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摘要:阐述了BIM技术及其优点，结合BIM技术研究了基于服务框架总线和路线计算服务引擎的公路BIM服务总线协作平台构建方法，并就BIM技术在公路施工项目管理中工程成本、进度、质量、安全及协同工作方面的实际应用进行了分析和探讨。最后介绍了BIM技术在某高速公路项目管理中的应用实例。
关键词:BIM;公路;项目管理;协作平台;路线计算
0引言
随着我国公路建设的不断发展，人们越来越重视公路工程项目施工过程管理，加强对公路施工项目的管理力度，不仅可以保证公路工程的质量，同时也可以降低工程项目成本和提高工作效率。目前社会已经进入大数据时代，人们对体验感、服务感的要求越来越高，图形化、数字化等技术也被逐步应用到了建筑工程中。BIM(BuildingInformationModeling)即建筑信息模型［1］，它融合了图形化、数字化等技术，具有可视化、协调性、模拟性、可出图性等特点。BIM的核心是通过建立虚拟的三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。它不仅包括工程实体空间几何信息、拓扑关系和逻辑关系的描述，还包括全部的工程信息描述，如结构形式、建材种类、目标功能等设计信息，项目施工管理中的施工工艺、进度计划以及劳动力、机械台班、材料分配、资源限制等施工信息等［1］。BIM的数据库是动态变化的，在应用过程中不断更新、丰富和充实。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程项目的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利用方提供了一个工程信息交换和共享的平台。因此，结合BIM技术可以实现对公路工程项目的标准化、信息化、可视化、精细化管理。张建平等［2］用BIM技术实现了对邢汾高速公路工程建设精细化的施工进度管理、施工资源、成本管理、质量安全管理等。向聃［3］、杨宝明［4］、王磊［5］、匡思羽［6］等研究了BIM技术在工程造价和工程管理中的应用。BIM技术在公路项目管理中应用是一个趋势，但其传统的建模方法工作量大、几何模型动态更新难、资金投入大、BIM建模和后续应用之间的集成度相对较低，公路几何模型的不规则性等制约了BIM技术在公路领域中的应用。本文研究基于服务框架总线和路线计算服务引擎的公路BIM服务总线协作平台的构建方法，解决建模难、几何模型动态更新的问题，并结合公路工程项目管理中的成本管理、计划进度、质量管理、安全管理等业务领域知识，实现信息松散集成达到信息共享，提高BIM技术的应用率，实现对项目的标准化、信息化、可视化、精细化协同管理。
1公路BIM服务总线协作平台的构建
1.1服务框架总线
为了降低业务系统之间的耦合度，提高系统的集成度，延长系统的生命周期，同时考虑到系统的扩展性，构建服务框架总线(SFB)。服务框架总线是一个具有标准接口、实现了互连、通信、服务路由的基础框架。它提供消息驱动、事件驱动和文本导向的处理模式，支持基于内容的服务路由。将各应用服务连接到服务框架总线上，通过服务框架总线统一调度，协同工作，为系统的真正松耦合提供保障。简化系统的复杂性，提高系统的灵活性，降低信息共享的成本。
1.2路线计算服务引擎
路线业务计算服务引擎根据路线(含匝道)平、纵、横及地形数据建立道路三维模型进行搭建。实现对路线平、纵、横数据的管理，提供任意中桩坐标计算，任意点反算对应的里程桩号，线路外任意一点的坐标计算，任意断面填挖高度、填挖面积计算，任意两桩号之间土石方工程量计算，横断面地面线的分期管理、分期面积、分期土石方工程量计算服务，并为BIM模型更新提供计算服务。
1.3BIM服务总线协作平台构建
在公路施工中，工程项目是人们重点关注和服务的对象，参建单位的一切活动围绕其开展。根据项目情况及单位、分部、分项工程、构件划分原则将其按WBS方式分解成易于管理的工程对象。利用BIM的可视性特点，根据地形、公路设计数据，结合路线计算服务引擎建立路基、路面、桥梁、隧道、涵洞、挡土墙、防护、排水等工程的BIM模型，并将工程量清单、定额数据分解附加到BIM模型构件上形成BIM属性数据库。同时，考虑到BIM模型、进度、成本、质量、安全、档案各业务服务的信息共享与集成，通过服务框架总线来统一调度各业务服务协同工作实现对项目的管理，形成BIM服务总线协作平台。
2基于BIM协作平台的项目管理
2.1基于BIM的成本管理
2.1.1工程量计算
在项目施工前，往往需要对工程量进行核算，传统做法是施工单位要花费大量的时间手工来完成核算，专业性强、工作量大、出错概率大、效率低，周期长。BIM模型是空间三维几何体，本身具有体积的特性，可以自动完成工程量的计算，速度快、准确率高，降低了工作强度，提高了工作效率。在施工过程中，每期的工程计量都需要进行工程量的计算，计量人员要花费大量的时间进行计算、汇总。比如:路基土石方工程量计算，在测量人员提供测量数据后，计量人员要对每一个断面的面积、每段完成的路基进行计算，纯手工完成，工作量大。根据施工当前数据，通过BIM服务总线协作平台对BIM模型更新，形成BIM阶段模型，这样每期的工程量数据可以自动完成计算、汇总及绘制图形，并形成工程量计算书，在BIM平台中可视化展示，提供预警机制，防止超计量，降低了计量人员的劳动强度，提高了工作效率，如图3所示。结构物同样可以采用BIM模型进行工程量的计算。在施工后期，进行工程与业主的工程结算，同样可以利用BIM模型来完成。
2.1.2工程变更管理
工程变更在工程中时常发生，对变更工程量计算需要花费较长的时间去完成，如实时更新BIM模型，同样可以利用BIM模型自动完成工程量计算，并形成工程变更台账。同时，可以将工程变更信息附加到BIM模型构件上，利用BIM模型的空间位置，在变更位置上设置图形标识，形成工程变更专题图。
2.1.3人、材、机管理
人、材、机的管理，传统是通过手工计算和汇总，工作量大、耗时长。在BIM建模时已经完成了基础数据的配置，在施工过程中，根据计划进度利用BIM平台自动汇总统计人、材、机的消耗，实现对成本的有效控制。
2.2基于BIM的进度管理
工程计划一般包含总体计划、年度计划、月度计划，采用传统的表格、横道图模式表现。工程进度根据施工台账来汇总统计得到，工作量大、准确度低。利用BIM协作平台，日常工作只需简单勾选计划完成的部位即可，可以快速统计、汇总出每月、每年的工程计划数据，并且可以用不同的颜色在BIM模型上表达出计划部位。实时更新进度数据，同样可以按颜色或实际进度与计划进行对比分析。工程一般有一次性完成和分阶段完成的情况，形象进度的表现方式利用BIM的可视性，采用设计为BIM线框模型，完成按BIM模型实体填充方式，形成实际完成与设计的比对，形象直观展示工程进度。
2.3基于BIM的质量管理
工程质量体现在工程施工现场记录、试验、现场检测、工序报验、质量评定数据中，数据最终形成资料，把工程建设过程中产生的文件、图纸、照片、影像资料通过分类进行电子文档管理，归纳组织并附加到BIM模型上，作为工程竣工验收的资料，做到质量管理可追溯性，通过BIM模型可进行资料查询和浏览。依据工程质量管理制度，规范工程质量巡检人员在日常施工中对质量控制的检查和巡查，利用手机APP现场登记，现场资料进行上传并关联到BIM模型。当每一个细小环节出现质量问题时，对整改的过程和结果进行跟踪检查，提出反馈意见和评定。同时利用BIM空间位置特性，可在BIM平台中进行标识，形成质量管理专题图。
2.4基于BIM的安全管理
安全巡检类同质量巡查，同样也可以利用BIM空间位置特性，在BIM平台中进行标识，形成安全管理专题图。安全视频监控传统是单独成为一套系统，相对独立。在BIM平台中可以将摄像头模拟出来BIM模型统一管理，实现集成，在BIM平台中可以直接选择摄像头，打开视频监控，了解施工现场安全情况。
2.5基于BIM的协同工作
BIM技术的应用需要各个部门的协同工作，工程部以WBS工序建模，编制进度计划;经营部将价格关联后输出预算文件;物资部材料计划，记录实际工程量消耗;质检部跟踪工程进度，实时上传现场照片;安全部建立安全措施模型，展开文明工地布置［3］;合约部统计工程量，完成与业主的计量支付;档案室跟踪管理竣工档案的形成。各个部门各尽其责，分工明确，又共同协作实现对项目的协同管理。
3应用案例
3.1工程概况
广东省某高速公路起自东莞深圳交界的东宝河口，终于南山区的月亮湾大道，全长30.45km(桥梁约占99.7%)，主要包括:东宝河特大桥、田园特大桥、保税区特大桥、机场特大桥、前海特大桥、收费站、边检站特大桥等。总投资额约112亿元，采用全封闭、全立交的双向八车道高速公路标准设计，设计速度100km/h，沿线设置了外环、福永、机场、西乡、南坪和月亮湾6座互通立交。
3.2形象进度展示
在工程前期，根据设计院提供的地形数据和施工图纸对桥梁和路基部分进行了BIM模型的建立。在施工过程中，根据工程进度情况各施工单位实时录入进度数据，通过BIM平台形象直观地展示工程进度情况(如图4、图5所示)。本项目实施过程中，工程进度数据录入量较大，没有把测量数据有效地挖掘利用，在物联网迅速发展的今天，可以实现测量仪器与服务器之间的通讯，将测量数据存储到服务器，实现与BIM模型的信息共享。
3.3工程质量管理
本项目使用试验数据处理系统、质量检验评定管理系统、档案管理系统实现了对试验、现场记录、质量检测、质量评定的电子化管理。质检资料全部由各施工单位试验、施工人员、资料员通过系统生成，并与BIM模型进行了关联管理，通过BIM平台可以查询构件的质检资料、施工照片等，实现了对工程质量的协同管理，如图6所示。本项目在施工过程中录入的数据量较大，随着物联网技术、云计算、移动化设备在生活和工作中的应用不断深入，在施工现场可以将施工现场记录、检测记录、试验数据等通过手机APP和试验仪器与服务器实时通讯，解决前端数据采集问题，从而实现记录、报告的自动生成与管理，节约时间、节约成本。
4结束语
本文研究了基于服务框架总线和路线计算引擎的公路BIM服务框架总线协作平台的构建方法，BIM模型可动态更新，各业务服务协同工作，解决了信息共享和集成问题。结合公路施工中项目管理的业务管理内容，分析了BIM技术在公路项目管理中各业务范围的应用，并通过工程实例进行了验证。随着互联网、物联网技术不断发展的大数据时代，BIM+物联网应用于公路施工管理中，为项目管理解决了数据采集自动化和数据共享问题，可降低管理成本，提高工作效率，实现对项目的标准化、信息化、精细化管理。
参考文献:
［1］甘露．BIM技术在施工项目进度管理中的应用研究［D］．大连:大连理工大学，2014．
［2］张建平，余芳强，赵文忠，等．BIM技术在邢汾高速公路工程建设中的研究和应用［J］．施工技术，2014，43(18):92－96．
［3］向聃．BIM技术在道路桥梁施工管理中的应用研究［J］．湖南交通科技，2017(9):165－170．
［4］杨宝明．基于BIM的造价全过程管理解决方案［J］．工程造价与管理，2014(5):15－19．
［5］王磊．5D－BIM技术在工程管理中的应用［D］．邯郸:河北工程大学，2017．
［6］匡思羽．基于5D－BIM技术的施工造价管理［J］．建筑经济与管理，2019(1):176－179．
作者:黄利芒 肖泽林 单位:长沙市公路桥梁建设有限责任公司
