一、項(xiàng)目概況
益陽(yáng)市馬跡塘至安化高速公路（以下統(tǒng)稱為馬安高速）是“3+5”城市群“五縱七橫”高速公路網(wǎng)之第三橫——平益高速的西段，連接益馬與官安高速公路。其中馬安高速二標(biāo)起止樁號(hào)k9+260～k20+040，里程長(zhǎng)度10.781km，主要工程包括4座大橋（螢火沖大橋、王家坪善溪大橋、赤溪高架橋、楊家村大橋）、1座隧道（赤溪隧道）、羊角塘互通及羊角塘連接線、冷市停車區(qū)等。本項(xiàng)目全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速采用100km/h，路基寬度24.5m，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-ⅰ級(jí)，羊角塘連接線采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-ⅱ級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)速采用40km/h，路基寬度8.5m。
本工程具有五大施工特點(diǎn)：
1.路線走廊帶較為狹窄，工程作業(yè)量大；
2.地形地質(zhì)較復(fù)雜，施工難度大；
3.臨時(shí)便道受限，材料運(yùn)輸難；
4.砂石缺乏，地材成本高；
5.氣候復(fù)雜多變，綜合影響大。
圖1 馬安高速效果圖
二、項(xiàng)目模型展示
結(jié)合公路工程點(diǎn)多線長(zhǎng)特點(diǎn)，本次應(yīng)用采用分段bim施工模型，包括道路模型、隧道模型、橋隧模型和涵洞模型等。不同的模型用于支持各工程段的線路布局展示以及施工管理和過程模擬，實(shí)現(xiàn)各工程段精細(xì)化施工管理。
1.道路模型
道路建模前通過使用軟件提供的地形過濾器提取設(shè)計(jì)地形文件中的等高線及高程點(diǎn)，形成三角網(wǎng)進(jìn)而生成數(shù)字化三維地形?；诘匦挝募?chuàng)建道路中心線并根據(jù)縱坡、豎曲線表確定縱斷面位置，通過導(dǎo)入道路橫截面模板形成三維道路模型。
道路模型中重難點(diǎn)主要在于三維互通模型的創(chuàng)建。羊角塘互通a匝道在平交口至收費(fèi)站采用8.5米路基寬，收費(fèi)站至與bc匝道相接處采用15.5m路基寬，互通b、c、d、e匝道均采用8.5m寬單車道匝道，匝道設(shè)計(jì)速度30-40km/h，內(nèi)環(huán)半徑為50m。圖2所示為羊角塘互通模型。
圖2 羊角塘互通模型
2.隧道模型
赤溪隧道位于安化縣野鴨塘村，所處地貌屬于低山丘陵地貌，隧道沿線地形起伏較大，山頂最大高程為310.00m，隧道最大埋深約117.49m。赤溪隧道為左、右線分離式隧道，其中左洞樁號(hào)為zk13+592~zk14+548，長(zhǎng)為956m，其中ⅲ級(jí)圍巖170m，ⅳ級(jí)圍巖560m，ⅴ級(jí)圍巖216m；右洞樁號(hào)為k13+595～k14+555，長(zhǎng)為960m，其中ⅲ級(jí)圍巖170m，ⅳ級(jí)圍巖545m，ⅴ級(jí)圍巖225m。隧道設(shè)計(jì)采用分離式復(fù)合式襯砌；隧道洞口設(shè)計(jì)為削竹式洞門。圖3所示為赤溪隧道三維模型。
圖3 赤溪隧道模型
3.橋梁模型
螢火沖大橋位于安化縣羊角塘鎮(zhèn)云靈村，中心樁號(hào)k10+006，與路線右交角270°，橋位區(qū)屬低山丘陵地貌，橋位跨越一條沖溝，沖溝寬度約100~120m，沖溝地勢(shì)較為平坦，橋位兩端山坡地勢(shì)起伏較大，小里程橋臺(tái)自然坡度約25~30°，大里程橋臺(tái)自然坡度約20~25°。本橋采用跨徑9x30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)t梁，橋長(zhǎng)276.08m，下部構(gòu)造為柱式墩，柱式臺(tái)樁基礎(chǔ)。橋梁模型通過基礎(chǔ)軟件microstation創(chuàng)建，然后通過用坐標(biāo)定位使橋梁與路基接順。圖4所示為螢火沖大橋三維模型。
圖4 螢火沖大橋模型
4.涵洞模型
本合同段主線共設(shè)涵洞21道，涵洞結(jié)構(gòu)類型和孔徑的選擇主要依據(jù)匯水面積、水力性能、水文計(jì)算、地質(zhì)情況、涵頂填土高度、沿線筑路材料分布及施工難易程度等因素。從結(jié)構(gòu)安全、保證農(nóng)田灌溉和泄洪需要，盡量減小沖刷的角度出發(fā)，涵洞均采用無壓力式水流圖式，全部采用暗涵。涵洞類型有鋼筋混凝土圓管涵、鋼筋混凝土蓋板涵和鋼筋混凝土拱涵等。圖5所示為涵洞三維模型。
圖5 涵洞三維模型
三、bim應(yīng)用探索
1.場(chǎng)地布置（abd）
采用aecosimbuildingdesigner來進(jìn)行建模，將項(xiàng)目部及三集中場(chǎng)地（梁預(yù)制場(chǎng)、拌合站、鋼筋加工廠）合理規(guī)劃布置，提高生產(chǎn)效率。各種標(biāo)志標(biāo)牌采用三維圖片演示，更加形象直觀。
2.施工進(jìn)度模擬
施工進(jìn)度模擬是在3d幾何空間模型添加時(shí)間維度，虛擬推演實(shí)際施工的過程，是將bim模型與施工組織進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，以進(jìn)度驅(qū)動(dòng)模型的虛擬仿真。用信息化集成模型和工序時(shí)間數(shù)據(jù)源，在虛擬仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)模型的虛擬建造，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的過程交互，虛擬推演施工方案，動(dòng)態(tài)檢查方案可行性及存在的問題，優(yōu)化調(diào)整施工裝備、工藝等。施工進(jìn)度模擬可以實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度、資源、成本及場(chǎng)地信息化、集成化和可視化管理，從而提高施工效率、縮短工期。在5d施工管理軟件或navigator中，直接導(dǎo)入project做好的進(jìn)度計(jì)劃，軟件自動(dòng)將進(jìn)度計(jì)劃與模型關(guān)聯(lián)，然后就可以用動(dòng)畫的方式直觀的進(jìn)行施工進(jìn)度的模擬。
圖6 施工進(jìn)度模擬
3.施工工藝演示
高速公路工序多，施工工藝繁瑣，項(xiàng)目運(yùn)用powercivil集成模型和工序時(shí)間數(shù)據(jù)源，在虛擬仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)模型的虛擬施工，對(duì)施工過程虛擬推演，找出施工過程突出點(diǎn)，提前制定相應(yīng)的解決方案，不斷優(yōu)化調(diào)整施工順序和關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，制定最佳施工方案。把施工工藝以動(dòng)畫的形式展示出來，可以找出不合理的部位，便于方案的修改完善，并組織施工員及班組現(xiàn)場(chǎng)交底，提高了交底效率，保障了施工質(zhì)量。
圖7 涵洞施工動(dòng)畫截圖
4.中期計(jì)量
將0號(hào)臺(tái)賬導(dǎo)入5d施工管理軟件，軟件自動(dòng)將臺(tái)賬與模型關(guān)聯(lián)起來，可以給模型每個(gè)部位添加工程量、施工日期、質(zhì)檢資料照片、實(shí)物完成照片等信息，計(jì)量時(shí)只需將完工部位進(jìn)行標(biāo)記即可導(dǎo)出當(dāng)期工程量，且可以直觀的看出某部位的資料是否完善，混凝土齡期是否達(dá)標(biāo)等，方便根據(jù)業(yè)主允許的計(jì)量條件更改計(jì)量報(bào)表。
圖8 中期計(jì)量管理
5.勞務(wù)分包結(jié)算
在模型部位的附加信息中添加勞務(wù)分包商名稱，該部件結(jié)算價(jià)等等，以勞務(wù)分包商名稱為篩選對(duì)象，即可方便地對(duì)勞務(wù)分包結(jié)算進(jìn)行管理。
6.合同管理
在5d施工管理軟件中的合同管理平臺(tái)，將合同按供應(yīng)商、施工隊(duì)等對(duì)象的不同進(jìn)行分類管理，并添加附屬信息（對(duì)象名稱、簽訂日期等）及附件（合同電子文檔、合同簽字蓋章版照片），在projectwise網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，根據(jù)人員的權(quán)限，方便項(xiàng)目及公司級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)合同進(jìn)行查看。
7.材料機(jī)械計(jì)劃
將施工進(jìn)度計(jì)劃與工程部位的附屬信息（混凝土、鋼筋、模板等材料信息）結(jié)合，生成材料用量計(jì)劃，根據(jù)工程量合理進(jìn)行資源調(diào)配，為機(jī)械進(jìn)場(chǎng)及材料采購(gòu)計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。
8.工程量統(tǒng)計(jì)
bim是一個(gè)富含工程信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以真實(shí)地提供造價(jià)管理需要的工程量信息，借助這些信息，計(jì)算機(jī)可以快速對(duì)各種構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，大大減少了繁瑣的人工操作和潛在錯(cuò)誤，把施工管理人員從機(jī)械性算量工作中解放出來，讓現(xiàn)場(chǎng)管理人員有更多的時(shí)間和精力提高管理水平和控制工程質(zhì)量。路隧工程量可通過軟件中組件工程量命令導(dǎo)出，橋梁工程量也可以中導(dǎo)出，鋼筋工程量可以在配筋軟件中導(dǎo)出，得到的工程量可用于前期設(shè)計(jì)過程中的成本估算、在業(yè)主預(yù)算范圍內(nèi)不同設(shè)計(jì)方案的探索或者不同設(shè)計(jì)方案建造成本的比較，以及施工開始前的工程量預(yù)算和施工完成后的工程量決算，可以實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化配置。同時(shí)可大幅提升項(xiàng)目本身的成本分析和控制能力?？蔀樯虅?wù)結(jié)算和財(cái)務(wù)核算提供數(shù)據(jù)支撐，為項(xiàng)目利潤(rùn)爭(zhēng)取贏得空間。