(长沙理工大学交通运输工程学院 湖南 长沙 410000)

研究背景

随着信息化技术的快速发展，大数据时代到来，人们越来越重视信息的处理与管理，只有这样才能充分利用信息的价值，创造更大的利益。大型的公路工程也越来越多，需要处理的信息更多，BIM技术将一个工程项目的全部信息，赋予在项目设计、施工、运营的整个生命周期中，构建起具有可视化的三维模型，其实质是一个数据平台，让工程的每个参与方协同对工程管理，加强交流，跟更加高效的的建设公路工程。目前BIM技术还只在公路工程设计阶段应用的探索期,通过构建公路模型数据库更好的表达工程设计成果，其实在公路工程施工过程应该运用BIM对施工进行指导，对各种施工信息的管理，可以提高施工管理效率，节约施工成本，BIM在公路工程施工管理具有潜力，现在在这方面的研究还比较少，本文特以此为契机研究BIM在施工管理中的应用价值，探究BIM技术在公路工程施工管理中的应用，为以后的研究作出初步的探索。

一、BIM的基本概念及特点

BIM(Building Information Modeling)其实是利用建筑工程的几何信息、结构建立工程数字模型的一种技术，它强调设计工程的全生命周期中，设计、施工、运营管理，打破了以往的工程的参与方的交流隔阂，促进各方对工程的共同管理，避免出现“信息孤岛”，导致工程管理出现不平衡，造成工程的损失。BIM与传统的设计与管理的不同：BIM设计的模型具有三维可视性，直观展示工程特性。BIM构建了一个数据库，支持数据在不同的部门共享交流，消除专业间沟通障碍，更加全面准确表达工程。每个项目参与方在项目的不同阶段，通过在 BIM 构建的模型中添加、提取、删除和修改信息，以用来支持和反映其各自职责的协同作业。一个大型公路工程是集合多项专业的建筑工程，路基路面工程、管涵，桥梁，绿化，排水，因此无论是在设计中还是施工中怎样将这些工程融合在一起形成一个功能全面完整的工程，这都需要大量人力成本，BIM技术建立的数据库，将这些专业数据关联起来，当某一个专业工程进行变动时，我们马上可以对其相关联的专业进行变动，大大提高了公路工程施工的效率，BIM的核心就是信息的管理，其在公路工程施工中有极大的应用价值，本文就施工中的各个阶段以及每个层次的应用，探究BIM在施工中的应用价值。

二、施工方案的确定及施工方式的优化(可视化施工模拟)

公路工程的专业工程较多，施工起来在各项工程交互上在设计方案通过BIM技术确定后，设计方通过BIM软件将工程数据传递给施工方，施工方可以通过BIM导入实际场地情况，用BIM软件分析根据施工方的施工技术确定合理的施工方案，进行施工模拟，让我们可以及时了解而且在施工进行过程，BIM可以进行实时监控，进行可视化施工模拟从而预测到可能发生的问题，施工决策者可以及时采取措施进行纠偏，优化施工方式，这样可以节约一大笔时间成本以及人工费用，对公路工程成本控制起到了关键作用。BIM可以更直观的确定施工方案，这是传统施工管理方法做不到的，这是BIM管理的优势之处。基于BIM建立的施工管理平台，整合了一个工程的所有信息数据，其中任一时间点的工程信息，包括了工程的几何信息、工程量、资源的投入量和消耗量、人力和机械设备的调配等，都可以被快速获取并传送到信息管理系统中，实现工程施工进度的实时监控，项目管理人员可以根据这些信息数据准确及时地做出项目决策，有效改善传统管理模式中项目信息无法实时获取而难以控制项目风险的情况。可视化模拟施工主要以工程信息在公路工程成本管理过程中，通过利用 BIM 信息管理技术作为技术手段进行管理，可以对整个工程施工过程进行实时管理，提高管理效率，减少纠偏措施的采取，降低施工成本。BIM 技术的特点给工程施工建设参与各方带来了好处与优势，在进度管理、成本控制、质量管理、资源调配、安全风险管控等多个方面，都具有不俗的应用价值。主要包括 ：基于 BIM 模型的可视化施工施工技术决策；基于 BIM 模型与参建各方的可视化交互；通过 BIM模型的模拟性和优化性，持续改进施工方案和组织设计；与现有施工管理信息化技术手段进行深度整合，借助远程 BIM云数据库与现场能设备的数据交互，通过移动互联网实施施工监控和动态管理，大大提高信息化管理水平。

三、BIM在施工进度管理中的应用(4D-BIM进度管理)

BIM可以构建三维可视化的工程模型，这个构建的模型不仅包含了工程几何信息，也包含了非几何信息，例如工程材料的颜色，材料的价格，这些也仅仅只是一个三维模型，没有工程生命，清华大学课题组将BIM与4D技术结合开发出了一套4D施工管理系统，赋予工程模型时间进度，并融合了工程成本、质量、安全情况等工程信息，这样可以更加及时管理施工进度，更加高效，相对于传统的进度计划表，时效性高，信息反馈更加快，这样施工方可以及时的根据施工情况调动人员，合理安排人工，避免出现窝工现象，降低效率成本。 尤其是在公路涉及专业工程较多，极大可能会出现人工分配不合理的现象，运用BIM-4D系统可以还可以更好的确定公路关键工程的时间节点，该系统可以根据施工程度预测工程的进度，这样施工方可以更加合理安排施工时间，节约时间成本。我们可以在该系统查询任意时间点工程的施工进展情况，点击任意里程碑时间点，查询该时间点上各项工作的完成情况，以及上一里程碑至该时刻之间完成的主要工作及其工程量和成本，支持管理者快速了解和展示项目的建设历史，掌握整体建设过程和资源配置动向。基于BIM的进度的管理平台实现就是将工程的三维信息和进度信息整合到一个模型中，如今BIM管理平台的构建框架如图一所示，从四个不同的层面围绕项目的信息构建一个不仅仅是具有三维信息并且具有时间维度的BIM-4D模型，建立了可视化的模型，能够实时掌握施工的动态，监控整个施工进度，更加精确的控制工期。

施工进度管理也是在公路工程管理中成本、质量、进度管理三大管理目标的重要的一个管理目标之一，对整个公路工程的施工管理有至关重要，大型的公路工程往往包含了很多专业工程，比如桥梁工程，隧道工程，交通工程，施工进度管理的协调需要更多的成本(人力时间)，而且在公路的传统进度管理中很难将所有工程的进度管理只是事后控制，很难做到精准跟踪施工进度动态，运用BIM管理平台可以实时监控施工进度，准确进度与计划对比，让我们及时的采取纠偏措施，严格控制整个工程的工期，对公路工程的施工做到精细化管理，提升整个工程的品质。BIM提供了一个可视化的模型，

运用BIM管理工程进度，更加方便工程各种参与方之间交流，工程的信息以IFC标准格式储存在模型，只要都使用支持IFC的标准的BIM软件，就可以直接读取到施工时的进度信息，各个参与方可以协同对工程施工进度进行检测，纠偏，并且共同探讨有效方法解决问题，以保证工程质量，加快施工进度，降低项目成本。以前的传统监理模式在传递信息的有滞后性，运用BIM-4D管理系统可以将进度信息实时共享，这样可以节约时间成本。BIM可以根据施工情况预测了工期，更加方便计算时间成本。

总的来说BIM可以高效的管理时间信息，信息本来就是BIM的核心，运用BIM进度管理平台可以更加高效地管理公路工程施工，可以保证工期，这是BIM技术在公路工程施工管理中带来的巨大工程效益。

图1 基于BIM的进度管理系统架构

四、BIM在施工成本控制的应用价值

公路工程由于施工过程的不定性因素影响，造成绝大多数的公路工程项目超出了预算，在一定程度上浪费了资源，不仅给建设方增加了成本，也降低了施工方的建设回报，做好施工的成本控制也是公路工程施工中的重要目标。在传统的成本管理模式中由于施工过程的高度动态变化，施工资源及成本管理主要依靠人为控制，现有资源及成本管理软件只能辅助管理者进行必要的计算和统计，无法对施工资源和成本进行实时监控和精细化管理。而通过BIM建立的4D模型可以将资源动态信息整合到其中来，建立4D资源动态管理模型，可以做到施工资源的动态管理和成本的实时监控，做到公路工程的精细化管理，BIM成本实时控制的应用框架如图2所示

图2 BIM成本实时控制框架

(一)减少管理成本

公路工程建设过程中对 BIM 技术的引入，能够在一定程度上减少管理成本的投入。具体表现在以下两方面：其一，通过BIM技术可使管理实现一体化，在一定程度上使其中的管理环节显著减少，从而节省大量的管理成本。其二，管理工作的开展需要有大量人力和物力的支持，而且在管理中工程需要各参与方互相交流，通过BIM技术使现，使得各方能够协同管理，只要简单的配合就可以精准的对工程监控，可以节省了大量的人力物力成本，从而降低了管理成本。

(二)节省时间成本

在施工过程中，时间也是一项巨大的投入，时间成本也是工程成本的重要组成。一般说来，工程的建设周期越长，时间成本和资源消耗量都会更大，BIM技术更加高效的管理工程，合理安排施工时间，避免了窝工、返工现象，并且能够减少修改施工方案的时间，之前的传统方式是在原有的图纸修改，这样不仅消耗时间大，而且还要多产生的图纸，造成资源的浪费，采用BIM技术管理可以节省时间成本。

(三)控制材料的投入

除了人工费用，时间成本，材料的费用也是工程成本的重要组成。公路工程建设中应用BIM技术可以高效的管理材料的使用，避免出现材料浪费使用，严格根据工程造价购买材料，不会过量购入，不造成建设资源的浪费。

BIM公路施工中通过对材料的管理控制成本主要应用方式主要在以下方面：一是预算控制，主要是利用 BIM 外购劳动和物资采购控制，防止采购金额超过预算金额的情况，以防止收入大于支出。另一方面是限额领料，主要是利用 BIM 来控制物料管理，团队严格按照施工预算收到物料限额，但物料人员，施工人员对项目预算不熟悉与劳动团队和许多的建设时间节点的交错经常导致实施配额采摘的困难。BIM 技术可以根据时间节点预测，并提供大量的数据分析。BIM 技术可以快速准确地为施工人员提供基础数据，为建筑企业制定准确的预算计划提供有效的支持。它为在施工过程中材料员、施工员的限额领料与消耗控制提供了强大的技术和数据支持。节省材料成本，将有效控制建设成本，这也是重要的应用价值。

五、现阶段BIM在公路工程中的应用存在的困难

虽说BIM公路工程设计中已经开始一定初步的应用，但是要在公路工程中广泛的应用，以下是总结BIM在公路工程中的应用存在的困难。

(一)行业标准的统一。公路工程是一条几十、上百公里长的道路，拥有路基、桥梁、涵洞、隧道、天桥、交叉等性质、特点完全不同，这么多的组成因素，标准化程度较低。为了能够做到工程信息的表达，BIM涉及公路工程整个生命周期，其信息需要在工程参与方之间传递，因此一个统一的数据标准，在建筑工程都有统一的IFC标准，公路工程还没统一，因此这是一个难点。

(二)应用特点。公路工程项目 BIM 系统的应用对象比较复杂，从它的决策投资，到施工的监理，再到使用的管理、养护维修等，各对象的需求信息内容不同、层次不同，对 BIM 系统的认识、接受程度就不同，这也是公路行业设计者普遍存在的顾虑。

(三)软件落后。现在虽然已经开发了一些公路工程设计的软件，像Autodesk公司的Civil 3D，Bentley公司的Power Civil，但是也只能用于设计出图，要做到施工管理还没有开发成熟的软件，BIM公路工程施工管理的软件的开发才能做与设计数据连接，才能保证工程的工程价值。

(四)人才制约。技术是为人服务的，前提使我们要掌握技术的应用，目前，我们还缺乏使用BIM技术管理的人才，毕竟一个大型工程的管理涉及到多个专业，要想建立一个完善的BIM一体化系统，必须要一个具备专业BIM知识的团队才能做到的。

六、推动BIM在公路工程施工管理中的应用的措施

BIM在公路工程施工管理中的潜力是巨大的，如今需要针对其在工程中的实际做出一些措施。从几个方面来考虑：一、整个的公路工程领域，首先要建立整个行业的工程数据标准体系，就如建筑工程中已经有自己的IFC标准，这样就能使BIM模型建立的数据能够在不同BIM软件中传递，加强施工建设方对工程的协同管理。二、BIM软件的开发，加强公路工程施工管理BIM软件的开发，让公路施工管理有一个精良的管理环境，提高公路施工精细化管理。三、加强BIM人才的培养力度，BIM作为高精尖的管理技术，使用上需要专业技术人员，对专业人才的培养也是推动BIM在施工管理应用中的关键之径。

七、结论

BIM技术作为一种新的信息管理技术，在公路工程施工管理中能够充分得到应用发挥其价值，依靠其时效性，共享性，可视化，可以大大提高我们对工程的管理效率，其在进度管理、成本控制、质量和安全管理方面都能大大提升管理效率，不仅仅只是在设计中发挥起作用，更加关键的是其对信息而且BIM加强工程参与方之间的交流，对保证工程的社会价值有极大的帮助，我们应该加强推动BIM在公路工程施工中的应用，消除应用的障碍与阻力。