BIM技術(shù)在地鐵工程施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究

王春明　魏想明

[摘 要]城市地鐵是國家重要基礎(chǔ)設(shè)施、民生工程，除作為現(xiàn)代化城市主要公共交通工具外，還兼顧人防等功能，其百年工程質(zhì)量直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，施工質(zhì)量管理無疑是整個建設(shè)工程項(xiàng)目管理成敗的關(guān)鍵。文章對上海地鐵13號線東明路站工程項(xiàng)目的特點(diǎn)及可能存在的質(zhì)量管理問題進(jìn)行分析，提出在BIM技術(shù)模型基礎(chǔ)上結(jié)合第三方信息管理平臺TOS系統(tǒng)的方式對工程施工質(zhì)量進(jìn)行管理，以期創(chuàng)新質(zhì)量管理手段、提高項(xiàng)目質(zhì)量管控水平和效率。

[關(guān)鍵詞]BIM；地鐵工程；質(zhì)量管理；TOS

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.12.132

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是利用數(shù)字化技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立虛擬建筑工程信息模型，并為該模型提供全面的動態(tài)的建筑工程信息庫。[1]BIM技術(shù)應(yīng)用的核心價(jià)值不僅在于建立虛擬模型和三維視圖，更在于整合建設(shè)工程項(xiàng)目全周期內(nèi)各個參與方生產(chǎn)活動數(shù)據(jù)和信息，形成信息豐富的BIM模型提供各方查詢和調(diào)用，給參與工程項(xiàng)目的各方帶來極高的信息化應(yīng)用價(jià)值。隨著國家行業(yè)主管部門對BIM技術(shù)的倡導(dǎo)和推廣，BIM技術(shù)近年來在國內(nèi)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為行業(yè)潮流。目前已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)制造、建筑安裝、軌道交通等多個領(lǐng)域。從理論上講，用BIM技術(shù)結(jié)合移動終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可讓工程項(xiàng)目參與方更高效地進(jìn)行項(xiàng)目管理，進(jìn)一步提高項(xiàng)目質(zhì)量管控水平和效率，但目前還少有這方面的研究和應(yīng)用。[2]本文以上海地鐵13號線東明路站工程項(xiàng)目為研究對象，將BIM模型與第三方信息管理平臺TOS系統(tǒng)結(jié)合，利用該管理平臺對項(xiàng)目進(jìn)行施工質(zhì)量等方面的管理，實(shí)現(xiàn)管理信息共享，優(yōu)化工程質(zhì)量控制流程，從而提高工程項(xiàng)目的管理效率和水平。

1 工程概況

上海地鐵13號線東明路站工程位于上海浦東新區(qū)，是13號線二期工程8個車站中的第二個車站，位于成山路與東明路交叉口東側(cè)，沿成山路東西向布置，與已建成運(yùn)營的地鐵6號線東明路站呈“T”型換乘，車站基坑橫跨6號線運(yùn)營車站。

2 工程特點(diǎn)分析

與一般建筑工程相比，地鐵項(xiàng)目施工具有規(guī)模大、風(fēng)險(xiǎn)高、專業(yè)復(fù)雜、涉及面廣、與工程周邊環(huán)境相互影響大等特點(diǎn)。本工程是城市繁華主干道下軟弱地層近接運(yùn)營地鐵線路等復(fù)雜環(huán)境地鐵車站施工的典型案例，施工風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)難度在同類車站中少有，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)施工質(zhì)量是保證整個工程建設(shè)安全的關(guān)鍵和前提。

2.1 工程重難點(diǎn)

2.1.1 車站施工對運(yùn)營6號線車站保護(hù)

已運(yùn)營的6號線車站為地下兩層雙柱三跨（局部單層）島式車站，車站全長167m，寬20.8m～26.2m，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，預(yù)留與13號線換乘段位于地下三層，站臺中心處覆土厚度0.75m，底板埋深13.04m～14.92m。車站全部位于軟弱地層中，深度方向在13號線東明路站基坑中部。本工程新建車站基坑需緊貼上述6號線車站兩側(cè)開挖，在暗浜、淤泥質(zhì)黏土等不良地質(zhì)中開挖超深基坑，如何控制基坑變形和對運(yùn)營車站影響既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。

2.1.2 合流污水管等重要管線保護(hù)

東明路站深基坑施工影響區(qū)域內(nèi)除常規(guī)市政管線外，給水、燃?xì)獾葔毫芫€密集，尤其是建于20世紀(jì)80年代的合流污水管對車站施工影響較大，其截面尺寸2.4m×1.8m，管底標(biāo)高-3.10m～0.22m，管內(nèi)污水水位較高，且受降雨影響大，距離車站西側(cè)地下連續(xù)墻最近1.2m，距離車站東側(cè)地下連續(xù)墻最近1.4m。車站深基坑施工除對上述影響區(qū)域內(nèi)的密集管線和合流污水管保護(hù)是重難點(diǎn)，同時還要防止合流污水管破壞滲漏造成污水倒灌基坑影響基坑施工安全。

2.1.3 淤泥質(zhì)黏土超深基坑施工

本工程車站主體全長197.3m，基坑寬22.8m～26.77m，開挖深度20.3m～22.4m，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000mm厚地下連續(xù)墻（局部800mm），開挖地層主要為軟塑狀粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土，并存在大量暗浜等不良地質(zhì)。車站共設(shè)3個出入口、1個消防出入口及3組風(fēng)亭，開挖深度11.55m～13.1m。主體和附屬結(jié)構(gòu)均屬于深基坑或超深基坑，均緊貼運(yùn)營6號線車站開挖，施工技術(shù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)極高。

2.2 工程質(zhì)量管理問題分析

由于地鐵施工各工序的隱蔽性均較強(qiáng)，質(zhì)量問題不易檢測和及時發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，通常存在安全隱患大、修復(fù)難度大、成本高等問題。加之上述分析的工程施工重難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，一旦施工過程中車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐系統(tǒng)等關(guān)鍵部位施工質(zhì)量控制不到位，極易在深基坑開挖過程中發(fā)生水土流失、基坑變形影響運(yùn)營6號線及周圍管線，甚至基坑坍塌等重大風(fēng)險(xiǎn)。因此風(fēng)險(xiǎn)越高的工程項(xiàng)目在施工過程中有效加強(qiáng)過程質(zhì)量管控顯得更為重要，急需從優(yōu)化質(zhì)量管控流程、提高施工信息傳送和處理及時性等方面著手，改變傳統(tǒng)項(xiàng)目質(zhì)量管理流程多、資料煩瑣、處理信息閉塞等問題。

2.2.1 管理信息傳遞交互時效性差

本工程項(xiàng)目施工階段現(xiàn)場質(zhì)量管理直接參與方主要有建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位等，在此前各參與方按照各自的管理模式和習(xí)慣對項(xiàng)目進(jìn)行管控，各單位之間業(yè)務(wù)往來以人傳遞為主，管理痕跡均體現(xiàn)在各類紙質(zhì)報(bào)告、函件、表格等，極易導(dǎo)致有價(jià)值信息衰減和嚴(yán)重滯后等情況，無法形成實(shí)時信息共享機(jī)制、信息交互滯后，嚴(yán)重阻礙項(xiàng)目管理效率和效果，且極易出現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量問題遺漏、處理不當(dāng)或不及時等情況。

2.2.2 管理信息繁雜共享追溯性差

地鐵工程建設(shè)周期長、環(huán)境邊界條件復(fù)雜，在施工的過程中必須根據(jù)邊界條件變化靈活調(diào)整設(shè)計(jì)施工方案，由此產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息更替和疊加；按照慣例，相關(guān)信息都是由管理人員記錄和發(fā)布，大多采用紙質(zhì)文檔傳遞和保存，資料繁雜不方便保存?zhèn)鬟f和查閱；同時由于參與方多，大量的數(shù)據(jù)信息來源離散，對待同一質(zhì)量問題的描述時間、方式、角度和深度可能不同，信息量極大。如果不進(jìn)行有序的信息管控，造成數(shù)據(jù)流失，工序隱蔽或項(xiàng)目完工運(yùn)營后一旦出現(xiàn)質(zhì)量缺陷很難查明原因，無法及時進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)救和追究質(zhì)量責(zé)任。因此建立一個有效的信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息格式化、規(guī)范化、實(shí)時共享、打破信息孤島，是工程項(xiàng)目質(zhì)量管理亟須解決的主要問題。

2.2.3 管控行為人為依賴性大

工程施工過程質(zhì)量管控是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，不同部位需要不同的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對核查，傳統(tǒng)管理方式對設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范查閱量大，對質(zhì)檢技術(shù)人員的要求較高，一方面要求其對項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求及總體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有所了解；另一方面是要對各個施工工序和結(jié)構(gòu)部件質(zhì)量控制點(diǎn)非常了解，需要具備一定的施工經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)水平，否則不僅效率低下，還可能出現(xiàn)不能發(fā)現(xiàn)或遺漏重大質(zhì)量問題等情況。

3 利用BIM技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量管理

3.1 管理平臺構(gòu)建

基于上述分析，考慮利用BIM技術(shù)對工程項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量管理，則可以很大程度避免上述問題。首先運(yùn)用Revit等軟件和二維CAD設(shè)計(jì)圖紙對項(xiàng)目產(chǎn)品進(jìn)行建模，建立的BIM模型中包含了工程項(xiàng)目質(zhì)量管理所需的必要信息，例如構(gòu)件的規(guī)格尺寸、材質(zhì)坐標(biāo)位置、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、注意事項(xiàng)等，在施工過程質(zhì)量管控驗(yàn)收時不僅可以隨時查詢對照數(shù)據(jù)，還可以將工程實(shí)物與模型同部位進(jìn)行形象對比，施工質(zhì)量情況一目了然。

運(yùn)用BIM技術(shù)對工程項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量管理，其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息是質(zhì)量優(yōu)劣的具體體現(xiàn)，同時也是進(jìn)行質(zhì)量控制的依據(jù)。由于地鐵項(xiàng)目建設(shè)周期長、設(shè)計(jì)變更頻繁等特點(diǎn)，在現(xiàn)場質(zhì)量管理過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)管理方式下各參與方管理人員想要隨時查詢了解這些數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行對比分析是較難實(shí)現(xiàn)的。因此加強(qiáng)質(zhì)量管理數(shù)據(jù)信息傳遞，提升質(zhì)量管理的效率和管理痕跡的完整性是首要解決的問題。

在BIM技術(shù)的支持下，建立BIM模型完善相關(guān)信息后導(dǎo)入第三方管理平臺進(jìn)行質(zhì)量管理，項(xiàng)目管理人員通過電腦或移動終端即可對工程質(zhì)量管理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和錄入，通過網(wǎng)絡(luò)將信息實(shí)時上傳到管理平臺中，可與之前上傳到管理平臺中的BIM模型進(jìn)行對比識別，動態(tài)提出質(zhì)量問題和處理要求。各方管理人員均可通過不同職責(zé)權(quán)限的賬號和密碼登錄該平臺，隨時接收和查詢其他管理人員上傳的質(zhì)量信息，系統(tǒng)按照責(zé)任分工提醒責(zé)任人對質(zhì)量問題進(jìn)行響應(yīng)和處理，并接受監(jiān)督人員的監(jiān)督，直到質(zhì)量問題得到妥善處理和消除。這樣既保證了工程質(zhì)量信息傳遞的時效性、質(zhì)量問題處理及時性、責(zé)任分工明確，避免了人為篡改數(shù)據(jù)或?qū)|(zhì)量問題處理不及時或不作為等問題，同時在一定程度上確保了工程質(zhì)量信息的真實(shí)性、客觀性和完整性。圖2為運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工質(zhì)量管理的基本流程。

3.2 質(zhì)量管理平臺的應(yīng)用

在上海地鐵13號線啟動開始，業(yè)主方發(fā)起了結(jié)合BIM技術(shù)的第三方信息平臺TOS系統(tǒng)，對項(xiàng)目安全、質(zhì)量、進(jìn)度、文明施工等進(jìn)行管理，目前該管理模式正在試運(yùn)行階段。下面以該地鐵線中的東明路站工程項(xiàng)目為例，闡述該模式下各參與方在質(zhì)量管理方面的應(yīng)用過程。圖3為東明路站的BIM模型。

3.2.1 施工單位

施工單位是工程項(xiàng)目建設(shè)的直接實(shí)施者，除按照合同約定提供合格的工程產(chǎn)品外，還要提供施工過程中記錄的質(zhì)量管控過程、技術(shù)方案、材料設(shè)備、人員信息等，并按要求將必要信息傳遞給監(jiān)理單位和建設(shè)單位，通知監(jiān)理單位對工程各工序和分部分項(xiàng)工程進(jìn)行驗(yàn)收和審查，上一道工序驗(yàn)收合格后才能進(jìn)入下一道工序。

利用BIM模型結(jié)合TOS系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量管理，施工單位完成某一工序即根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求自檢，自檢合格后，管理人員登錄TOS系統(tǒng)，在系統(tǒng)中選擇BIM模型對應(yīng)的需要驗(yàn)收的施工部位，然后按照格式填寫相關(guān)的驗(yàn)收內(nèi)容并上傳施工情況、施工照片、檢測數(shù)據(jù)、驗(yàn)收評價(jià)等資料信息，最后提交保存并發(fā)送，即向監(jiān)理單位發(fā)起報(bào)驗(yàn)申請。系統(tǒng)隨即提示監(jiān)理單位根據(jù)施工單位發(fā)起的報(bào)驗(yàn)申請，在截止時間之前遠(yuǎn)程或前往施工現(xiàn)場進(jìn)行檢查驗(yàn)收。圖4是施工單位利用TOS系統(tǒng)進(jìn)行工序自檢管理流程。圖5為施工單位在TOS系統(tǒng)中向監(jiān)理單位發(fā)起的關(guān)鍵工序驗(yàn)收截圖。

3.2.2 監(jiān)理單位

監(jiān)理單位作為建設(shè)單位委托的工程項(xiàng)目現(xiàn)場管理代表，負(fù)責(zé)對工程項(xiàng)目現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行全面管控和監(jiān)督核查，主要利用專業(yè)技術(shù)知識對照設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)檢查施工操作過程和成品（半成品）質(zhì)量，并對檢查驗(yàn)收情況進(jìn)行記錄，并將檢查和驗(yàn)收意見和指令反饋給施工單位。

監(jiān)理單位在TOS系統(tǒng)接到系統(tǒng)提示的施工單位的驗(yàn)收申請后，可遠(yuǎn)程或到現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收。監(jiān)理人員可通過移動終端登錄系統(tǒng)，按照提示打開該項(xiàng)目的BIM模型和報(bào)驗(yàn)申請數(shù)據(jù)信息、施工照片等進(jìn)行查看，并與模型中對應(yīng)部位的設(shè)計(jì)參數(shù)信息進(jìn)行對比核查。若在檢查驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)某個工序構(gòu)件或者分項(xiàng)工程存在質(zhì)量問題，即通過移動終端對質(zhì)量問題進(jìn)行描述和標(biāo)記，并在現(xiàn)場采集照片或者拍攝視頻上傳系統(tǒng)，對施工單位提出整改指令和要求，系統(tǒng)隨即自動提醒施工單位相關(guān)責(zé)任人按照要求進(jìn)行整改和回復(fù)，經(jīng)監(jiān)理單位確認(rèn)整改合格后再同意進(jìn)入下一道工序。

3.2.3 建設(shè)單位

建設(shè)單位是項(xiàng)目的發(fā)起者和投資者，負(fù)責(zé)建設(shè)工程項(xiàng)目全周期質(zhì)量管理的指揮和協(xié)調(diào)，并按照合同約定要求工程項(xiàng)目各參與方兌現(xiàn)落實(shí)質(zhì)量管理責(zé)任。

建設(shè)單位管理人員在“BIM模型+TOS系統(tǒng)”的管理模式中，利用電腦或移動終端等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不受時間和地點(diǎn)的限制，即可通過相對較高權(quán)限的賬號和密碼登錄到TOS系統(tǒng)查看每個工序施工過程中，施工單位和監(jiān)理單位質(zhì)量管理行為所上傳的數(shù)據(jù)信息，或者完成相應(yīng)管理任務(wù)。如果對其中任何一方的處理結(jié)果存在不同意見，可以直接在系統(tǒng)中選擇存在意見的整改信息，并提出整改要求和安排整改、驗(yàn)收責(zé)任人，系統(tǒng)將按照要求提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過系統(tǒng)再反饋給建設(shè)單位，確認(rèn)合格后進(jìn)入下一道工序。圖7為建設(shè)單位管理人員在TOS系統(tǒng)中查看到的項(xiàng)目質(zhì)量管理信息部分匯總截圖。

4 結(jié) 論

本文以上海地鐵13號線東明路站項(xiàng)目為案例，簡述了利用BIM建模技術(shù)和第三方管理平臺TOS系統(tǒng)相結(jié)合對項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量管理的模式，該管理模式尚在試運(yùn)行階段，下一步計(jì)劃將該管理模式逐步延伸應(yīng)用到項(xiàng)目安全、質(zhì)量、進(jìn)度、文明施工等多個方面，就目前試運(yùn)行情況看，仍然可以得出以下結(jié)論。

（1）通過BIM技術(shù)和TOS系統(tǒng)，利用電腦或移動客戶端將現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量問題精確定位記錄在建筑物的BIM模型上，可直觀查閱問題出現(xiàn)的位置和結(jié)構(gòu)，并配合現(xiàn)場拍攝照片、視頻和錄音等上傳至系統(tǒng)中，加快了質(zhì)量信息的采集、傳遞、溝通和處理效率，使問題處理更加精確高效。

（2）TOS系統(tǒng)對工程項(xiàng)目質(zhì)量管理等生產(chǎn)活動進(jìn)行全過程格式化、精細(xì)化和規(guī)范化的記錄，形成共享數(shù)據(jù)信息庫，項(xiàng)目參與方管理人員查詢信息不受時間和空間限制，有效解決了傳統(tǒng)質(zhì)量管理模式信息繁雜、交互共享性差等問題；同時數(shù)據(jù)信息規(guī)范化、格式化后可追溯性和邏輯性大大提高，為工程項(xiàng)目復(fù)查驗(yàn)收和后期維護(hù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有效打破了信息孤島現(xiàn)象。

（3）由于系統(tǒng)的精細(xì)化分工，管理責(zé)任到人，并具備任務(wù)實(shí)時提醒功能，對項(xiàng)目參與方管理人員履行管理責(zé)任具有促進(jìn)和幫助作用，有效地提高了項(xiàng)目質(zhì)量管理的參與度和效率。同時系統(tǒng)中的BIM模型中附著的大量設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息，項(xiàng)目參與方管理人員可隨時精準(zhǔn)查閱調(diào)用，無論在施工還是驗(yàn)收過程中均可以隨時調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行參照對比或檢查驗(yàn)收，一定程度上避免了反復(fù)查閱設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提高管理效率的同時相對弱化了質(zhì)量管理對管理人員施工經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)技術(shù)水平的過度依賴，大大降低了因個人原因無法發(fā)現(xiàn)或遺漏重大質(zhì)量問題的可能性。

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[作者簡介] 王春明（1985—），男，四川成都人，工程師、碩士研究生。研究方向：項(xiàng)目管理。