BIM技术应用工程建设数字化智能管理
贵州新石高速公路建设有限公司
BIM技术应用工程建设数字化智能管理
建设单位：贵州新石高速公路建设有限公司
施工单位：贵州桥梁建设有限公司、贵州省公路工程建设有限公司、贵州路桥集团有限公司
项目背景：贵州省湄潭至石阡高速公路项目(以下简称“湄石项目”)是由由贵州新石高速公路建设有限公司负责建设，重庆市交通规划勘察设计院牵头，北京跨世纪软件公司参与。在项目全线推广BIM技术的高速公路工程。集团领导提出充分发挥利用BIM技术的创新性，运用云技术、GIS技术、互联网技术及IoT技术打造一套适用于公路工程的BIM施工综合管理云平台。为了推进BIM技术应用，我司成立BIM领导小组，各施工标段指定BIM专项负责人，完善人员、硬件配置，组织开展培训，从设计阶段即开展BIM设计，施工阶段采用BIM管理，通过积累经验， 其实施成果将全面推广至集团各项目，实现建管养一体化协同管理，全面提升交建集团信息化管理水平。
贵州省湄潭至石阡高速公路项目，共分为10个标段，每个标段项目部设有BIM负责人及其他日常协同工作人员，并统一由新石公司总经理进行统一管理，项目初期为了保证BIM技术的顺利实施，整个项目所有标段统一配置多台BIM专用电脑，应用于BIM模型处理及BIM技术应用，基于GIS+倾斜摄影技术的长大线路地形数据采集及模型研究，借助无人机倾斜摄影技术生成三维实景模型，载入BIM施工综合管理云平台，与卫图集成，定位项目所在的国家，省份，区县等详细地理位置，查看工程施工项目周边地形信息，快速了解项目周边情况
系统介绍：BIM施工综合管理云平台CivilStation Construction(简称CSC)是基于云技术、GIS技术、互联网技术与物联网技术(IOT)于一体的BIM施工综合管理平台。通过构建项目级平台，以标段为管理单元，以质量为基础，进度为主线，投资成本为核心，实现工程项目的可视化和数字化智能管理。湄石BIM施工综合管理云平台将项目管理过程从平面转向立体、静态转向动态、封闭转向协同
系统架构：湄石项目BIM管理系统将BIM技术与信息化管理紧密结合起来，即以BIM模型为载体实现工程项目三维可视化、信息化综合管理。采用全球领先的GIS引擎及BIM平台，打破传统的二维平台构架，提出了三维建模管理平台+web+GIS+移动互联网创新平台架构，搭建“数字化智慧工地”。
系统特点：
1、标准体系支撑系统应用
为保证模型构件颗粒度满足项目需求，建模精度满足项目管理的要求，参照《公路工程质量检验评定标准》JTG/F80/1-2017单位、分部、分项划分，设计图纸，综合考虑建模技术手段、管理深度和重点，结合项目经验编制支持系统使用的标准，通过此类标准规范了模型颗粒度、构件类型、管理方式、文件组织原则，实现了施工工艺验收、进度管理的自动化采集和监控。使整个项目管理标准化。
2、第三方系统接入资源统一管理
湄石BIM管理系统具有较强的开放性，目前已经对接了搅拌站系统、试验室系统、视频监控系统。与第三方系统对接后，在同一平台进行统一查看，统一管理，确保数据唯一性。
3、兼容主流BIM模型设计数据有效利用
湄石BIM系统可兼容当前市场主流厂商的BIM软件;本项目导入了Bentley及Catia模型，基于Bentley平台进行了设计数据的整合，编码挂码及一键导出至GIS平台，形成了数据转换标准、流程的统一。
4、进度管理自动化
系统根据质量报验结果自动采集实际进度数据，通过BIM模型构件的不同状态来可视化体现工程的形象进度，采集实际进度数据与计划进度数据的比对，以时间轴为基准，通过采集实际进度数据，实现基于BIM模型的4D计划进度模拟，实际进度模拟及可视化直观对比。
5、智能高效的施工管理
基于BIM模型的可视化、数字化、模拟化的施工管理，大幅提升管理效率。通过MicroStation CE将模型与结构树相关联，将施工管理由传统的线下管理转移至线上，以模型载体实现管理信息集成，通过流程、表单管理实现质量和进度验收过程自动化，规避信息传递滞后、信息孤岛，使五方责任主体职责明确。突破传统的施工管理受时间和空间限制，实现模型在Web、PC、手机端三端的智能化协同管理。
6、隧道管理智能化
通过对隧道地质预报、掘进、初衬、二衬、仰拱填充进度录入及分析，可以及时比对地质与进尺的相对关系，对超挖进行预警，分析掘进与初衬的距离，可对开发与支撑的安全控制距离实时监控，通过采集各施工段落进尺速度可以分析隧道施工节奏是否合理，提高隧道施工的监控能力。
7、资料管理智能化
通过对设计文件、设计模型、施工组织设计、安全专项方案的树形结构管理，可自动归档并与构件关联，实现资料归集过程可控，构成了数字化档案交付的基础。
湄石BIM系统发展历程：从2018年2月开始，建设单位开始安排设计人员进行模型的创建，将二维图纸转换成设计模型，并开展工程量复核、图纸校核、施工工艺模拟、碰撞检测等一些列工作。发现了多处设计偏差和问题。设计模型通过CSC.Modeling转换为施工模型通过BIM翼-云技术将模型一键转换为施工管理GIS模型，并用无人机对施工现场进行倾斜摄影，基于GIS管理平台，将实景与标段结构模型全面整合还原项目施工实景， 信息化管理基于模型，业务流程遵循质量为基础，进度为主线，投资成本为核心，实现工程项目管理的的可视化、数字化和自动化。BIM施工综合管理系统将项目管理过程从平面转向立体、静态转向动态、封闭转向协同共享，完成工程质量、投资的综合管理和互通。推进BIM技术的工程化应用，促进项目信息化建设，实现项目的高品质建设和运营的管理目标，促进数字化品质工地建设。
构件是实例化的空间对象，其ID像一把打开BIM管理系统的钥匙，联通各业务层面。借助模型平台开发一套适应公路行业模型编码及挂接工作流程和方法，参照《JTG F80-2017公路工程质量检验评定标准》行业标准和企业内控质量管理标准进行分部分项划分及EBS分解，EBS质量管理单元拆分至工艺工序，工序验收指标作为现场数字化验收核心，自主研发Parametric Component Language (PCL)参数化语言、超级编码器SEO,实现桥梁及隧道参数化建模的同时自动关联分部分项、编码及绑定。大大提高模型关联效率。
模型的创建严格按照设计图纸进行，模型尺寸与二维设计图纸尺寸完全一致，使用OpenRoads Designer、PowerCivil、MicroStation CONNECT、正向设计BIM软件CivilStation Designer(CSD)完成三维设计。施工管理采用施工综合管理云平台(CSC)将管理数据与模型数据进行系统集成，然后进行项目过程控制及数据分析，为管理者提供精准的决策依据。
为应对征地拆迁挑战，项目利用MicroStation CONNECT实景环境，对拆迁地块进行三维标示，分析拆迁物与设计构造的关系，与实际施工进度和计划进度进行对比，使拆迁进度最大限度满足施工进度要求。
重难点问题的分析和解决思路
湄石高速工程的主要结构物包含桥梁、隧道、路基，其中60%以上是桥梁和隧道。该项目中超过113公里涉及拆迁工作，施工过程中需要对十个标段进行管理。为保障高速建设能够顺利进行，全线进行三维设计和施工管理。项目实施面临诸多难点：模型量大、建模复杂，结构物繁多;施工基础数据量庞大;路线长，区域分散，质量、进度情况难以及时掌握，拆迁范围的控制、拆迁进度的复杂管理等。
针对以上问题，需要从设计、施工、阶段同时更新技术，将BIM技术应用的整个项目的各个阶段，从而全方位的把控项目。
1)在项目设计阶段采用BIM深化设计及优化，效规避二维设计阶段误差和问题，缩短项目实施周期，节约项目投资，缩短项目工期。
2)项目设计路线长，分布区域广，结构物分散，实施周期长，干扰因素多项目进度管理难度较大，通过研究基于BIM的进度控制方法能够实时把握项目进展，及时发现进度隐患点，做到进度宏观可控，微观可调。
3)借助BIM技术+质量管理理论，提高质量管理效率，颠覆传统管理方法，有效提升项目品质。
4)安全管理是保证项目顺利实施的奠基石，项目安全巡视、安全监控一直是项目管理永恒的话题。本项目里程长、参与单位众多，安全监管任务繁重，借助BIM技术、移动互联网技术、大数据采集分析技术，提高安全监管效率和及时性，做到安全检查全闭合，助力打造安全品质工程建设。
5)多方管理交叉，纸质文件上传下达，存档管理工作量大，数据分析难度大，基于日常管理的数据收集、分析与决策能力有限，无法对项目总体情况进行感知，利用BIM技术收集管理数据，分析管理行为，重点部位重点控制实现精细化管理。
实施成果
湄石BIM施工综合管理系统分为三个平台端进行协同管理
桌面端C/S:(基础版、业务版电子沙盘)深化设计平台、分部分项编码平台、属性维护平台、管理数据显示平台、GIS模型转换平台、施工监控平台、拆迁展示平台等
Web端：集成项目全生命周期施工数据统计及分析，收集各业务关键数据，一体化集成现场视频/物联网设备数据。进行统计分析，快速发现问题，优化管理。
移动端A/S：现场施工数据及监控数据的快速采集、录入以及信息的查阅，实现基于大数据分析结果自动推送的现场检查，项目监控指标及监控数据展示，项目预警信息智能化提醒功能。
最终实现三个平台所有的业务是互联互通的，所有的数据实时关联。
1、多项目，多标段施工管理
项目管理功能模块可实现多项目，多标段管理，不同项目及标段之间自由切换。将BIM模型与整个项目管理数据关联，直观的展示每个构件的属性及完成状态，形象进度等。
2、智慧监控中心
智能监控中心(BI)展示项目整体信息，接入智慧工地、管理系统分析数据、BIM+GIS数据、便于业主集中管控。系统可接入施工现场的视频监控，实时展现施工状态，为管理者进行准确决策提供直接支持。
3、标准化技术、设计管理
技术管理模块负责存储在项目施工管理过程中上传的技术资料，并将不同的技术文档与对应的工程部位相关联，同步展示在模型属性上。负责人可在线查看，可下载保存到本地。
设计管理功能包括：施工图纸、变更图纸、模型管理，提供静态图，可同步到手机APP端。Web端自动统计图纸变化，形成统计图;BIM模型与设计文件进行有效关联，实现二维、三维设计数据同步交换。
4、数字化质量、安全管理模式
基于标准的数字化管理及智能跟踪，将物理存在的资产模型化、信息化、数据化，再将数据根据交通行业的特点及使用需要，系统的进行分类、关联、统一结构化存储实现资产集成化管理。系统默认生成部位，构件节点为分项工程，直接对构件节点验收;自定义工程部位;Web端，Pc端，APP三端数据联动，同步显示整个流程，数据可追溯
提交人通过APP进行工序的提交报验，验收人同样通过APP进行质量的验收
APP施工工艺报验流程
移动APP端可随时发起质量安全巡检，自动化巡检，提高管控能力，加强管理者对项目安全方面的整体把控和检查。在GIS环境下，人员、机械定位可增强重点管理对象的安全动态监督。安全管理模块提供数据分析和巡检报告，查看质量问题整改并回看，实现未整改问题的预警。
5、自动化智能隧道掘进监控
针对隧道施工安全管理的特殊性，安全管理模块可实现掌子面、初衬、二衬、仰拱填充，施工进度及速率监控。在Web端录入隧道路线、类型、隧道名称、超前地质预报、开挖进度等数据，系统即可自动统计分析并形成统计图，对超前开挖预警提示通过业务版电子沙盘隧道模型直观展示隧道进度信息和预警信息。
6、可视化进度跟踪管理
进度管理功能基于BIM可视化三维模型进度管控。该功能可实现总计划、年度、季度、月度计划的三维模拟及进度计划对比;通过质量模块传递的验收信息自动统计实际进度，并与进度计划对比，直观的显示整个项目的进度状态;GIS空间展示三维进度偏差，分析进度计划编制的合理性，以便及时分析原因，调整进度计划，制定优化措施。
7、投资管理自动化统计分析
投资管理功能模块以整个项目的质量为基础，进度为主线，投资管理为核心，将项目成本控制直观展示，每条数据有据可循。该功能解决了传统的工程量统计、计算工作量大，易出错、成本高等问题，提高了管理效率，降低成本，节约时间。
合同清单可导入系统并进行台账分解，可与每个构件关联，系统自动统计计划产值。质量管理验收构件合格后，系统自动统计实际产值并与计划产值对比与分析，生成统计报告。
8、精细化拆迁管理
拆迁管理以BIM模型与GIS技术结合实现模型精准的可视化定位为基础，提高各责任主体的协同工作效率。结合三维实景、高精度模型真实的场地数据、设计红线及实际进度，该功能可全面跟踪分析拆迁面积、拆迁进度、施工进度关系，可与集团进行数据对接，将项目拆迁、附属设施等直观展示，做到可记录、可追溯、可追责。
9、BIM+GIS
BIM施工管理系统是在真实的地理环境下进行施工管理，以BIM+GIS为发展方向，支持实景模型、卫片、材质;基于无人机倾斜摄影技术，自动将航拍照片生成三维实景模型并导入系统;实景模型与BIM模型完全融合，并可LOD显示;可对实景模型进行各类操作模式;
针对交通领域线性工程特点通过GIS图形转换及显示引擎，采用BIM翼云端平台一键上传模型自动转换加载至GIS环境，支持超大体量的BIM模型的应用和展现，支持6000-7000万三角面的模型的流畅加载和调用，GIS数据展示环境针对高速公路管理特点就信息分析和展示进行了定制化开发，能够实时，形象展示项目进度、质量、安全等管理信息，为决策提供三维可视化依据。
成果总结
湄石高速工程项目采用了Bentley先进建模软件和跨世纪(KSJ)正向设计BIM软件(CSD)，实现桥涵、隧道、路基、轨道、接触网等专业的参数化设计，提高三维设计效率和质量;实现设计到施工模型的自动转换，BIM模型充分继承了设计阶段信息，同时实现几何分解和施工信息自动附加，提高了建模效率。同时，研发协同设计平台，减少信息孤岛，提升工作效率;基于BIM+GIS+VR技术的施工综合管理云平台(CSC)实现了运营维护的在线虚拟巡检，为后期运营平台的搭建提供了技术基础。
通过BIM技术进行图纸会审、材料管控及三维技术交底等工作，进一步提高场地布置、安全质量、资料、进度等方面的精细化管理。通过BIM技术提前发现问题并优化，同时结合整体吊装技术，使安装效率进一步提升，并研究VR技术与BIM技术的结合在安全管理及精装修样板选型等方面的应用，通过漫游方式提前模拟车辆行驶路线等。
BIM模型转化为GIS模型效率提高50%以上;设计模型转换施工管理模型效率提高200%;全线重要工点质量验收上线率达到100%;构件自检验收合格率达到92%;工艺报验合格率达到93%;隧道进度跟踪率达到100%;特种人员、设备监管率达到100%;巡检验收闭合率100%;部分现场管理转为在线管理，提高管理效率35%以上，极大的节约了管理成本。百公里高速公路国内尚未完整采用BIM技术进行建管养一体化应用，无任何标准和经验可以借鉴，探索出高速公路BIM应用体系及数字化移交技术以指导未来集团投资需求，具有重大指导意义。
