BIM技術(shù)在地鐵車(chē)站土建施工中的管理研究

王順新 張木建 劉天正 徐 陽(yáng)

1.中鐵二局集團(tuán)有限公司 北京 101100

2.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司 北京 101100

正文：

1.BIM 技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 BIM 技術(shù)現(xiàn)狀

目前，BIM 技術(shù)因?yàn)槠鋵?shí)際內(nèi)涵和價(jià)值，在國(guó)內(nèi)外建筑行業(yè)和學(xué)術(shù)界受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，正逐步成為建筑行業(yè)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)建筑施工仍是瑣碎的碎片化模式，每個(gè)項(xiàng)目的工作的標(biāo)準(zhǔn)也大不相同。而B(niǎo)IM 需要的是一個(gè)集成整合好的可行的工作流程，因此尚未能達(dá)成 BIM 在實(shí)際工程中應(yīng)用的成熟環(huán)境，真正能夠?qū)?BIM 用于現(xiàn)場(chǎng)的管理還需要時(shí)間來(lái)慢慢催化。[1]

就 BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)單位和施工單位的運(yùn)用情況來(lái)看，設(shè)計(jì)單位通常只是創(chuàng)建基本的模型，眾多細(xì)部構(gòu)造還是以詳圖的形式標(biāo)注，施工單位是在設(shè)計(jì)圖紙獲設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化，將各建筑、結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行施工流水段劃分，并將所有細(xì)部構(gòu)造創(chuàng)建完成。施工單位在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)模型與施工圖紙有部分偏差，還需要根據(jù)施工藍(lán)圖中的細(xì)部構(gòu)造圖進(jìn)行深化，更有甚者，設(shè)計(jì)模型不滿(mǎn)足施工深化需求，還需重新創(chuàng)建適用于施工的模型。

BIM 技術(shù)的發(fā)展尚處于初步階段，就施工單位而言，純粹的利用現(xiàn)有的 BIM 技術(shù)和 BIM 相關(guān)軟件并不能完全滿(mǎn)足施工管理需求，如果需要利用不同 BIM 相關(guān)軟件的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足管理需求，就需要各軟件之間的信息轉(zhuǎn)換，但目前各 BIM 軟件都有自己的核心技術(shù)和數(shù)據(jù)格式，信息之間的傳遞并不能直接進(jìn)行，可能需要多次的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，而在轉(zhuǎn)換過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)模型或信息的丟失，導(dǎo)致BIM 應(yīng)用往往在過(guò)程中夭折。另外，大多施工單位已經(jīng)形成了完整的施工生產(chǎn)體系，雖然對(duì)新技術(shù)比較向往，但往往會(huì)發(fā)生新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)不匹配的現(xiàn)象，導(dǎo)致 BIM 技術(shù)不但沒(méi)有解決問(wèn)題反而增加了成本，因此，目前大部分施工單位尚在嘗試階段。

1.2 BIM 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從 2014 年開(kāi)始，在住建部的大力推動(dòng)下，各省市政策相繼出臺(tái) BIM 推廣應(yīng)用文件，到目前我國(guó)已初步形成 BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和政策體系，為 BIM 的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2019 年 1 月 25 日，中國(guó)就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心（人力資源和社會(huì)保障部職業(yè)技能鑒定中心）發(fā)布《關(guān)于擬發(fā)布新職業(yè)的公示通告》中，初步確定包括建筑信息模型技術(shù)人員在內(nèi)的 15 個(gè)擬發(fā)布新職業(yè)，對(duì)建筑信息模型技術(shù)人員定義是：利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行工程實(shí)踐過(guò)程中的模擬建造，以改進(jìn)其全過(guò)程中工程工序的技術(shù)人員。以此可以看出國(guó)家對(duì) BIM 技術(shù)的推廣力度，同時(shí)也可已確定BIM 技術(shù)將出現(xiàn)井噴式的發(fā)展趨勢(shì)。

隨著國(guó)家和各省市政府相繼推出 BIM 相關(guān)政策，建筑生命周期各參加方都在積極應(yīng)用 BIM 技術(shù)，但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)軟件各有優(yōu)點(diǎn)且信息數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，應(yīng)用深度往往不深；要想 BIM 技術(shù)快速發(fā)展并應(yīng)用至全生命周期，需要由建設(shè)單位主導(dǎo)，各參建方的共同努力，才能發(fā)揮 BIM 技術(shù)的作用。

1.3 BIM 技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用

2018 年 5 月住建部發(fā)布《城市軌道交通工程 BIM 應(yīng)用指南》，主要內(nèi)容是城市軌道交通應(yīng)結(jié)合實(shí)際制定 BIM 發(fā)展規(guī)劃，建立全生命技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理體系，開(kāi)展示范應(yīng)用，逐步普及及推廣，推動(dòng)各參建方共享多維 BIM 信息、實(shí)施工程管理。

目前，BIM 技術(shù)在軌道交通施工中的主要應(yīng)用是在快速建模、精準(zhǔn)算量、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理以及成本管理方面。對(duì)于施工單位而言，工程量的計(jì)算、工程質(zhì)量控制、進(jìn)度控制以及成本管理是重重之重，通過(guò) BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工程量的快速準(zhǔn)確計(jì)算，作為工程結(jié)算的依據(jù)，從而加強(qiáng)成本的控制，同時(shí)利用 BIM技術(shù)進(jìn)行 4D 施工進(jìn)度模擬，對(duì)施工方案進(jìn)行可視化模擬，檢查施工方案的可實(shí)施性和計(jì)劃的合理性，提前暴露施工中可能出現(xiàn)的沖突，從而優(yōu)化方案。

2.BIM 技術(shù)對(duì)地鐵車(chē)站土建施工的意義

2.1 周邊環(huán)境及既有結(jié)構(gòu)

一般而言,深基坑的施工處在城市的核心地段,施工條件和周邊環(huán)境相對(duì)繁雜、混亂,如果施工時(shí)出現(xiàn)道路開(kāi)裂、管道破損泄露、地表下陷或建筑物傾斜等問(wèn)題,會(huì)對(duì)城市的發(fā)展和建設(shè)帶來(lái)無(wú)法挽回的損失。在地下空間建造及使用過(guò)程中，采取 的工程措施是否合理，是關(guān)系到地下空間建造及使用安全、周邊環(huán)境安全的關(guān)鍵。[2]

對(duì)深基坑周邊環(huán)境（地上建筑及地下管線）進(jìn)行 BIM 模型建模，可以在三維狀態(tài)下直觀的分析周?chē)h(huán)境對(duì)車(chē)站土建施工的影響和施工對(duì)周邊環(huán)境可能造成的影響， 通過(guò)碰撞檢查可以分析出周邊建（構(gòu)）筑物與車(chē)站結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系，尤其是地下管線，為管線遷改和建筑物保護(hù)方案提供依據(jù)。

2.2 地質(zhì)情況可視化

巖土工程區(qū)域性強(qiáng)，巖土工程中的深基坑工程，區(qū)域性更強(qiáng)。如黃土地基、砂土地基、軟粘土地基等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不同的地基中，基坑工程差異性很 大。即使是同一城市不同區(qū)域也有差異。正是由于巖土性質(zhì)千變?nèi)f化，地質(zhì)埋藏條件和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、不均勻性，往往造成勘察所得到的數(shù)據(jù)離散性很大，難以代表土層的總體情況，且精確度很低。[3]

根據(jù)《工程地質(zhì)勘查報(bào)告》，利用地質(zhì)建模軟件可快速創(chuàng)建生成地質(zhì)模型，可以直觀的在三維狀態(tài)下查看某一位置的具體地質(zhì)情況，為圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及土方開(kāi)挖提供依據(jù)。

2.3 施工場(chǎng)地臨建優(yōu)化

城市軌道交通一般規(guī)劃在城市的核心地段，周?chē)h(huán)境復(fù)雜，能提供的施工場(chǎng)地條件有限，尤其是明挖車(chē)站深基坑施工，如何利用有限的場(chǎng)地，創(chuàng)造有利的施工環(huán)境是關(guān)系到工程項(xiàng)目有效推進(jìn)的關(guān)鍵。

通過(guò) BIM 技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行布置，無(wú)需像 CAD 時(shí)代那樣在二維圖紙中規(guī)劃全部場(chǎng)地，只需要在二維圖紙中簡(jiǎn)單畫(huà)出紅線區(qū)域以及區(qū)分各區(qū)域的功能，在 BIM 核心建模軟件中，將各功能區(qū)的臨建設(shè)施創(chuàng)建成三維模型，用搭積木的方式搭建完成各區(qū)域的臨建布置；搭建過(guò)程簡(jiǎn)單高效，不需要使用像 AUTO CAD 中的快捷鍵，只需要鼠標(biāo)點(diǎn)擊放置族就可以完成臨建模型。臨建布置過(guò)程可完全在三維狀態(tài)下進(jìn)行，能直觀的分析各功能區(qū)是否滿(mǎn)足需求，并根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整。

通過(guò) BIM 技術(shù)在臨建場(chǎng)地布置規(guī)劃中的應(yīng)用，能夠直觀的反映臨建布置是否美觀、場(chǎng)地規(guī)劃是否合理、各功能區(qū)是否滿(mǎn)足使用需求等，讓每一寸土地發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值，為項(xiàng)目施工創(chuàng)造有利的條件，減少不必要的臨時(shí)設(shè)施改建、重建，節(jié)約項(xiàng)目成本。

2.4 優(yōu)化施工組織

施工組織設(shè)計(jì)是用來(lái)指導(dǎo)施工項(xiàng)目全過(guò)程各項(xiàng)活動(dòng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和組織的綜合性解決方案，是施工技術(shù)與施工項(xiàng)目管理有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。一般建筑工程的施工主要有建筑結(jié)構(gòu)、建筑水、暖、電等施工以及建筑工程的道路、地下、空中等多個(gè)階段或者工程內(nèi)容的施工。而且在建筑工程施工過(guò)程中根據(jù)不同的施工內(nèi)容具體的施工任務(wù)也不相同。進(jìn)行科學(xué)、合理的施工組織設(shè)計(jì)，不僅對(duì)于建筑工程施工建設(shè)有著積極的指導(dǎo)意義，而且對(duì)于施工管理以及工程施工的按時(shí)完工都有一定的積極作用，在建筑工程施工中更加具有必要性。[5]

通過(guò) BIM 將項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行建模分析，按進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行施工方案優(yōu)化；對(duì)重要的施工環(huán)節(jié)和施工工藝的關(guān)鍵部位進(jìn)行施工模擬分析，優(yōu)化施工方法，提高計(jì)劃的可行性；對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行模擬布置并按施工階段進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化施工過(guò)程中場(chǎng)地資源配置等。借助 BIM 對(duì)施工組織進(jìn)行模擬，管理者能直觀的了解整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)從進(jìn)場(chǎng)施工至竣工驗(yàn)收過(guò)程中各施工階段、施工工藝的計(jì)劃情況，清晰把握施工的重難點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)施工組織設(shè)計(jì)中不合理的部位，并利用 BIM 進(jìn)行優(yōu)化，提高施工組織合理性，進(jìn)而提高施工效率，保證施工質(zhì)量，確保施工過(guò)程安全。

3.BIM 技術(shù)在土建施工中的主要應(yīng)用

3.1 三維可視化

三維可視化是 BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)特征?？梢暬础八?jiàn)所得”，對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，可視化的作用是非常大的，例如 拿到的施工圖紙，往往只是用平、立、剖等方式將各構(gòu)件的信息和空間關(guān)系用線條進(jìn)行平面表達(dá)，但是其真正的構(gòu)造形式就需要工程技術(shù)人員利用空間想象力去理解。

BIM 的出現(xiàn)使得以往的線條式的構(gòu)件以一種三維立體實(shí)物圖形的方式展示在人們的面前，并且可以隨時(shí)以往平、立、剖的方式進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)也能夠?qū)?gòu)件之間互動(dòng)性和空間關(guān)系進(jìn)行可視話(huà)表達(dá)，以及將整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，所以可視化的結(jié)果不僅可以用來(lái)效果圖的展示，更重要的是項(xiàng)目建造過(guò)程中各參建方、各專(zhuān)業(yè)以及各工序之間的溝通、協(xié)調(diào)都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

3.2 工程量管理

對(duì)施工單位而言，工程算量的準(zhǔn)確性，工程量計(jì)算的準(zhǔn)確與否，直接影響工程造價(jià)的準(zhǔn)確性，以及工程建設(shè)的投資控制。在傳統(tǒng)的施工項(xiàng)目中，工程量的計(jì)算一般是根據(jù)施工圖紙和計(jì)算規(guī)則進(jìn)行手工計(jì)算，這種方式不僅需要消耗大量的人工，而且比較容易出現(xiàn)手工計(jì)算帶來(lái)的差錯(cuò)。

BIM 是一個(gè)富含工程信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，施工所需的任何信息均可添加到模型中， 可以真實(shí)地提供施工管理和造價(jià)需要的工程量信息，借助這些信息，計(jì)算機(jī)可以快速對(duì)各種構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，大大減少了繁瑣的人工操作和潛在錯(cuò)誤，非常容易實(shí)現(xiàn)工程量信息與設(shè)計(jì)方案的完全一致。通過(guò) BIM 獲得的準(zhǔn)確工程量可以作為結(jié)算工程量復(fù)核依據(jù)甚至直接作為結(jié)算依據(jù)。

3.3 4D 施工進(jìn)度管理

建筑施工是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的過(guò)程，隨著建筑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得施工項(xiàng)目管理變得極為復(fù)雜。然而，當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目管理卻相對(duì)落后，通常用橫道圖表示進(jìn)度計(jì)劃，用直方圖表示資源計(jì)劃，無(wú)法清晰描述施工進(jìn)度以及各種復(fù)雜關(guān)系，難以準(zhǔn)確表達(dá)工程施工的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，更不能動(dòng)態(tài)地優(yōu)化分配所需要的各種資源和施工場(chǎng)地。如何在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中合理制定施工計(jì)劃、精確掌握施工進(jìn)程，優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)地進(jìn)行場(chǎng)地布置，對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量，是建筑施工領(lǐng)域所亟待解決的問(wèn)題。[4]

通過(guò)將 BIM 與進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，在空間信息的基礎(chǔ)上添加時(shí)間信息，整合形成4D 模型，在模型中可以直觀的反映各部位的計(jì)劃安排、資源配置，并在施工過(guò)程中通過(guò)添加實(shí)際進(jìn)度，快速完成實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的對(duì)比分析，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況合理地調(diào)配資源及場(chǎng)地布置，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度、資源的統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期，降低成本。

另外 4D 施工模型將各施工工藝進(jìn)行細(xì)化模擬，預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工中的不合理之處，并作為依據(jù)指導(dǎo)施工方案的優(yōu)化，減少施工過(guò)程中的停工、返工現(xiàn)象，降低不必要的開(kāi)支，從而節(jié)約成本，提高效益。

3.4 碰撞檢查

一般建筑工程的施工主要有建筑結(jié)構(gòu)、建筑水、暖、電等施工以及建筑工程的道路、地下、空中等多個(gè)階段或者工程內(nèi)容的施工。傳統(tǒng)的施工通常是各專(zhuān)業(yè)按照各專(zhuān)業(yè)施工圖紙進(jìn)行的，當(dāng)后序?qū)I(yè)照?qǐng)D施工時(shí)通常會(huì)發(fā)現(xiàn)前序?qū)I(yè)已完成的項(xiàng)目與本專(zhuān)業(yè)待施工項(xiàng)目存在沖突，導(dǎo)致后續(xù)施工滯后，影響施工進(jìn)度。

通過(guò) BIM 技術(shù)創(chuàng)建各專(zhuān)業(yè)三維模型，利用碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的結(jié)構(gòu)碰撞點(diǎn)，并在 BIM 模型基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)修改，避免各專(zhuān)業(yè)施工過(guò)程中出現(xiàn)沖突。另外，還可以將各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行施工模擬，進(jìn)行 4D 模擬施工，并在 4D 模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行碰撞檢查，預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的施工工藝的碰撞，為管理者提供參照依據(jù)，進(jìn)行施工工序調(diào)整，避免施工沖突，加快施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量。

4.結(jié)束語(yǔ)

BIM 技術(shù)改變了地鐵車(chē)站傳統(tǒng)的施工生產(chǎn)模式，為項(xiàng)目管理提供三維可視化的施工模型，同時(shí)富含大量的信息，為項(xiàng)目的施工起到了指導(dǎo)作用。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM 技術(shù)將成為建筑業(yè)施工生產(chǎn)的標(biāo)配，將大大降低復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工難度、大幅度提升建筑業(yè)的施工效益。