立项目管理档案

3、BIM实施准备

巴更大桥建设过程中，对传统项目部人员组织架构形式及工作流程进行了较大程度的变革，除设置工程管理项目经理负责对工程施工管理实施之外另设置BIM技术应用经理一名，负责BIM技术在本项目施工管理过程中的开展及应用，并增设BIM小组作为“四部一室”的连接纽带。传统“四部一室”为执行层，提出施工管理及BIM技术应用需求，BIM小组为“四部一室”进行施工管理提供必要数据信息支持。

图5巴更大桥BIM团队组织架构

图6通过BIM模型协同施工各参与方

4、BIM技术应用

4.1建立三维地面模型及施工场地布置

施工现场采用GPS测量施工线路的地形坐标信息，根据现场勘测结果，利用GEOPAK软件提取测绘数据信息，如DWG、DGN格式的高程、等高线、坐标等数据。模型涵盖了坐标、高程、洼地、地面起伏等施工难以控制的地理特征。GEOPAK提供了方便的数据读取功能，通过生成的数字地面模型（DTM）可以进行土方开挖的设计、算量等。本工程地处峰丛洼地，高边坡开挖、高填方施工段比较多，在GEOPAK软件的中，通过开挖前后的测量数据生成地模，通过地模相对地模的方法能精确地计算出土方开挖量、回填量、平衡量。极大的方便了施工规划及路基开挖、回填施工算量。

图7巴更大桥施工段三维地面模型

由于巴更大桥所处的地理特征原因，施工现场各类设施布置十分困难，本项目利用三维数字地面模型进行施工总平面布置，设计多套布置方案，根据现场地形情况及方案比选结果确定在桥梁1#墩～7#墩左侧设置预制梁场，在桥梁10#～14#墩右侧设置项目部办公大临区、钢筋加工场及木工棚，此种布置方案最为方便经济，并且可以减少耕地占用面积。

图8施工场地布置

4.2深化设计

4.2.1 T梁模板设计

本工程主桥采用预应力钢筋混凝土T型梁，由于制作要求精度高，且横截面形式多变，综合多方面考虑，T梁制作采用定型钢模版，钢模板的拼接采用多段式，为了便于横坡调整，采用可调整的支撑螺杆来实现翼缘板的坡度。本工程考虑到T梁制作工艺的关键性，为保证施工质量，采用Bentley公司的MicroStation软件对T梁定型钢模板进行深化设计，模板构件采用定型化，对面板、背筋槽钢、模板支架、横坡调整支撑螺杆、横隔板等建立构建模型，模型精准，且结构合理。模板制作加工准确，且符合规范要求模板平整度，减少制作误差。

图9 T梁模板设计模型

4.2.2 T梁提升站结构设计

山岭地区的T梁运输是本工程的施工难点之一，由于地形复杂常规运输车辆无法运梁，故本工程采用AECOsim Building Designer软件进行方案设计，在梁场与桥梁墩柱之间采用一种垂直运梁的提升站方式进行施工。成功解决了预制梁场场地狭小、周边地形情况复杂情况下的T梁运输问题。提升站的架体采用钢结构拼装而成，通过AECOsim软件的结构设计模块，可以方便快捷的调取钢结构材料构件，如工字钢、槽钢、角钢等型材，另外可以自定义添加特殊的节点构件。

图10 提升站模型设计

根据现场实际情况，通过BIM方案模拟，在方案设计阶段发现提升架的宽度宽于梁板吊装孔的宽度，为解决此施工问题，BIM人员利用AECOsim软件设计添加在T梁两端用于垂直起吊的提梁扁担。通过精细化建模，并动画模拟钢丝绳穿过吊装孔、牢牢套住T梁的两端并将钢丝绳两端与钢扁担连接、插销子固定的施工过程，确保T梁平稳提升，解决了提升站提升架梁的技术难题。

图11 T梁提升前

图12 扁担梁侧视图

4.2.3 安全防护设计

本工程跨铁路线施工段采用悬浇施工法，悬浇段0#块施工时，由于施工高度距离地面30多米，安全施工是确保工程顺利进行的前提条件，本项目利用BIM技术对0#块采用三维建模手段，合理设计了施工平台及防护栏杆、临时施工楼梯的空间布置，并验算符合安全要求。

图13 0#块安全防护设计

跨越铁路线桥梁施工段为避免对列车行驶造成干扰，同时避免铁路接触网高压电压（2.75万伏）对挂篮施工的影响，确保通车及施工安全。本项目通过BIM技术设计在跨线区域设置沿铁路线的安全防护棚，对铁路线路实现封闭式防护。防护棚采用混凝土基础、钢管支撑柱，顶棚设置绝缘材料，充分保障了施工及通行安全。

图14 跨铁路线悬浇段安全防护棚设计

4.3施工工序模拟

施工模拟主要表现工序及工艺两方面，为保证工程质量，本工程以BIM技术为依托，采用工序、工艺模拟施工进行三维技术交底，利用MicroStation软件的三维可视化功能进行三维动画模拟。由于T梁制作工艺复杂，而且T梁的质量好坏直接影响桥梁结构稳定性、安全性和美观性，故T梁制作质量控制需做到精细化；架桥机架梁施工是本工程质量控制的重点，提高T梁架设精度、架桥机行走移动的安全控制等，通过BIM技术将工程施工中可预见的和不可预见的进行三维施工模拟，为项目提供了极大的技术支持。

图15 T梁预制施工模拟

动画模拟是通过模型元素得以实现的，模型建立采用AECOsim软件，首先通过三维精确定位来确定模型相对位置关系，再建立预制梁场、龙门吊、天车、T梁、模板、桥台、墩柱、架桥机等三维模型。T梁钢筋模型采用ProStructures软件完成钢筋的布置。当各素材文件建立完成后进行动画编辑。MicroStation提供了一套完整的动画编辑器，通过简单的操作可以实现动画制作效果。本工程根据施工工艺及工序定义素材角色，利用关键帧编辑角色动画时长。动画编辑完成后，可通过软件的输出功能，直接输出视频，也可渲染输出图片序列，通过第三方软件生成视频效果。

图16 架桥机架梁施工模拟

通过三维施工模拟，颠覆了施工现场传统的纸面交底，交底内容更丰富且形象直观，并且不同作业层都可以明确质量控制要点及工序安排。从项目管理角度来讲，施工工序模拟能提前预演施工方案的可行性，并以三维模型指导施工作业，检查分析现场质量偏差，合理控制施工进度，提出改进措施。

4.4工程量统计

本项目桥梁采用BridgeMaster软件建立模型，通过信息模型，巴更大桥施工实现了材料量精确控制、材料预提、过程控制、结算等方面全部在BIM信息模型基础上进行。模型搭建完成后，即可实现工程量输出。

在施工管理过程中可以通过模型信息处理，对钢筋进行编号，钢筋报表控制材料进场量，减少浪费及材料过载堆放，钢筋下料、制作可以根据数据库实现精确施工。混凝土材料量统计精准高效，施工前输出即将浇筑部位混凝土量，合理计划每次浇筑方量，避免不必要的材料损耗。

图17 生成钢筋下料表

在经营算量方面实现了快速提取、快速输出工程量清单，包含工程量、供货方、施工方、进场日期、施工日期、型号等，清单内容详细且与工程联系紧密，形成了系统化的数据库，有助于项目风险管理、外包采购管理、沟通协调管理等多方面。

4.5基于BIM模型的施工过程质量验收管理

在巴更大桥施工中，我公司发挥BIM技术优势全过程采用信息化管理模式。以BIM模型为数据信息载体，三维模型整合集成施工管理必要信息，最终发布在ProjectWise服务器，项目参建方依据各自权限，实时调用信息模型，提取信息。通过PW平台，保证“一个模型，各方通用”，从而确保施工信息传递的一致性，实现高效协同作业。

在每一部位施工之前，先由BIM小组利用BIM建模软件根据施工图纸建立BIM模型，建模过程中施工图数据信息就集成于三维模型中，并且还可以根据施工需要，很方便的为桥梁施工部位定制添加各类施工信息。施工员可以利用模型生成构件信息表，甚至可以很方便的利用手机、IPAD等便携设备现场调用模型，便可查阅施工信息，不用翻阅繁琐的施工图纸，从而提高工作效率，避免误查、漏查等情况的发生。

图18施工图数据集成于三维模型中

图19利用IPAD等手持设备现场调用模型

构件施工完成后，利用模型超链接功能，对施工过程中如钢筋、混凝土批次、施工时间、工序验收信息追溯性信息进行二次录入，对每一个施工部位进行标签化管理，建立构件施工过程管理档案，实现了施工过程动态管理，每个施工环节都可以追溯，当施工出现质量问题时，极大的方便了分析查找问题原因，切实提高施工质量。

5、BIM应用效果和经济效益分析

本项目通过BIM技术的应用，对构件进行了优化设计，项目实施全过程通过模型属性信息进行管理，改变了传统的管理模式，从而提高了项目施工效率，节约了大量施工成本。并对构件采用cell单元库管理模式，形成了系统的数据库文件,方便模型调取。

BIM技术可以为项目提出最佳的优化设计解决方案，通过模拟施工、精确算量，为项目决策层提供可靠地技术依据，本项目仅在巴更大桥T梁垂直提升架设一项上，节省经济效益15万元，工期缩短56天。

本项目以BIM技术为依托，其中盖梁施工、一种山区桥梁梁体模板、养护喷淋系统、挂篮移位装置、跨铁路防电棚等获得了六项专利授权；“山岭地区复杂地质高速公路工程综合技术研究与应用”荣获2013年度中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新成果二等奖；“大型桥梁盖梁抱箍法施工”获得了冶金行业部级工法。