中电建路桥集团有限公司

BIM+3DGIS技术集成在高速公路项目的应用

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BIM+3DGIS技术集成在高速公路项目的应用

1 项目概况

红河州建水(个旧)至元阳高速公路项目位于云南省红河州，连接建水县、元阳县与个旧市，建设里程约124.530公里。批复的设计概算投资约227.7亿元，其中建安费用183.069亿元，占总投资比例80.4%，平均每公里造价1.82亿元。建水(个旧)至元阳高速公路计划建设工期3年4个月，于2017年8月25日开工，2020年12月31日建成通车。

图1.1 项目地理位置图

2 BIM实施的必要性

2.1 BIM技术的优势

图2.1 BIM应用概念图

BIM系统其核心是通过三维设计获得工程信息模型和几乎所有与设计相关的设计数据，并传递至施工阶段，持续即时地提供项目设计范围、进度以及成本等信息，信息完整可靠，质量高并且完全协调。通过工程信息模型可以使得：

(1)交付速度加快(节省时间);

(2)协调性加强(减少错误);

(3)成本降低(节省资金);

(4)生产效率提高;

(5)工作质量上升;

(6)收益和商业机会增多;

(7)沟通时间减少。

2.2 BIM实施的必要性

2.2.1 国家及地方政策要求

2014年至2017年，交通运输部先后7次发文要求推进“覆盖公路建设项目管理全过程的信息系统”、“建筑信息模型(BIM)”的推广和应用。

图2.2BIM技术应用政策指导

2016年7月，云南省交通运输厅发布的《关于在全省高速公建设项目中推行建筑信息模型(BIM)技术的通知》，文件要求在“十三五”期间，所有高速公路建设项目需全面推行BIM技术。

2.2.2 项目评奖报优的需要

2016年云南省住房和城乡建设厅关于开展2016年度云南省优秀工程勘察设计奖评选工作的通知的相关要求摘录如下：

结合云南省工程建设和城乡建设中心工作，在2016年度全省优秀工程勘察设计奖的评选工作中，BIM技术应用项目、钢结构应用项目可获优先加分，鼓励州市县勘察设计单位完成的项目、建筑智能化等设计项目积极申报。

本项目规模大，是云南省乃至国内勘察设计及施工管理难度最大的项目之一，项目采用BIM技术是在后期评奖报优中获得优异成绩的重要条件。

2.2.3 本项目建设的实际需求

本项目具有路线长、范围广、投资大、工期长、工期紧、地质地形情况复杂、桥隧比高、施工难度大、技术复杂及工程参与者众多的特点，是云南省建设难度最大的高速公路之一，项目重难点比较突出，控制性工程(红河特大桥、五老峰特长隧道、兴隆特长隧道)施工难度大、施工周期长等特点，BIM技术的应用将能有效的控制施工进度、质量和安全。

图2.3项目主要特性

根据以上特性，决定了本项目对BIM应用的需求如下：

(1)设计阶段提高设计质量及方案合理性、优化项目投资、最大限度地减少变更工作量。

(2)施工阶段利用基于BIM的项目信息管理系统，提高管理效率、降低管理难度，更有效的对质量、进度、安全、投资进行控制。

(3)竣工阶段建立完整的BIM信息档案及数据库，提高竣工验收的效率及准确性、缩短竣工验收的时间，同时为项目的评优奠定重要的基础。

(4)运营阶段建立全生命周期的建筑信息系统，有效节约运营成本。

(5)通过本项目BIM技术的应用，培养出一批BIM技术管理人才，为BIM技术在高速公路建设管理中的推广奠定基础。

(6)建立具有自主知识产权的基于BIM技术的项目建设管理信息系统，并推广至中国电建集团其它基础设施项目中。

3 BIM软硬件建设方案

3.1 硬件建设方案

数据中心为“数据中心项目管理”的重要基础设施，数据中心的建立，将项目管理、BIM(建筑信息模型)、工程档案、视频采集等工程数据进行集成、交换和共享，形成项目的“建筑信息工程指挥中心”，实现对项目的宏观掌控，微观调控。

BIM数据中心应用平台由硬件(服务器、存贮设备、网络交换机、网络安全设备等)和应用系统(项目管理系统、BIM(建筑信息模型)、工程档案管理系统等)构成，硬件是BIM数据中心构建不可获缺的支撑平台，设备选型综合考虑BIM管理系统功能需求，同时兼顾硬件设备更新换代速率。

BIM数据中心的架构如下图：

图3.1 BIM数据中心构架图

图3-2 BIM数据中心实景图

3.2 软件建设方案

本项目采用中国电建昆明院HydroBIM平台。HydroBIM认真总结三维设计实践学习借鉴建筑业BIM和制造业PLM理念和技术，引入“工业4.0”和“互联网+”概念和技术，发展起来的一种多维(3D、4D-进度/寿命、5D-投资、6D-质量、7D-安全、8D-环境、9D-成本/效益…)信息模型大数据、全流程、智能化管理技术，是土木工程规划设计、工程建设、运行管理一体化、信息化的最佳解决方案。

针对本项目沿线地形、地质条件复杂的特点，在本项目的勘察设计及施工、运维中，全过程采用HydroBIM—交通工程模块进行真实场景建模、智能布线、三维模型构建与拼装、大场景展示，HydroBIM集成的软件有InfraWorks360、Civil3D、Inventor、Revit等，采用这些手段将大大提高本项目勘察设计进度和质量，为项目提供一种全新的、从全局把控项目的手段。

图3.3 HydroBIM构架

4 BIM团队建设

中电建路桥集团有限公司(以下简称路桥集团)成立BIM技术应用领导小组，成员由路桥集团与中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司(以下简称中电建昆明院)领导组成，是BIM技术应用的领导核心，BIM实施单位是中电建昆明院。

图4.1 BIM中心架构

项目公司设立BIM中心，在BIM技术应用领导小组领导下独立开展工作，负责BIM系统研发和应用的组织和具体实施，BIM中心领导成员由项目公司领导与BIM实施单位项目负责人组成，项目公司总经理担任BIM中心主任。

5 BIM应用点价值分析

5.1 技术架构

图5.1BIM应用技术架构

5.2 创新点及价值

1.基于开源框架的GIS多要素融合分析基础平台技术。该技术成果支持RVT、IFC与FBX等多种格式BIM数据与GIS数据的深度融合，解决了目前BIM模型难以支撑长距离海量数据和GIS数据内部结构信息较少的两大难题。

2.基于BIM+3DGIS的高速公路项目建设管理信息系统技术。在GIS环境下，将构件级BIM模型与质量、计量支付与安全等信息进行挂接，实现信息的可视化集成、查询、申报与审核，以及智能化管控决策。

3.高速公路工程全要素对象的数字化集成技术。创建公路、隧道与桥梁等工程的可视化展示模型、结构模型、重点工程精细化模型与集成应用综合模型，以模型为载体，对设计、建设与运维阶段的物理和功能特性进行数字化表达。

4.高速公路BIM数据库与数据中心建设技术。建立构件级三维模型与质量、计量支付、进度、安全等项目管理信息、空间地理信息多维关联的工程划分结构(WBS)建筑信息模型(BIM)数据库与BIM数据中心，实现多源数据的统一存储、传递与共享。

5.基于webgl开源框架的预警预报平台技术。具体包括基于隧道信息模型的隧道监控预警系统技术、基于三维地质模型的地质超前预报系统技术与基于工程划分结构(WBS)模型的物资管理系统技术，实现隧道预警、地质预报、物资调拨的智能化决策。

5.3 BIM应用创新

5.3.1 技术路线

基于三维协同设计平台，多专业实现建模出图一体化设计，BIM模型成果通过管理平台进行集成。

图5.2技术路线

5.3.2 标准规范

项目之初，公路行业BIM应用相关标准缺失，为了满足项目BIM技术应用需求，编制完成项目全套BIM模型分类、编码、应用、交付标准。

图5.3项目BIM标准体系

5.3.3 模型创建

1.基础地理信息集成

根据交通厅数字路网基础地理信息数据标准，使用优于0.5米正摄影像和提供的1:2000地形图生产沿线基础地理信息并生产三维空间场景。

图5.4地理信息模型

2.地理信息模型

完成全线124.530km区域三维地质模型，反映路线与不良地质区域的相互关系，结合地质适宜性分析，辅助进行道路选线。

图5.5区域三维地质模型

同步完成了重点工程的精细化三维地质模型，通过三维地质模型，可实现地质条件的三维可视化、模型空间分析、辅助开挖工程量计算、隧道围岩分级等，为施工阶段的工程开挖与支护提供一定的地质依据，并可根据地质勘察深度的增加及施工开挖时地质条件的揭露，不断修正与完善三维地质模型。

图5.6五老峰隧道三维地质模型

3.BIM结构模型建模

开发首个公路工程参数化标准族库，为公路工程BIM设计和后续阶段数据应用提供重要的资源基础。公路工程参数化标准族库已集中存储500余类标准族和7000余项参数化设计数据，有效解决了公路工程族文件的集中存储、共享与调用，实现了对公路工程参数化标准族库的规范化管理。

图5.7桥梁工程参数化标准库

图5.8桥梁工程参数化设计成果

5.3.4 BIM应用

1.可视化方案比选

利用BIM系统软件，实现可视化的快速方案比选，大大提高设计效率，同时为方案决策提供快速准确的数据支持。路线方案比选见图5.9、图5.10，桥梁涂装方案比选见图5.11。

图5.9道路接线方案一

图5.10道路接线方案二

图5.11桥梁涂装方案比选

2.碰撞检查

基于三维实景环境，对设计成果进行全面核查，如构造物设置、模拟驾驶、净空核查等。道路净空核查见图5.12。

图5.12 道路净空核查

3.工程量统计

基于BIM模型，可通过软件自动提取，进行精确的工程量统计。同时，当设计方案进行调整，BIM模型与工程量将自动更新。隧道洞口开挖模拟见图5.13，桥台工程数量表见图5.14。

图5.13隧道洞口开挖图

图5.14桥台工程数量表

5.3.5 项目建设管理信息系统

在项目施工阶段，应用勘察设计阶段建立的BIM模型、集成项目施工阶段的管理信息、工程档案信息、视频信息，实现建水(个旧)至元阳高速公路空间基础地理信息、质量安全监控数据、项目管理信息等数据的整合、交换和共享。

在此基础上，进行项目管理系统开发。项目管理系统是贯穿于红河州建水(个旧)至元阳高速公路项目施工全阶段应用的综合管理系统，包括前期管理、质量管理、计划进度管理、安全生产管理、计量支付管理、变更设计管理、OA办公、门户网站、移动OA办公APP、试验管理、合同管理、技术资料管理、竣工档案管理、项目管理移动APP、CA数字证书管理等16个模块。基于BIM技术，实现计量支付、质量、试验、安全等文件的可视化申报、审核、审批，审核文件时自动定位到该文件对应的工程构件。

系统将构件级BIM模型与进度、质量等项目管理信息进行挂接，二三维数据动态联动，实现工程属性与项目管理信息的可视化查询、申报、审核与决策。