基于BIM的城市軌道交通工程施工風(fēng)險控制

趙廣武 張博倩

(1.北京房地集團(tuán)有限公司，北京 100101； 2.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，北京 100070)

0 引言

隨著社會現(xiàn)代化的快速推進(jìn)，城市人口的急劇增加導(dǎo)致了交通擁擠、事故頻發(fā)等一系列問題，原有的交通運(yùn)輸系統(tǒng)已滿足不了日益增長的需求，快速、安全、效率高以及污染小的城市軌道交通的產(chǎn)生、發(fā)展成為必然的趨勢[1]。我國的城市軌道交通從理論到現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)都相對落后，不僅項(xiàng)目工程量大、施工技術(shù)及施工環(huán)境復(fù)雜，而且在施工過程容易受到施工周邊條件的制約。正是由于這些原因，軌道交通施工過程中的事故頻率相對較高，威脅人們的生命安全，給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

軌道交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展要求我們必須解決在施工過程中面對的各種問題，減少事故的發(fā)生。BIM作為一種技術(shù)，在全壽命周期內(nèi)，通過集成項(xiàng)目信息，實(shí)現(xiàn)各參與方之間以及相關(guān)應(yīng)用軟件之間的信息交流和共享，提高項(xiàng)目整體質(zhì)量。結(jié)合當(dāng)前BIM技術(shù)的研究現(xiàn)狀，文章提出基于BIM技術(shù)的城市軌道交通工程施工風(fēng)險控制的研究，以期為BIM技術(shù)解決城市軌道交通工程施工風(fēng)險管理中遇到的問題提供流程和方法參考。

1 城市軌道交通施工模式下BIM技術(shù)的應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)簡介

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，包含了跟建筑項(xiàng)目相關(guān)的立體幾何關(guān)系、空間相對位置關(guān)系、周邊環(huán)境地理信息、建筑各組成單元的性質(zhì)及參數(shù)。BIM為大家呈現(xiàn)的是整個建筑生命周期內(nèi)與項(xiàng)目相關(guān)的信息，能夠?yàn)轫?xiàng)目各參建方提供各種與建筑項(xiàng)目相關(guān)的信息[3]。

BIM技術(shù)能夠在建筑領(lǐng)域興起并很快的得到廣泛重視和迅猛的發(fā)展，主要是因?yàn)锽IM具有其特有的特點(diǎn)[4,5]：可視化程度高、沖突協(xié)調(diào)性、虛擬先行性、全局優(yōu)化性和可出圖性。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于軌道交通工程風(fēng)險控制的適用性

1)技術(shù)適用性。軌道交通工程項(xiàng)目的BIM模型包含了整個建設(shè)周期的全部信息，可以使風(fēng)險控制的過程更加準(zhǔn)確化、動態(tài)化、全面化。工程項(xiàng)目涉及眾多參建單位、建設(shè)周期長、工程資料繁多等，BIM將為項(xiàng)目風(fēng)險管理者提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。BIM技術(shù)將項(xiàng)目的各參與方集中起來，使大家在同一個平臺上合作，溝通交流更加便捷直觀。BIM技術(shù)具有建筑物的三維實(shí)體建模和項(xiàng)目進(jìn)度控制計劃相結(jié)合的計算功能，將進(jìn)度控制計劃相關(guān)時間節(jié)點(diǎn)加入到動態(tài)三維實(shí)體構(gòu)件上以實(shí)現(xiàn)4D模擬分析技術(shù)。BIM技術(shù)還具有信息時效性功能，相比于傳統(tǒng)的風(fēng)險管理方法，在模型內(nèi)基于整體建筑模型數(shù)據(jù)發(fā)生任何小小的改變，則所有與之關(guān)聯(lián)的各類全部信息也將自動隨之更新，這樣得到的是動態(tài)的風(fēng)險控制的結(jié)果，增加了信息的時效性，提升了項(xiàng)目風(fēng)險管理水平，確保了建設(shè)項(xiàng)目各大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2)經(jīng)濟(jì)適用性。我國對城市軌道交通行業(yè)的投資每年都呈上漲趨勢，并且不少已有地鐵的城市提出將在原有地鐵線路基礎(chǔ)上進(jìn)行改擴(kuò)建，經(jīng)濟(jì)投入更是驚人。然而在飛速發(fā)展和巨大投資的背后，每年軌道交通工程項(xiàng)目由于各種管理不善造成的不必要的經(jīng)濟(jì)損失在總投資金額中占有相當(dāng)大的比重，這樣的不必要的損失貫穿建設(shè)項(xiàng)目整個建設(shè)周期中。美國SERA Architects的一份基于20個項(xiàng)目的研究數(shù)據(jù)研究和實(shí)踐BIM應(yīng)用效益評估的資料，對設(shè)計時間、施工時間、變更成本等指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示BIM技術(shù)的引進(jìn)將帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益，并且隨著該項(xiàng)技術(shù)的逐步完善和成熟，其應(yīng)用前景不可估量。

3)環(huán)境適用性。BIM技術(shù)在國內(nèi)雖然起步較晚，推廣和普及相對落后，但該技術(shù)正在逐漸引起政府相關(guān)部門的注意，北京奧運(yùn)會主體育場鳥巢項(xiàng)目，上海中心大廈等工程復(fù)雜、施工難度大的建筑項(xiàng)目中均引進(jìn)了BIM技術(shù)的元素。國內(nèi)許多知名建筑類學(xué)校開始設(shè)立各類BIM學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)，將BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)和推廣加入到課程體系中。無論從BIM技術(shù)的推廣速度，還是從相關(guān)部門對該技術(shù)的認(rèn)可程度來看，BIM技術(shù)的推廣和迅速發(fā)展?fàn)I造的環(huán)境已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以文章的研究將BIM技術(shù)應(yīng)用到軌道交通工程施工風(fēng)險控制中是可行的。

2 BIM技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某新建地鐵站，北側(cè)為高層建筑，南側(cè)為綠地及一條河，東西向布置。為地下兩層結(jié)構(gòu)，車站設(shè)計為島式車站，站臺寬度11 m，車站有效站臺中心里程DK17+666.632，總長262 m，寬21 m(站臺中心處)，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為15.66 m～16.33 m，西段頭井深度為17.95 m，東段頭井深度為18.4 m，采用明挖順做法施工。車站設(shè)3個出入口、2個消防疏散口，在主體施工完畢后再施工出入口、風(fēng)道及疏散通道，其中西北出入口過和平路采用暗挖施工，其余附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法施工。公共區(qū)采用兩層單柱雙跨、設(shè)備區(qū)采用兩層雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)，本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年，車站耐火等級為一級。車站結(jié)構(gòu)共計A,B,C,D四種斷面形式，A斷面設(shè)計為公共區(qū)，兩層單柱雙跨結(jié)構(gòu)；B斷面設(shè)計為設(shè)備區(qū)，兩層雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)；C斷面位于車站端頭，兩層單柱雙跨結(jié)構(gòu)，活塞風(fēng)井設(shè)置于此；D斷面為單層段。

2.2 BIM技術(shù)在風(fēng)險控制中的應(yīng)用實(shí)踐

該項(xiàng)目從初期設(shè)計階段、招標(biāo)階段、合同簽署再到施工階段均采用BIM技術(shù)保駕護(hù)航，在進(jìn)入施工階段時BIM模型仍需繼續(xù)完善項(xiàng)目的施工信息。創(chuàng)建項(xiàng)目施工風(fēng)險監(jiān)控管理信息平臺，提高項(xiàng)目施工管理水平。項(xiàng)目各參與方可登陸平臺隨時查看預(yù)警信息，根據(jù)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行工作調(diào)整，制定風(fēng)險應(yīng)對措施。下面將針對項(xiàng)目施工過程中遇到的一些代表性風(fēng)險進(jìn)行分析以及BIM技術(shù)在這些風(fēng)險控制中的應(yīng)用。

沖突檢查：BIM軟件執(zhí)行碰撞檢查命令的程序是首先通過相關(guān)軟件進(jìn)行本專業(yè)內(nèi)部的沖突核查，在解決自身內(nèi)部沖突的基礎(chǔ)上，將各專業(yè)模型擬合成一個綜合模型，然后將Revit里面的整體模型導(dǎo)入Navisworks軟件中進(jìn)行整個模型的沖突檢查，并生成碰撞檢測報告，最后依據(jù)檢測報告修改模型。通過碰撞檢查，共發(fā)現(xiàn)27 100個碰撞點(diǎn)，設(shè)計人員根據(jù)報告進(jìn)行核對，檢查出的沖突碰撞基本都存在。然后組織各方進(jìn)行碰撞修改意見交流，最終對全部碰撞點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計修改，圖1為部分碰撞檢查生成的碰撞報告。BIM在進(jìn)行沖突檢查并完成方案修改定稿整個過程消耗了2 d時間，對比以前人工檢查和修改的方法明顯的提升了工作效率，避免了后期變更設(shè)計帶來的各類風(fēng)險。

施工方案優(yōu)化：本工程建設(shè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場受限，潛在風(fēng)險因素眾多。在施工方案實(shí)施前，運(yùn)用BIM技術(shù)對施工場地的平面布置進(jìn)行了合理優(yōu)化，同時對施工場地內(nèi)機(jī)械的位置都進(jìn)行了合理規(guī)劃，保證施工作業(yè)空間盡可能大，不影響各作業(yè)的同時進(jìn)行，對項(xiàng)目的進(jìn)度起到一定的促進(jìn)作用。圖2為本基坑側(cè)壁支護(hù)施工模擬。通過施工方案模擬進(jìn)行方案比選，使得本項(xiàng)目在進(jìn)度、成本控制上爭得不少時間和資金。

4D進(jìn)度控制：BIM技術(shù)在輸入的各工序時間節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各分部分項(xiàng)工程的實(shí)時施工狀況，及時錄入各工程的實(shí)際開始和結(jié)束時間，并在模型中用不一樣顏色的進(jìn)度條區(qū)別出來，并與進(jìn)度計劃進(jìn)行對比，使得進(jìn)度控制更直觀具體，將延誤工程直接暴漏出來，項(xiàng)目各參建單位都能隨時了解項(xiàng)目進(jìn)度情況，并對延誤工程進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。保證進(jìn)度計劃的順利實(shí)施，圖3為進(jìn)度完成情況的直觀圖。

5D成本控制：本工程在運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行成本風(fēng)險管理的過程中，主要從下面幾個方面體現(xiàn)出來：

工程量計算精確，避免了繁雜的耗時費(fèi)力的人工計算。

成本動態(tài)控制：在施工過程中發(fā)生設(shè)計變更，模型將自動重新生成新的工程量清單，造價管理人員將對工程的成本計劃進(jìn)行必要的調(diào)整。

與進(jìn)度計劃相關(guān)聯(lián)：在4D進(jìn)度控制的模型基礎(chǔ)上加入成本信息形成5D成本控制模型，如圖4所示。

2.3 主要成果指標(biāo)

合理評估專業(yè)設(shè)計碰撞使項(xiàng)目專業(yè)設(shè)計布局更加合理。通過使用BIM技術(shù)進(jìn)行的碰撞檢測與分析，共避免了各種專業(yè)設(shè)計碰撞27 100多處，有效解決了專業(yè)之間碰撞的問題，避免了因碰撞發(fā)生的窩工返工增加的成本投入。

搭建工程建設(shè)安全風(fēng)險監(jiān)控平臺使施工更加高效。通過使用BIM技術(shù)模型創(chuàng)建的軌道交通工程建設(shè)安全風(fēng)險監(jiān)控平臺幫助項(xiàng)目各參與方溝通更加方便快捷，提高了整體的工作效率。使得項(xiàng)目整體的人力投入相比于同類工程減少了20%左右，工作協(xié)調(diào)問題導(dǎo)致的會議次數(shù)減少了60%，促使管理成本大幅下降。

通過BIM施工模擬功能使施工組織與資源安排更加優(yōu)化。目前，BIM技術(shù)的模擬功能已幫助項(xiàng)目減少人力、物力資源浪費(fèi)約20%，工期比計劃提前13%，減少設(shè)備二次釆購量的10%，工程實(shí)際進(jìn)度比計劃進(jìn)度提前了4個月，有效控制施工階段的各類風(fēng)險。

3 結(jié)語

本文以研究傳統(tǒng)風(fēng)險管理模式中存在的問題為出發(fā)點(diǎn)，分析了BIM技術(shù)在城市軌道交通工程風(fēng)險管控中的絕對優(yōu)勢，并通過該技術(shù)的適用性分析將BIM技術(shù)引入到城市軌道交通工程項(xiàng)目風(fēng)險管理的工作上來。通過研究得出了以下結(jié)論：

BIM技術(shù)能有效解決城市軌道交通工程項(xiàng)目風(fēng)險管理孤立滯后、工作協(xié)調(diào)難度大、預(yù)警機(jī)制不完善等系列問題。在技術(shù)上，通過4D進(jìn)度控制模型，5D成本控制模型等實(shí)現(xiàn)模擬優(yōu)化，沖突檢測，虛擬先行；在經(jīng)濟(jì)上，精確計算工程量，可視化進(jìn)度管理等手段減少設(shè)計變更造成的成本增加。

通過BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的成功實(shí)踐，使項(xiàng)目整體的人力投入相比于同類工程減少了20%，工作協(xié)調(diào)問題導(dǎo)致的會議次數(shù)減少了60%，管理成本大幅下降，工程實(shí)際進(jìn)度提前了4個月，節(jié)約造價約500萬元，進(jìn)而驗(yàn)證了BIM技術(shù)在該類工程風(fēng)險控制中的有效性、適用性、優(yōu)越性。

BIM技術(shù)在軌道交通工程施工風(fēng)險的控制作用效果明顯，在對項(xiàng)目施工過程中存在的成本風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險等主要風(fēng)險控制中優(yōu)越性突出，若能持續(xù)有效地推廣應(yīng)用，必將有效提高我國城市軌道交通工程建設(shè)項(xiàng)目的風(fēng)險控制水平。

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