基于BIM的地鐵施工過(guò)程集成管理

周少東， 饒 陽(yáng)， 周 迎， 徐海清

基于BIM的地鐵施工過(guò)程集成管理

周少東1， 饒 陽(yáng)2， 周 迎2， 徐海清1

（1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430030；2.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

地鐵施工過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等多維度信息，傳統(tǒng)管理模式下難以實(shí)現(xiàn)多維度信息的準(zhǔn)確高效傳遞與集成管理。本文針對(duì)地鐵施工過(guò)程在傳統(tǒng)管理控制模式下遇到的挑戰(zhàn)，提出了一種基于BIM的地鐵施工過(guò)程集成管理解決思路。首先，在地鐵3D-BIM模型的基礎(chǔ)上，討論如何將進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等工程維度與3D模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)生成集成控制模型；然后，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出地鐵施工過(guò)程集成管理系統(tǒng)；最后，以武漢地鐵2號(hào)線中南路站項(xiàng)目為案例，詳細(xì)介紹了施工過(guò)程中集成管理系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程和各功能模塊的應(yīng)用，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)施效果反映出集成管理的效果，進(jìn)而充分體現(xiàn)了基于BIM的地鐵施工過(guò)程集成管理的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

地鐵； 施工管理； BIM； 集成管理

根據(jù)美國(guó)國(guó)家 BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS，National Building Information Modeling Standard）對(duì)BIM的定義［1］：BIM是關(guān)于設(shè)施的共享知識(shí)資源，為設(shè)施全生命周期的決策制定提供可靠的信息支持，從最早期的概念階段到最終的拆除階段。BIM模型可以集成建筑工程項(xiàng)目的多個(gè)維度信息，形成一個(gè)中央信息庫(kù)，以協(xié)助項(xiàng)目各參與方在建設(shè)施工過(guò)程中協(xié)同工作，不僅方便各參與方獲取所需信息，實(shí)現(xiàn)信息的共享，而且保證了信息高效率、高保真率的傳遞流通。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出：推進(jìn)BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用，加快推廣4D項(xiàng)目管理技術(shù)在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用?？梢?jiàn)，BIM作為一種新興數(shù)據(jù)化技術(shù)，已逐步受到建筑行業(yè)各方的認(rèn)可，發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用［2］。

因此，在地鐵施工過(guò)程中構(gòu)建基于BIM的集成管理系統(tǒng)，不僅可以對(duì)地鐵施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行有效的集成管理控制，而且也可以更好地讓建筑企業(yè)將BIM技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程中，發(fā)揮BIM技術(shù)的價(jià)值。

1 研究背景

1.1 研究現(xiàn)狀

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）是一個(gè)智能化的建筑物3D模型，它能夠連接建筑生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用，幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提升決策的效率與正確性［3］。目前研究表明BIM可以支持建設(shè)項(xiàng)目全生命期的信息管理，形成一個(gè)面向建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的工程信息集成管理平臺(tái)，建立基于工程信息交換標(biāo)準(zhǔn)的信息模型，對(duì)項(xiàng)目各階段相關(guān)的工程信息進(jìn)行有機(jī)的集成、共享和管理，支持項(xiàng)目各參與方工作流程定義，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命期工程信息的集成管理［4］。清華大學(xué)課題組承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“面向建設(shè)項(xiàng)目生命期的工程信息管理與工程性能預(yù)測(cè)”就是研究基于IFC（Industry Foundation Classes）和 EDM（Engineering Data Management）的4D信息模型，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工程信息集成平臺(tái)以支持建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)交換與共享，以實(shí)現(xiàn)工程信息的集成化管理［5］。張建平等人［6］則通過(guò)解決在BIM環(huán)境下的三維建模、施工信息建立與擴(kuò)充、BIM模型的錄入導(dǎo)出等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)針對(duì)建筑施工的BIM建模系統(tǒng)，建立3D幾何模型參數(shù)化，施工信息組建、鏈接、查看、編輯和擴(kuò)充，BIM模型錄入和導(dǎo)出等功能。由此可以看出，現(xiàn)有研究對(duì)于在建設(shè)行業(yè)應(yīng)用BIM進(jìn)行集成管理方面已經(jīng)取得較多成果，但是在如何實(shí)現(xiàn)3D BIM模型與施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等多目標(biāo)集成管理控制的無(wú)縫融合，尤其是在地鐵施工領(lǐng)域構(gòu)建基于BIM的施工集成管理系統(tǒng)，還少有研究。

1.2 研究目的

地鐵作為新興城市軌道交通系統(tǒng)，不僅有運(yùn)量大、速度快的優(yōu)點(diǎn)，還可以充分利用空間，進(jìn)而有效避免城市地面擁擠，因而成為了中國(guó)各大城市建設(shè)便捷的公共交通系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。據(jù)中國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部最新報(bào)告顯示，到2015年將有超過(guò)30個(gè)城市的2495 km地鐵線路投入運(yùn)營(yíng)或正在施工，總投資超過(guò)11560億元人民［7］。然而，由于地鐵施工過(guò)程具有復(fù)雜性、隱蔽性等突出特點(diǎn)，再加上又面臨著不可準(zhǔn)確預(yù)知的地質(zhì)和外部情況，也需要保障臨近建筑、行人的安全和交通暢通等，使得地鐵施工過(guò)程存在突出的隱患與風(fēng)險(xiǎn)［8，9］。2003年10月8號(hào)北京地鐵五號(hào)線崇文門(mén)車(chē)站工程發(fā)生臨時(shí)鋼管架體倒塌事故，造成3人死亡，1人受傷。2008年11月15日杭州地鐵湘湖站基坑施工中湘湖站北2基坑發(fā)生坍塌，造成21人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失4962萬(wàn)余元的重大事故［10］。2010年6月5日北京地鐵順義站深基坑鋼支撐發(fā)生掉落，造成2人死亡，8人受傷。因此可見(jiàn)，加強(qiáng)對(duì)地鐵施工過(guò)程中各方面的有效控制以規(guī)避事故的發(fā)生顯得尤為重要。

但是，在現(xiàn)有的施工管理模式下，信息在傳遞過(guò)程中存在嚴(yán)重的流失現(xiàn)象，從而導(dǎo)致地鐵施工過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等信息的準(zhǔn)確高效傳遞，也就無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等方面的控制指標(biāo)，這無(wú)疑是地鐵施工事故頻發(fā)的一個(gè)重要因素。綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)地鐵施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全方面的集成管理控制目標(biāo)，急需建立一個(gè)地鐵施工過(guò)程集成管理系統(tǒng)。

2 基于BIM的集成控制模型構(gòu)建

BIM能夠幫助最終用戶在整個(gè)生命周期中隨時(shí)檢索三維實(shí)體模型的任何相關(guān)信息。在地鐵施工過(guò)程中將以3D模型作為基礎(chǔ)，在此之上集成進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全方面的管理信息從而形成一個(gè)集成控制模型，那么這個(gè)集成控制模型就是一個(gè)存儲(chǔ)了所有建筑設(shè)計(jì)的幾何信息和所有活動(dòng)的技術(shù)信息的工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶以這個(gè)工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)作為管理支持平臺(tái)就可以在項(xiàng)目的各個(gè)階段中，隨時(shí)檢索到項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全管理所需的任何信息，從而信息傳遞的效率獲得了有效提高，信息流失現(xiàn)象也同樣得到了有效改善。

2.1 3D模型構(gòu)建

在建筑全生命周期過(guò)程中，3D模型可以被看作是一個(gè)不斷完善與擴(kuò)充的數(shù)據(jù)庫(kù)。地鐵施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等維度信息可以通過(guò)3D模型的擴(kuò)展接口與之進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系與結(jié)合，進(jìn)而形成集成控制模型。由此可見(jiàn)，集成控制模型的構(gòu)建基礎(chǔ)即是3D模型。

工程項(xiàng)目在BIM環(huán)境下的信息集成是將有關(guān)建筑工程的所有工程數(shù)據(jù)存放在一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，那么作為集成控制模型構(gòu)建基礎(chǔ)的3D模型，其中所包含的構(gòu)件信息就必須要滿足完備性、關(guān)聯(lián)性和一致性這三點(diǎn)特征（詳細(xì)描述如圖1所示）。

圖1 3D模型中構(gòu)件信息特征描述

3D模型構(gòu)件的表達(dá)是集成控制模型的基礎(chǔ)，而實(shí)體3D模型的組成基礎(chǔ)是圖元。圖元即一種基本單位，它是指由特定圖形單元與特征組合而成的。3D模型由模型圖元和注釋符號(hào)圖元兩部分組成：模型圖元代表建筑的實(shí)際三維幾何圖形，分為建筑圖元和臨時(shí)圖元兩類(lèi)，建筑圖元是指構(gòu)成BIM模型主要實(shí)體的圖元，臨時(shí)圖元?jiǎng)t是隨著工程的進(jìn)展而變化的模型中的其他實(shí)體；注釋符號(hào)圖元也分為兩類(lèi)：一是對(duì)模型圖元標(biāo)記、解釋的圖形元素，二是創(chuàng)建非實(shí)物環(huán)境的基準(zhǔn)圖元。表1詳細(xì)展示了3D模型圖元的組成。

表1 3D 模型圖元組成

2.2 集成控制模型構(gòu)建過(guò)程

3D模型集成了圖元的豐富信息，全面展現(xiàn)出施工過(guò)程中所有構(gòu)件的幾何、材料等屬性信息，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體建筑與數(shù)字建筑的一體化。在構(gòu)建出3D模型后，需要將地鐵施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全維度的相關(guān)信息遵循一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整后通過(guò)已構(gòu)建的3D模型的擴(kuò)展接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而生成集成控制模型。

（1）進(jìn)度維度

進(jìn)度管理包括多個(gè)進(jìn)度單元的施工進(jìn)度目標(biāo)，因此，要將施工過(guò)程的進(jìn)度信息與3D模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，首先必須要根據(jù)進(jìn)度目標(biāo)，由粗到細(xì)，由上到下構(gòu)建工程項(xiàng)目分解結(jié)構(gòu)（WBS），并制定出多個(gè)互相聯(lián)系的進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)而形成一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃系統(tǒng)，并據(jù)此確定施工進(jìn)度單元；然后，將施工進(jìn)度單元中涉及的構(gòu)件與3D模型中相對(duì)應(yīng)的圖元進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)度信息與3D模型的關(guān)聯(lián)。

（2）成本維度

在實(shí)現(xiàn)成本信息與3D模型關(guān)聯(lián)時(shí)，首先要形成CBS數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)就是在對(duì)3D模型中各構(gòu)件進(jìn)行項(xiàng)目特征定義時(shí)形成的，是各構(gòu)件對(duì)應(yīng)的類(lèi)型、規(guī)格、品種以及做法設(shè)計(jì)等屬性信息的集成，然后將3D模型按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的算量、定額、清單等規(guī)范分解到單元構(gòu)件項(xiàng)目，必須保證這些單元構(gòu)件項(xiàng)目是最小單元構(gòu)件項(xiàng)目，分解基準(zhǔn)是能迅速計(jì)算出相應(yīng)工程量，并且同時(shí)能通過(guò)套用對(duì)應(yīng)單價(jià)有效計(jì)價(jià)。最后，將這些單元構(gòu)件項(xiàng)目與CBS成本信息相關(guān)聯(lián)，也就將工程成本項(xiàng)逐層分解為成本單元，實(shí)現(xiàn)了成本信息與3D模型的關(guān)聯(lián)。

（3）質(zhì)量維度

建筑工程施工項(xiàng)目質(zhì)量控制內(nèi)容包括：?jiǎn)挝还こ藤|(zhì)量、分部工程質(zhì)量、分項(xiàng)工程質(zhì)量、檢驗(yàn)批質(zhì)量、工序質(zhì)量。想要確保整體質(zhì)量管理控制目標(biāo)，就需要從最基本的工序質(zhì)量控制入手以實(shí)現(xiàn)基本單元的質(zhì)量控制。首先，將工序質(zhì)量控制中操作者、機(jī)械設(shè)備、材料、工藝方法、測(cè)量和環(huán)境六大因素的質(zhì)量控制要求參數(shù)化，然后在3D模型中“建筑圖元”的屬性信息中對(duì)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)工序質(zhì)量信息與3D模型的無(wú)縫結(jié)合（具體實(shí)現(xiàn)路徑如圖2所示）。

圖2 質(zhì)量維度關(guān)聯(lián)3D模型實(shí)現(xiàn)路徑

（4）安全維度

在事故致因理論的基礎(chǔ)上，地鐵施工中安全事故都是由于人的不安全行為、機(jī)（物）和環(huán)境的不安全狀態(tài)以及人-機(jī)（物）-環(huán)境的不協(xié)調(diào)所引發(fā)的。因此，針對(duì)物/環(huán)境的不安全狀態(tài)以及人-物-環(huán)境不協(xié)調(diào)這兩方面作為集成管理中安全管理的切入點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)安全、施工空間沖突以及資源管控作為安全管理重點(diǎn)，劃分出對(duì)應(yīng)的安全單元，形成RBS數(shù)據(jù)庫(kù)，再將各安全單元的安全信息關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的模型圖元中去，從而實(shí)現(xiàn)安全信息與3D模型的關(guān)聯(lián)。

在進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全信息進(jìn)行相應(yīng)分解、分類(lèi)或調(diào)整處理后，就實(shí)現(xiàn)了地鐵施工過(guò)程中各方面維度信息與3D模型的無(wú)縫結(jié)合，從而可以構(gòu)建出集成控制模型。具體的集成過(guò)程如圖3所示。

圖3 集成控制模型集成過(guò)程

3 基于BIM的集成管理系統(tǒng)構(gòu)建

在形成由3D模型擴(kuò)充完善的集成控制模型后，就可以借助集成控制模型進(jìn)一步構(gòu)建出BIM環(huán)境下的進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全的集成管理系統(tǒng)（集成管理系統(tǒng)框架如圖4所示），從而借此開(kāi)展進(jìn)度、成本、質(zhì)量與安全多方面的集成管理，實(shí)現(xiàn)集成管理控制的目標(biāo)。

圖4 集成管理系統(tǒng)框架

（1）進(jìn)度方面

根據(jù)“WBS+3D模型+時(shí)間軸”的進(jìn)度控制模型總結(jié)出基于BIM的項(xiàng)目進(jìn)度管理業(yè)務(wù)流程（圖5）?？傔M(jìn)度計(jì)劃的編制是進(jìn)度管理業(yè)務(wù)流程的開(kāi)端，在施工項(xiàng)目開(kāi)始前，進(jìn)度計(jì)劃編制人員和部門(mén)經(jīng)理首先研究BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料，從實(shí)質(zhì)上了解掌握各單位的工作情況后，編制出高層級(jí)的活動(dòng)計(jì)劃，然后再與分包商經(jīng)理編制單位工程（或單項(xiàng)工程）進(jìn)度計(jì)劃。每個(gè)施工班組組長(zhǎng)再根據(jù)上一級(jí)的進(jìn)度計(jì)劃擬定各自的周計(jì)劃，并需要經(jīng)過(guò)大家的認(rèn)同，表示能夠接受計(jì)劃中屬于他們部分的工作，進(jìn)而形成進(jìn)度計(jì)劃系統(tǒng)。之后，就可以通過(guò)虛擬施工過(guò)程檢查各個(gè)級(jí)別的進(jìn)度計(jì)劃，如工作持續(xù)時(shí)間安排是否合理，工序之間的邏輯關(guān)系是否正確等，從而對(duì)各個(gè)級(jí)別的進(jìn)度計(jì)劃都可以進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到實(shí)際施工過(guò)程中對(duì)進(jìn)度進(jìn)行管理和控制的作用。

圖5 進(jìn)度管理業(yè)務(wù)流程

（2）成本方面

在建模時(shí)對(duì)工程各個(gè)構(gòu)件的項(xiàng)目特征以頒布的清單規(guī)范為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行細(xì)致的定義描述并編輯在各工程構(gòu)件屬性里，形成將各構(gòu)件對(duì)應(yīng)的類(lèi)型、規(guī)格、品種以及做法設(shè)計(jì)等屬性信息集成起來(lái)的CBS數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)在施工預(yù)算階段按月或關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)調(diào)整模型中的實(shí)際成本信息，實(shí)現(xiàn)面向過(guò)程的工程計(jì)價(jià)，提供施工預(yù)算的精確程度。

利用建立的“3D模型+時(shí)間軸+CBS”的成本控制模型，總結(jié)出成本管理業(yè)務(wù)流程（圖6），不僅施工圖預(yù)算階段可以有效快速地導(dǎo)出各種成本信息，統(tǒng)計(jì)出各階段的成本，幫助成本管理者進(jìn)行有效的成本分析，而且施工預(yù)算階段可以根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃預(yù)測(cè)出后一階段的成本。

圖6 成本管理業(yè)務(wù)流程

（3）質(zhì)量方面

前文提到本系統(tǒng)是從工序質(zhì)量控制入手以實(shí)現(xiàn)基本單元的質(zhì)量控制，因此，為了實(shí)現(xiàn)工序質(zhì)量與BIM模型的無(wú)縫結(jié)合，需構(gòu)建出質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程（圖7）。質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程基于BIM環(huán)境下“產(chǎn)品”質(zhì)量控制的參數(shù)化設(shè)置（如對(duì)于混凝土工程檢驗(yàn)工序質(zhì)量控制的“產(chǎn)品”——混凝土，在實(shí)際施工中，不僅要滿足工程混凝土本身的各項(xiàng)質(zhì)量要求，還要清晰地掌握該“產(chǎn)品”的廠家、成份，及它在不同施工階段所需要的不同配料比、澆筑操作、養(yǎng)護(hù)等信息），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量控制中組織和過(guò)程的管理模式的劃分。對(duì)“組織”層各方面的質(zhì)量控制進(jìn)行權(quán)限設(shè)置與業(yè)務(wù)功能要求，使得各方各有重點(diǎn)，有機(jī)統(tǒng)一地集成進(jìn)行質(zhì)量控制，也就保證了“過(guò)程”質(zhì)量控制能夠落實(shí)到人，從而在“產(chǎn)品”質(zhì)量控制上擁有清晰的責(zé)任人、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求和過(guò)程控制。

（4）安全方面

地鐵車(chē)站施工中，安全問(wèn)題是隨著施工過(guò)程在時(shí)間和空間上不斷發(fā)生演化的，安全控制模型是基于三維實(shí)體和施工過(guò)程時(shí)間軸描述演化的規(guī)律，然后在此基礎(chǔ)上，通過(guò)集成其它安全維度信息，構(gòu)建出的多維安全信息模型，最后將疊加的結(jié)果利用可視化技術(shù)與手段傳遞給現(xiàn)場(chǎng)人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)部位及區(qū)域的實(shí)時(shí)預(yù)警及控制。

圖7 質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程

構(gòu)建的集成管理系統(tǒng)中將結(jié)構(gòu)安全、施工空間沖突以及資源管控作為安全管理重點(diǎn)，安全管理業(yè)務(wù)流程如圖8所示。為了通過(guò)基于BIM的集成控制模型來(lái)主動(dòng)管理類(lèi)如機(jī)械、材料這些資源，那么在模型中，除了包含機(jī)械、材料等構(gòu)件的三維幾何信息，如空間位置、形狀等相關(guān)信息，還需要包括相應(yīng)的工程屬性信息，如構(gòu)件的類(lèi)型、材料組成、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、工程性能、工程安全性能、材料耐久性能等多類(lèi)信息；還有施工工藝、保修期限、保修人等施工信息等；特別重要的，施工過(guò)程中重要結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控情況、相關(guān)活動(dòng)的實(shí)施空間和移動(dòng)軌跡詳情也要鏈接整合到3D模型中，以確保模型安全信息的完整程度，也就便于確保機(jī)械設(shè)備、材料等物的安全狀態(tài)，避免不安全狀態(tài)的出現(xiàn)。

圖8 安全管理業(yè)務(wù)流程

4 案例分析

4.1 工程概況

武漢地鐵2號(hào)線中南路站是武漢地鐵2號(hào)線與武漢地鐵4號(hào)線的換乘車(chē)站，位于武漢市武昌區(qū)主干道中南路下。整個(gè)車(chē)站建筑物由車(chē)站主體、出入口、通道及風(fēng)亭四部分組成，分為地下兩層：地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層。車(chē)站總長(zhǎng)298.4 m，車(chē)站總建筑面積為3080 m2。本車(chē)站屬于大體積混凝土工程，需要嚴(yán)格控制大體積混凝土溫度與裂縫。

地鐵2號(hào)線中南路站工程直接關(guān)系到武漢軌道交通兩條線路的順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，該工程在施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全的主要目標(biāo)有：進(jìn)度方面需要保證項(xiàng)目能夠統(tǒng)籌規(guī)劃，合理安排，優(yōu)化方案以確保工期；成本方面需要嚴(yán)格把控成本控制指標(biāo)；質(zhì)量方面需要確保工程達(dá)到武漢市地鐵樣板工地目標(biāo)；安全生產(chǎn)方面需要確保在項(xiàng)目施工中無(wú)重大安全事故。

4.2 地鐵施工過(guò)程集成管理系統(tǒng)應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目在工程施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全方面的目標(biāo)，本文以武漢地鐵中南路車(chē)站施工為案例，將項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等維度信息與3D模型鏈接構(gòu)建出了集成控制模型，開(kāi)發(fā)出基于BIM的地鐵施工集成管理系統(tǒng)，然后將其全面應(yīng)用到工程項(xiàng)目施工過(guò)程中進(jìn)行集成管理：

（1）進(jìn)度管理

在中南路站項(xiàng)目施工開(kāi)始前，地鐵施工集成管理系統(tǒng)中3D模型中圖元已經(jīng)與進(jìn)度計(jì)劃系統(tǒng)中最早開(kāi)始時(shí)間、最晚結(jié)束時(shí)間等進(jìn)度信息相鏈接，因此三維模型就能結(jié)合時(shí)間軸以動(dòng)態(tài)的形式顯示工程項(xiàng)目的施工過(guò)程，形成了虛擬施工動(dòng)畫(huà)。施工單位可以清晰看到整個(gè)施工項(xiàng)目的“成長(zhǎng)”過(guò)程，通過(guò)不同施工方案的這種可視化展示來(lái)進(jìn)行比選、優(yōu)化施工方案，利于決策。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)工程師通過(guò)電腦或者手持終端設(shè)備以文字、照片等多種方式跟蹤記錄各進(jìn)度單元的實(shí)際進(jìn)度情況、提前或者延誤的原因以及下一步的應(yīng)對(duì)措施等進(jìn)度信息，并存儲(chǔ)于系統(tǒng)中。集成管理系統(tǒng)利用進(jìn)度信息表格、橫道圖或網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖建立進(jìn)度跟蹤視圖（圖9），通過(guò)運(yùn)行中南路站項(xiàng)目虛擬施工動(dòng)畫(huà)，施工管理人員可以直觀地看到中南路站施工項(xiàng)目的進(jìn)展情況，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的進(jìn)度問(wèn)題和困難時(shí)，施工班組組長(zhǎng)及時(shí)向上一級(jí)項(xiàng)目管理人員匯報(bào)，協(xié)商解決問(wèn)題或重新擬定工作計(jì)劃。

圖9 進(jìn)度跟蹤視圖界面

（2）成本管理

工程項(xiàng)目施工前，集成管理系統(tǒng)會(huì)快速地對(duì)項(xiàng)目的成本進(jìn)行分類(lèi)匯總、統(tǒng)計(jì)等工作，生成準(zhǔn)確的工程量清單，以便于后續(xù)的成本控制；同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)模型將計(jì)劃成本信息與進(jìn)度信息關(guān)聯(lián)，業(yè)主方可以獲得地鐵施工期間計(jì)劃成本分析清單，從而合理規(guī)劃資金流，如圖10所示。

圖10 成本管理應(yīng)用界面

在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，及時(shí)錄入實(shí)際工程量、實(shí)際成本以及變更等成本信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)一方面將實(shí)際消耗成本與計(jì)劃成本進(jìn)行對(duì)比，不斷掌握其中的差距，從而達(dá)到成本的全過(guò)程實(shí)時(shí)控制，另一方面系統(tǒng)根據(jù)支付等相關(guān)信息進(jìn)行成本項(xiàng)目分類(lèi)和匯總從而對(duì)超支、逾期未付等多項(xiàng)成本指標(biāo)進(jìn)行控制。

（3）質(zhì)量管理

在中南路站項(xiàng)目施工過(guò)程中，根據(jù)施工各分部分項(xiàng)工程的完成情況和質(zhì)量檢驗(yàn)情況，實(shí)時(shí)在系統(tǒng)模型中更新數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中點(diǎn)擊建筑圖元，就可以獲得該建筑圖元對(duì)應(yīng)質(zhì)量檢驗(yàn)批的質(zhì)量檢查詳情（圖11），便于各分部分項(xiàng)工程施工質(zhì)量情況的查找，同時(shí)也留檔為后期的竣工檔案資料歸檔提供幫助。同時(shí)在系統(tǒng)中通過(guò)模型圖元的實(shí)時(shí)不同顏色來(lái)反映中南路站施工項(xiàng)目的質(zhì)量檢驗(yàn)情況，便于參與方實(shí)時(shí)、直觀、準(zhǔn)確地掌控項(xiàng)目施工質(zhì)量的宏觀情況。

圖11 質(zhì)量檢查情況查詢(xún)界面

模型中的圖元會(huì)出現(xiàn)“灰色”、“黃色”、“紅色”“綠色”“橙色”五種狀態(tài)：“灰色”代表未施工或還未進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)；“黃色”代表質(zhì)量檢驗(yàn)正在被執(zhí)行；“紅色”代表質(zhì)量檢驗(yàn)不合格；用“綠色”代表質(zhì)量檢驗(yàn)合格；用“橙色”代表質(zhì)量還需再檢一次。

（4）安全管理

在項(xiàng)目施工開(kāi)始前，通過(guò)集成控制模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)4D施工模擬，施工方一方面獲得對(duì)結(jié)構(gòu)安全性能可視化的表現(xiàn)，用以評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全性能并確定危險(xiǎn)區(qū)域的級(jí)別，從而為施工活動(dòng)區(qū)域限制提供指導(dǎo)；另一方面對(duì)施工空間沖突進(jìn)行檢查（如圖12a所示），規(guī)避可能發(fā)生的沖突，并用以尋找施工機(jī)械的最優(yōu)行經(jīng)路徑和施工人員安全活動(dòng)范圍，從而大大降低因人-物-環(huán)境不協(xié)調(diào)造成的安全事故和人員傷害發(fā)生的可能性。

在施工過(guò)程開(kāi)始前，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便于施工過(guò)程進(jìn)行中對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在施工進(jìn)行的過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析該點(diǎn)的安全等級(jí)，結(jié)合實(shí)體三維幾何模型的模型圖元實(shí)時(shí)顯現(xiàn)的紅橙黃綠四種不同顏色，通過(guò)可視化手段實(shí)時(shí)定位報(bào)警危險(xiǎn)單元，以及其影響區(qū)域（圖12b所示）。與此同時(shí)，在施工過(guò)程中，模型會(huì)隨著施工進(jìn)度，實(shí)時(shí)提醒機(jī)械、設(shè)備等資源的狀態(tài)，何時(shí)由誰(shuí)如何進(jìn)行保修、下一次保修是在何時(shí)等信息（如圖12c列表所示），對(duì)于機(jī)械、設(shè)備或者材料的使用期限、已使用時(shí)間，施工方都可以通過(guò)模型快速方便地查找，確保這些資源處于安全狀態(tài)，不會(huì)存在安全隱患。

5 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前在地鐵施工領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)基于BIM的施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全多目標(biāo)集成管理控制，研究上還較少見(jiàn)，但在建筑業(yè)信息化快速發(fā)展和普及的大趨勢(shì)下，必將有廣闊的發(fā)展前景。本文以武漢地鐵2號(hào)線中南路站工程為實(shí)際案例，基于BIM理論與技術(shù)體系，將地鐵施工過(guò)程中進(jìn)度、成本、質(zhì)量與安全四大維度與3D模型融合形成集成控制模型，進(jìn)而構(gòu)建出集成管理系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了施工過(guò)程中集成管理系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程和各功能模塊，通過(guò)系統(tǒng)在中南路站工程施工過(guò)程中在進(jìn)度、成本、質(zhì)量與安全集成管理工作上的實(shí)施效果反映出集成管理的效果?？梢钥闯?，在項(xiàng)目中，通過(guò)運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)可以帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)廣闊的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。下一步將會(huì)進(jìn)一步完善集成管理系統(tǒng)，以推動(dòng)基于BIM的集成管理系統(tǒng)在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，從而創(chuàng)造出更高的價(jià)值回報(bào)。

圖12 系統(tǒng)安全管理應(yīng)用示例

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BIM-based Integrated M anagement for Metro Construction Process

ZHOU Shao-dong1，RAO Yang2，ZHOU Ying2，XU Hai-qing1
（1.Wuhan Metro Company，Wuhan 430030，China；2.School of Civil Engineering and Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Metro construction process is a complicated process，involvingmulti-dimensional information likeschedule、cost、quality and safety.In the traditional management mode，multi-dimensional information is hard to achieve accurately and efficiently to transfer and integratmanage.Aiming at the challenge of Metro construction in traditionalmanagementmethods，this paper proposes a solution of BIM-based integrated management for Metro construction process.First of all，based on 3D BIM model ofmetro，we discuss how to integrate different information about schedule、cost、quality or safety in the same 3D model；and then how to develop the integrated management system based on the integrated model；Finally，taking ZhongNan Station in Wuhan Metro Line 2 as an example，this paper introduces details of hardware configuration and function modules of the integrated system，shows the usage and implementation effect of this system，which deeply reflects wide application value and development prospect of BIM-based integrated management formetro construction process.

metro；construction management；BIM；integrated management

TU17

A

2095-0985（2016）04-0001-07

2016-01-26

2016-02-23

周少東（1962-），男，湖北武漢人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈罔F施工管理（Email：zhousd@whrt.gov.cn）

國(guó)家自然科學(xué)基金（71471072）