一、项目概况
益阳市马迹塘至安化高速公路（以下统称为马安高速）是“3+5”城市群“五纵七横”高速公路网之第三横——平益高速的西段，连接益马与官安高速公路。其中马安高速二标起止桩号K9+260～K20+040，里程长度10.781km，主要工程包括4座大桥（萤火冲大桥、王家坪善溪大桥、赤溪高架桥、杨家村大桥）、1座隧道（赤溪隧道）、羊角塘互通及羊角塘连接线、冷市停车区等。本项目全线采用四车道高速公路标准建设，设计时速采用100km/h，路基宽度24.5m，桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级，羊角塘连接线采用二级公路标准建设，桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅱ级，设计时速采用40km/h，路基宽度8.5m。本工程具有五大施工特点：
1.路线走廊带较为狭窄，工程作业量大；
2.地形地质较复杂，施工难度大；
3.临时便道受限，材料运输难；
4.砂石缺乏，地材成本高；
5.气候复杂多变，综合影响大。
图1 马安高速效果图
二、项目模型展示
结合公路工程点多线长特点，本次应用采用分段BIM施工模型，包括道路模型、隧道模型、桥隧模型和涵洞模型等。不同的模型用于支持各工程段的线路布局展示以及施工管理和过程模拟，实现各工程段精细化施工管理。
1.道路模型
道路建模前通过使用软件提供的地形过滤器提取设计地形文件中的等高线及高程点，形成三角网进而生成数字化三维地形。基于地形文件创建道路中心线并根据纵坡、竖曲线表确定纵断面位置，通过导入道路横截面模板形成三维道路模型。
道路模型中重难点主要在于三维互通模型的创建。羊角塘互通A匝道在平交口至收费站采用8.5米路基宽，收费站至与BC匝道相接处采用15.5m路基宽，互通B、C、D、E匝道均采用8.5m宽单车道匝道，匝道设计速度30-40km/h，内环半径为50m。图2所示为羊角塘互通模型。
图2 羊角塘互通模型
2.隧道模型
赤溪隧道位于安化县野鸭塘村，所处地貌属于低山丘陵地貌，隧道沿线地形起伏较大，山顶最大高程为310.00m，隧道最大埋深约117.49m。赤溪隧道为左、右线分离式隧道，其中左洞桩号为ZK13+592~ZK14+548，长为956m，其中Ⅲ级围岩170m，Ⅳ级围岩560m，Ⅴ级围岩216m；右洞桩号为K13+595～K14+555，长为960m，其中Ⅲ级围岩170m，Ⅳ级围岩545m，Ⅴ级围岩225m。隧道设计采用分离式复合式衬砌；隧道洞口设计为削竹式洞门。图3所示为赤溪隧道三维模型。
图3 赤溪隧道模型
3.桥梁模型
萤火冲大桥位于安化县羊角塘镇云灵村，中心桩号K10+006，与路线右交角270°，桥位区属低山丘陵地貌，桥位跨越一条冲沟，冲沟宽度约100~120m，冲沟地势较为平坦，桥位两端山坡地势起伏较大，小里程桥台自然坡度约25~30°，大里程桥台自然坡度约20~25°。本桥采用跨径9X30m预应力混凝土连续T梁，桥长276.08m，下部构造为柱式墩，柱式台桩基础。桥梁模型通过基础软件MicroStation创建，然后通过用坐标定位使桥梁与路基接顺。图4所示为萤火冲大桥三维模型。
图4 萤火冲大桥模型
4.涵洞模型
本合同段主线共设涵洞21道，涵洞结构类型和孔径的选择主要依据汇水面积、水力性能、水文计算、地质情况、涵顶填土高度、沿线筑路材料分布及施工难易程度等因素。从结构安全、保证农田灌溉和泄洪需要，尽量减小冲刷的角度出发，涵洞均采用无压力式水流图式，全部采用暗涵。涵洞类型有钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土盖板涵和钢筋混凝土拱涵等。图5所示为涵洞三维模型。
图5 涵洞三维模型
三、BIM应用探索
1.场地布置（ABD）
采用AECOsimBuildingDesigner来进行建模，将项目部及三集中场地（梁预制场、拌合站、钢筋加工厂）合理规划布置，提高生产效率。各种标志标牌采用三维图片演示，更加形象直观。
2.施工进度模拟
施工进度模拟是在3D几何空间模型添加时间维度，虚拟推演实际施工的过程，是将BIM模型与施工组织进度计划相关联，以进度驱动模型的虚拟仿真。用信息化集成模型和工序时间数据源，在虚拟仿真环境中实现模型的虚拟建造，同时进行实时的过程交互，虚拟推演施工方案，动态检查方案可行性及存在的问题，优化调整施工装备、工艺等。施工进度模拟可以实现施工进度、资源、成本及场地信息化、集成化和可视化管理，从而提高施工效率、缩短工期。在5D施工管理软件或Navigator中，直接导入Project做好的进度计划，软件自动将进度计划与模型关联，然后就可以用动画的方式直观的进行施工进度的模拟。
图6 施工进度模拟
3.施工工艺演示
高速公路工序多，施工工艺繁琐，项目运用Powercivil集成模型和工序时间数据源，在虚拟仿真环境中实现模型的虚拟施工，对施工过程虚拟推演，找出施工过程突出点，提前制定相应的解决方案，不断优化调整施工顺序和关键时间节点，制定最佳施工方案。把施工工艺以动画的形式展示出来，可以找出不合理的部位，便于方案的修改完善，并组织施工员及班组现场交底，提高了交底效率，保障了施工质量。
图7 涵洞施工动画截图
4.中期计量
将0号台账导入5D施工管理软件，软件自动将台账与模型关联起来，可以给模型每个部位添加工程量、施工日期、质检资料照片、实物完成照片等信息，计量时只需将完工部位进行标记即可导出当期工程量，且可以直观的看出某部位的资料是否完善，混凝土龄期是否达标等，方便根据业主允许的计量条件更改计量报表。
图8 中期计量管理
5.劳务分包结算
在模型部位的附加信息中添加劳务分包商名称，该部件结算价等等，以劳务分包商名称为筛选对象，即可方便地对劳务分包结算进行管理。
6.合同管理
在5D施工管理软件中的合同管理平台，将合同按供应商、施工队等对象的不同进行分类管理，并添加附属信息（对象名称、签订日期等）及附件（合同电子文档、合同签字盖章版照片），在ProjectWise网络平台上，根据人员的权限，方便项目及公司级领导对合同进行查看。
7.材料机械计划
将施工进度计划与工程部位的附属信息（混凝土、钢筋、模板等材料信息）结合，生成材料用量计划，根据工程量合理进行资源调配，为机械进场及材料采购计划提供数据支撑。
8.工程量统计
BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，把施工管理人员从机械性算量工作中解放出来，让现场管理人员有更多的时间和精力提高管理水平和控制工程质量。路隧工程量可通过软件中组件工程量命令导出，桥梁工程量也可以中导出，钢筋工程量可以在配筋软件中导出，得到的工程量可用于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较，以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算，可以实现材料的优化配置。同时可大幅提升项目本身的成本分析和控制能力。可为商务结算和财务核算提供数据支撑，为项目利润争取赢得空间。