BIM 技术在公路工程项目管理过程中的应用研究

何春晖HE Chun-hui

（广东交通实业投资有限公司，广州 510660）

0 引言

随着社会发展和科技进步，建筑信息模型（BIM）技术逐渐成为建筑工程领域的关键工具，其在公路工程项目管理中的应用也备受关注。BIM 技术通过数字化、信息化的手段，实现了对建筑工程全生命周期的集成管理，从设计、施工到运营，为项目管理提供了全新的思路和解决方案。公路工程项目具有复杂的设计、施工和管理需求，传统的管理方法在满足这些需求上逐渐显得力不从心。因此，引入BIM 技术成为提升公路工程项目管理水平的重要途径。本研究旨在深入探讨BIM 技术在公路工程项目管理中的应用，分析其在成本效益、质量提升和工程进度等方面的具体表现，从而为更广泛的BIM 技术推广和应用提供经验和借鉴。

1 BIM 技术特征

1.1 可视化交底

BIM 技术以其强大的可视化交底特征而在建筑行业广泛应用。通过BIM 平台，设计师、建筑师、工程师和其他项目相关方可以共享和交流设计理念，将设计概念以直观、生动的方式呈现。可视化交底不仅让团队成员更容易理解设计意图，也能够帮助业主和投资者更好地参与项目决策过程。BIM 的三维模型和可视化效果图使得项目的设计、布局和外观能够在早期阶段得到充分展示，为项目各方提供更直观、清晰的沟通平台，有助于减少误解和提高设计质量[1]。

1.2 自动算量

BIM 技术的自动算量功能为工程量清单的生成提供了高效的解决方案。传统的算量方式通常需要手动进行，费时费力，且容易出现错误。而BIM 技术通过对模型中的元素进行分析，可以自动生成详细的工程量清单。这不仅提高了算量的速度，还减少了因为人为因素引起的错误。自动算量不仅包括对材料数量的统计，还能够生成其他项目成本的相关信息，为项目的预算和成本控制提供了强大的支持。

1.3 模拟施工

BIM 技术的另一个显著特征是模拟施工，即通过虚拟模型对施工过程进行模拟。通过建立项目的三维模型，BIM 软件可以模拟出施工的各个阶段，包括建筑物结构的组装、设备的安装等。这种模拟施工的方式为项目团队提供了在实际施工开始之前检验施工流程的机会。通过模拟施工，团队可以发现并解决潜在的施工问题，提高施工的效率和质量。此外，模拟施工还有助于规划施工进度，确保项目按时完成。

1.4 碰撞检测

BIM 技术的碰撞检测功能是其在建筑设计和施工中的关键特征之一。通过对项目的三维模型进行碰撞检测，BIM 软件可以在施工前发现模型中各个部分之间的冲突和不一致性。这些冲突可能涉及结构元素、管道、设备等的交叉或干涉。通过及早发现并解决这些问题，可以避免在施工现场出现问题，提高工程的进度和质量。碰撞检测不仅减少了项目的变更和返工成本，也提高了整体项目的可靠性和稳定性。

2 BIM 技术在公路工程项目管理过程中的应用案例

2.1 工程概况

某公路工程项目总长为132.393 公里，主线按双向八车道公路技术标准进行改扩建。该项目采用整体式路基拓宽至42 米，其中新建单幅分离式路基宽度为20.75 米。由于改扩建形式多样，施工组织难度大，项目所涉及的交通流量庞大，交通组织复杂。工程的高边坡开挖施工以及安全管控难度巨大，同时受到既有道路情况的复杂性和多样性的影响，需要综合考虑多个控制因素。为了有效解决这些复杂性和挑战，整个工程全线采用了建筑信息模型（BIM）技术。BIM 技术在该项目中发挥着重要的作用，通过数字化的方式对工程进行全过程的设计、施工和管理。这种先进的技术不仅有助于提高工程的施工效率，还能够更好地应对项目中的各种复杂性，特别是在高边坡开挖和安全管控等方面，提供了更精准、可靠的数据和信息支持[2]。BIM 技术的引入为工程的顺利进行提供了坚实的数字化基础，从而确保了项目的质量、安全和进度的可控性。

2.2 构建可视化模型

在本工程案例中，采用Bentley 的OpenRoads Designer软件，旨在通过创建道路路基的纵断面和横断面，构建完整的道路模型。BIM 技术在这一过程中发挥着关键的作用，为工程提供了更全面、准确的设计和施工数据，同时为各阶段的协同合作提供了数字化平台。

首先，OpenRoads Designer 软件通过其先进的功能，允许工程团队精确创建道路路基的纵断面。通过该软件的直观界面和强大的建模功能，设计人员能够以更直观、动态的方式呈现道路的纵向剖面，包括坡度、曲线等设计要素。这为工程师提供了更好的设计可视化，有助于深入理解道路的地形和地貌特征。其次，OpenRoads Designer 软件支持横断面的创建，进一步完善了道路模型。通过在横断面上添加道路的交叉部分、交叉口、桥梁等要素，工程团队能够全面考虑各种复杂条件下的设计需求。这不仅提高了设计的全面性和系统性，也有助于在数字化环境中进行协同工作。整合BIM 技术，通过OpenRoads Designer 软件创建的道路模型不仅是一个静态的设计，更是一个基于实时数据的动态平台。在工程的不同阶段，团队成员可以通过共享和更新数字化模型，实现协同设计和沟通，确保每个阶段的设计符合整体规划。这为工程的可持续性、高效性提供了坚实的数字基础。本项目工程可视化模型如图1 所示，实景模拟如图2 所示。

图1 可视化模型

2.3 优化设计方案

2.3.1 基于BIM 的三维可视化协同设计

BIM 技术允许设计团队、施工团队和其他利益相关方在一个共享的数字化平台上进行协同设计。通过三维可视化，团队成员可以更清晰地了解整个工程的结构和布局，提前发现设计与施工之间的冲突或问题。通过BIM 的协同设计功能，设计者可以实时查看其他团队成员的设计进展，并及时调整设计方案，以确保设计的完整性和一致性[3]。这种实时协同设计的方式大大提高了设计的精度，减少了后期施工中的设计变更，从而提高了整体效率。

2.3.2 施工工艺模拟与优化

BIM 技术还支持对施工工艺进行数字模拟与优化。通过模拟施工过程，可以在实际施工开始之前发现潜在的问题，比如施工顺序、设备调度、材料运输等方面的挑战。设计团队可以借助BIM 软件模拟施工流程，分析潜在的冲突和瓶颈，并进行相应的优化。通过这种方式，可以最大程度地降低施工风险，提高工程的可控性。在模拟的过程中，可以进行不同工艺方案的对比，找到最优解决方案，以提高效益和节约成本。通过以上两个方面的优化设计方案，BIM 技术能够在项目的整个生命周期中为施工技术方案的制定提供全方位的支持。通过数字化的手段，设计者和施工团队可以更全面、系统地考虑工程的各个方面，提前预防潜在问题，降低变更和调整的成本，使得整个工程更具效率和可持续性。如图3 为道路横断面优化设计方案示意图。

2.4 对项目建设动态管理

2.4.1 实时施工区域监测

BIM 技术通过集成传感器和监测设备，可以实时获取施工现场的各项数据，包括施工进度、材料使用、设备运行状态等。这些数据将在BIM 平台上动态展示，让项目管理团队和相关利益相关方可以随时随地了解到项目的实时状态。通过BIM 平台的动态监测，团队可以对施工进程进行更准确的掌控，及时发现问题并采取措施，确保项目按计划进行。

2.4.2 噪音扬尘监测与控制

借助BIM 技术，可以在建筑模型中集成噪音和扬尘监测传感器的数据。通过实时监测环境中的噪音和扬尘情况，如图4 所示，BIM 平台能够自动生成实时报告并预警，使管理团队及时了解工地对周边环境的影响。在动态化管理中，项目团队可以制定相应的控制策略，例如调整施工时间、使用环保设备等，以降低对周边环境的负面影响。

图4 项目建设扬尘污染的动态管理

2.4.3 视频监控与安全管理

BIM 平台还可以整合视频监控系统，对施工现场进行实时监控。通过摄像头捕捉的视频数据，管理团队可以远程查看施工区域的安全状况。在发生紧急事件或不安全行为时，BIM 平台能够实现实时报警，并提供远程指导。这种视频监控系统结合BIM 平台的动态管理，不仅有助于提高工地的安全性，也为管理团队提供了更灵活的决策手段。通过这些动态化管理的实践，BIM 技术不仅提高了项目管理的精度和实效性，同时也为智慧工地的建设奠定了基础。这种全面集成的管理方式有助于提高项目的整体运作效率，降低潜在风险，并为项目的可持续发展提供了更强大的支持[4]。

2.5 安全管理中的应用

在项目建设中，BIM技术在安全管理方面的应用可通过建立平台的安全管理模块，实现隐患排查、记录和整改的全过程可视化管理。其一，在隐患排查记录与整改回复可视化管理中，借助BIM 技术，在BIM 平台上建立安全管理模块，通过平台的可视化界面，实时记录各标段的隐患排查情况。巡查人员在巡查过程中，可以使用移动设备拍摄现场照片，并通过BIM 平台上传到相应标段的安全管理模块。针对不同标段，对于工程安全管理数据见表1。

表1 工程安全管理数据

表2 隐患及整改情况实时统计

其二，责任人整改与闭合流程。平台根据巡查数据自动生成安全问题闭合流程。责任人在平台上收到通知后，上传整改照片，并填写整改情况。安全管理模块实时更新整改状态，直到问题得以解决，闭合整个隐患处理流程。

其三，隐患台账的动态化管理。建立隐患台账，通过BIM 平台实现对隐患数据的集约管理。平台上动态展示各标段的隐患数量、处理进度等信息，管理团队可一目了然地了解整体安全状况。不同标段台账见表3。

表3 不同标段台账

2.6 进度管理中的应用

2.6.1 3D 模型的创建与可视化进度计划

使用BIM 软件创建项目的三维模型，并在模型中嵌入进度计划信息。这样，项目团队可以通过可视化的方式查看整个项目的施工进度，从而更清晰地了解各工程部分的完成情况。通过3D 模型，团队可以实时查看项目各部分的完成情况，及时发现潜在的进度风险，并采取相应的措施。这有助于提高进度的透明度，降低因信息不畅导致的误差。

2.6.2 进度模拟与冲突检测

利用BIM 软件进行进度模拟，通过模拟不同施工活动的完成情况，识别可能的进度冲突。通过冲突检测，团队可以提前发现潜在的施工冲突，避免影响整体进度。进度模拟和冲突检测为项目团队提供了预测和规避进度风险的工具。团队可以通过模拟不同场景，找到最优的施工顺序，提高施工效率，确保项目按计划推进。

2.6.3 协同管理与实时更新

在BIM 平台上实现协同管理，不同团队可以同时访问和编辑项目模型。任何对项目模型的修改都会实时更新，确保所有相关方都能看到最新的信息。协同管理保证了项目各方之间的信息同步，减少了信息传递的滞后，有助于快速响应进度变化。实时更新确保了项目团队在面临进度调整时能够迅速做出决策。

2.7 成本管理中的应用

在成本造价管理中，首先需要准确全面地了解项目的结构和范围。BIM 技术通过模型构建提供了一种快速获取三维信息的途径。通过软件转换器，我们能够迅速接收并转化三维信息，构建出整个项目的可视模型。这使得项目团队能够在一个平台上查看各种组件和属性信息，有助于全面了解项目的基本情况。

利用BIM 技术，我们可以通过对模型的改进实现科学的成本管理目标。一方面，通过模型的细化和完善，可以提高对成本的准确性和可靠性，进而改善成本管理的精度。另一方面，通过将其他科学管理目标整合到BIM 模型中，如进度管理、质量管理等，实现全面的项目管理，确保项目的高效推进。BIM 技术不仅使得模型的构建更为高效，同时也提供了对模型数据进行有效监测与调整的工具。通过BIM 平台，可以严格管理建设项目的计划变更，及时进行信息变更。这种实时的数据监测与调整机制，有助于防范成本管理中的风险，提高项目的适应性和应变能力。BIM 技术在建筑项目中的应用，使得成本管理更加明晰。通过模型，可以快速解释建设成本，监控整个项目的整体发展。这不仅有助于项目团队更好地理解成本结构，还能更有效地实现项目成本管理的目标。对于项目所有者而言，BIM 技术提供了全面的成本信息，使其能够更加明确项目的造价情况。

3 BIM 技术在公路工程项目管理过程中的应用效益分析

3.1 成本效益分析

BIM 技术在公路工程项目中的应用在成本效益方面表现显著。首先，在初设阶段就实现了对项目的直接成本节省，达到了600 万元。相较于传统的勘察设计方式，BIM技术缩短了项目设计周期约20%，在提高效率的同时显著减少了项目的直接成本。此外，BIM 技术能够发现以往传统设计方式难以察觉的错误和纰漏，共发现150 余处问题，为项目的高质量施工提供了保障。决策时间的缩短也是BIM 技术的一项显著成果，大幅度缩短了30%以上，加速了项目的决策和推进速度。最终，项目的交付时间提前了43 天，这意味着项目按时交付，不仅为相关方提供了更快的使用和投资回报周期，也为后续工程的展开提供了更充足的时间。综合来看，BIM 技术在成本效益方面的应用不仅在节省直接成本方面表现出色，还通过提高设计效率、缩短决策时间等方面，为项目整体带来了巨大的经济收益。具体成本效益见表4。

表4 本项目BIM 技术实施后具体成本效益

3.2 质量效益分析

BIM 技术的应用对公路工程项目的质量效益有着显著的提升。首先，BIM 技术的多方参与和全过程周期的参与确保了设计、施工、维护等各个环节的全面质量控制。BIM 的模型可以为设计人员、建造者和维护人员提供一个共享平台，从而在全生命周期内保持一致性和准确性。在项目实施过程中，BIM 技术能够通过多维数据的展示和分析，提高设计的精准度，减少设计错误和纰漏的发生。这有助于避免施工阶段的问题，提高了整体工程的质量水平。同时，BIM 技术在建设阶段的实时监测与调整，能够迅速发现问题并进行修正，保证了施工质量的持续稳定[5]。通过综合参与和全过程控制，BIM 技术确保了公路工程项目的设计、建设和维护质量的全面提升，为各方参与者提供了更加高效、精准、全面的工程质量保障。项目质量效益，见表5。

表5 本项目BIM 技术实施后项目质量效益

4 结束语

综上所述，BIM 技术在公路工程项目管理中的应用，不仅提高了项目的成本效益和质量水平，还为管理带来了全新的思路和工具。然而，需要在实践中不断积累经验，解决技术、标准和人才培养等方面的问题，以促进BIM 技术在公路工程领域的更广泛应用。