羅 平 王 輝 高銀鷹 張志偉 杜新明 關(guān)惠龍
(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司,北京 100068;2.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100068;3. 北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100068;4. 中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司,西安 710032)
圖1 19號(hào)線一期工程線路圖
北京地鐵19號(hào)線位于北京市西部地區(qū),南起大興區(qū)海子角地區(qū),北至昌平區(qū)沙河地區(qū),線路站間距大,速度目標(biāo)值高,采用A型車8節(jié)編組,全線最高速度120km/h,是一條穿越中心城的大運(yùn)量南北向快線。一期工程線路全長(zhǎng)22.4km,如圖1所示,全部為地下線,草橋站與新機(jī)場(chǎng)線接力換乘。共設(shè)車站10座,車輛段一座,計(jì)劃2020年底建成通車。
19號(hào)線一期工程線路穿越中心城,多次下穿既有線,途經(jīng)道路狹窄、管線密集地區(qū),線路埋深大,風(fēng)險(xiǎn)性高;工程施工作業(yè)面多、工程量大、工期以及施工場(chǎng)地緊張,整體部署、資源調(diào)配及項(xiàng)目管理難度大,如圖2所示;將BIM技術(shù)與工程自身特性相結(jié)合,創(chuàng)新性解決城市軌道交通建設(shè)過程中的技術(shù)與管理難題是必然要求與應(yīng)用趨勢(shì)。
圖2 牡丹園站下穿既有線
北京地鐵19號(hào)線一期土建施工01合同段,包括北太平莊站-牡丹園站區(qū)間、牡丹園站、牡丹園站~終點(diǎn)區(qū)間。區(qū)間采用礦山法施工,車站采用PBA暗挖法施工。臨近既有地鐵10號(hào)線車站,下穿小月河等,安全風(fēng)險(xiǎn)性大;施工精度要求高。作為全線的BIM示范工點(diǎn),BIM應(yīng)用與管理水平要求高。
圖3 牡丹園站周邊環(huán)境
在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期各階段建設(shè)和應(yīng)用 BIM,對(duì)地鐵建設(shè)空間幾何信息、空間功能信息、施工管理信息、設(shè)備等各專業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成與一體化管理,形成的三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工管理,以及后續(xù)的竣工、運(yùn)維管理。
(1)設(shè)計(jì)階段,實(shí)施一系列可落地、可持續(xù)的BIM應(yīng)用,以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,提高方案決策效率,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)協(xié)同管理為目標(biāo),為后期施工奠定基礎(chǔ)。
(2)施工階段,致力形成以模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、進(jìn)度管理為主線、安質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)為重點(diǎn)、投資控制為目標(biāo)、管理平臺(tái)為工具的基于BIM的創(chuàng)新管理體系,以實(shí)現(xiàn)施工全過程的三維化和數(shù)字化管理為目標(biāo),并為后期工程移交整合過程數(shù)據(jù)[1]。
(3)竣工階段,實(shí)現(xiàn)BIM與竣工驗(yàn)收相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)基于BIM的竣工驗(yàn)收全過程數(shù)據(jù)的采集、集成、歸檔,在設(shè)施設(shè)備BIM族庫基礎(chǔ)上,完善資產(chǎn)編碼、設(shè)備編號(hào)等信息,保證數(shù)據(jù)的可追溯性,為后期運(yùn)維提供數(shù)據(jù)服務(wù)[2]。
(4)運(yùn)維階段,實(shí)現(xiàn)基于BIM的資產(chǎn)管理,進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與空間管理,通過電子標(biāo)簽、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、系統(tǒng)接口等多種手段,集成設(shè)施設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和設(shè)施設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)運(yùn)維精細(xì)化、可視化、智能化管理[3]。
圖4 團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)
在北京城市軌道交通BIM實(shí)施統(tǒng)籌安排下,在北京地鐵19號(hào)線一期工程逐步建立圍繞“數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析”的軌道交通工程建設(shè)全生命期BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理應(yīng)用體系,保證數(shù)據(jù)的傳遞和共享滿足BIM應(yīng)用并符合工程建設(shè)要求。首先建立創(chuàng)新型工作體系,在工作體系指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)階段應(yīng)用實(shí)踐和施工階段應(yīng)用實(shí)踐。
北京城市軌道交通 BIM實(shí)施采用的“建設(shè)單位+BIM總體+各參建單位配合”的實(shí)施模式,組織架構(gòu)如圖所示:
建設(shè)單位設(shè)計(jì)部分管BIM實(shí)施工作,風(fēng)險(xiǎn)部、工程部、安質(zhì)部、設(shè)備部協(xié)調(diào)配合,管理各方的BIM實(shí)施工作;BIM總體單位成立BIM研究應(yīng)用項(xiàng)目部,負(fù)責(zé)編制與宣貫全線BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、搭建BIM協(xié)同工作平臺(tái)和集成管理平臺(tái),審核與集成模型;設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)階段土建、設(shè)備系統(tǒng)模型搭建,并傳遞至施工階段;施工單位BIM實(shí)施由項(xiàng)目總工負(fù)責(zé),成立BIM工作室,由BIM工作室牽頭,其他部分配合,進(jìn)行設(shè)計(jì)模型深化以及施工場(chǎng)地構(gòu)建,基于BIM集成管理平臺(tái)進(jìn)行施工過程數(shù)據(jù)上報(bào),便于建設(shè)單位進(jìn)行施工管控。
圍繞如下幾個(gè)方面:
1)BIM實(shí)施規(guī)劃,確定工作目標(biāo);
2)建立組織管理體系;
3)建立BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn);
4)構(gòu)建BIM協(xié)同工作平臺(tái);
5)搭建BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái);
6)配套硬件建設(shè);
7)各階段BIM應(yīng)用等分階段逐步開展。
項(xiàng)目的應(yīng)用軟件包括:
1)建模軟件:Autodesk Revit/3DMax/Dynamo;
2)渲染漫游軟件:Autodesk Navisworks、Fuzor、Lumion;
3)輕量化軟件:CityMaker Explorer;
4)管理平臺(tái):自主研發(fā)的城市軌道交通BIM協(xié)同工作平臺(tái)、城市軌道交通BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)。
項(xiàng)目的硬件環(huán)境包括:
1)服務(wù)器:3臺(tái)Intel Xeon E7 4870 512G內(nèi)存,用于數(shù)據(jù)庫及BIM平臺(tái)運(yùn)行;
2)圖形工作站:施工單位項(xiàng)目配備2-3臺(tái)I7-6800處理器、GTX1070顯卡的工作站,用于BIM建模與BIM管理平臺(tái)使用;
3)移動(dòng)展示大屏:1臺(tái)Intel Xeon E5-1620處理器、16G內(nèi)存、64寸大屏,用于BIM調(diào)度會(huì)各方匯報(bào)演示;
4)PAD移動(dòng)終端:項(xiàng)目部配備1臺(tái)32G內(nèi)存的安卓PAD,用于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)巡視和隱患排查;
5)專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施:配備50M獨(dú)享專用光纖,用于平臺(tái)對(duì)外服務(wù)。
根據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌˙IM應(yīng)用規(guī)劃,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系,并逐步制定具體標(biāo)準(zhǔn)。主要包括:各階段 BIM應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),各階段BIM成果交付標(biāo)準(zhǔn),信息語義、存儲(chǔ)與分類標(biāo)準(zhǔn)等。為滿足建設(shè)方需求,重要是保障的模型統(tǒng)一、應(yīng)用統(tǒng)一和數(shù)據(jù)傳遞,因此標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)深度要結(jié)合信息化建設(shè)和BIM應(yīng)用的需求分階段建立,主要包括:《城市軌道交通BIM成果管理標(biāo)準(zhǔn)》、《城市軌道交通BIM信息術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》、《城市軌道交通BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》、《城市軌道交通構(gòu)件庫創(chuàng)建與管理標(biāo)準(zhǔn)》、《城市軌道交通BIM建模指導(dǎo)意見》、《城市軌道交通BIM交付標(biāo)準(zhǔn)》。
基于BIM協(xié)同工作平臺(tái)進(jìn)行圖紙以及模型數(shù)據(jù)的收集、在線瀏覽、審核、版本控制,實(shí)現(xiàn)云端存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)最后進(jìn)入至BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)進(jìn)行全線各專業(yè)數(shù)據(jù)的集成和業(yè)務(wù)功能管理。
設(shè)計(jì)階段首先由設(shè)計(jì)單位按照BIM標(biāo)準(zhǔn)基于各專業(yè)的提資資料(市政管線、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及裝修等)構(gòu)建BIM模型,按照建設(shè)單位的圖模同步提交管理辦法在平臺(tái)中提交,BIM總體單位審核、集成、階段性入庫,設(shè)計(jì)單位進(jìn)入BIM平臺(tái)進(jìn)行集成后的三維設(shè)計(jì)方案匯報(bào)。審核通過后BIM模型輔助生成各專業(yè)施工藍(lán)圖。通過設(shè)計(jì)人員本身建模、空間碰撞檢查可以大幅提升設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量;基于BIM的在線匯報(bào)與評(píng)審可以提高方案決策的效率;通過圖模同步提交,可以實(shí)時(shí)掌控設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)度。
圖5 三維設(shè)計(jì)方案匯報(bào)
設(shè)計(jì)階段開展的BIM應(yīng)用如下:
1)方案比選:利用BIM的可視化特點(diǎn)進(jìn)行方案比選,選出最佳的設(shè)計(jì)方案;使項(xiàng)目方案的溝通、討論、決策在可視化的三維場(chǎng)景下進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案決策的直觀和高效;
圖6 換乘方案展示對(duì)比
圖7 改遷管線展示
2)交通疏解、管線遷改:創(chuàng)建施工圍擋范圍內(nèi)的市政管線、施工圍擋及影響管線遷改的周邊環(huán)境模型,分階段模擬管線遷改和道路疏解,檢查方案可行性;利用BIM的可視化、可模擬、精確性等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)交通疏解和管線遷改方案的優(yōu)化和模擬。
3)方案可視化:包括換乘方案、變更方案、風(fēng)險(xiǎn)源等控制因素;
圖8 變更方案三維可視化
圖9 市政管線資料檢查
圖10 設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量檢查
4)市政管線資料檢查:建立位置、高程準(zhǔn)確的市政管線模型,并進(jìn)行協(xié)調(diào)性檢查及環(huán)境影響分析,19號(hào)線通過模型對(duì)市政管線調(diào)查資料進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)管線標(biāo)高錯(cuò)誤、斷頭管線、管線標(biāo)高缺失、管線尺寸缺失、管井尺寸缺失5類錯(cuò)誤,共140余處;
5)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量檢查:通過建模過程、結(jié)合平臺(tái)二三維聯(lián)動(dòng)審核,檢查圖紙錯(cuò)誤;
6)預(yù)留孔洞檢查、管線碰撞檢查:基于BIM技術(shù),創(chuàng)建各專業(yè)管線模型,檢測(cè)模型之間是否已經(jīng)發(fā)生碰撞或即將發(fā)生碰撞,檢查模型之間是否滿足特定間距要求,并報(bào)告和展示模型發(fā)生碰撞的位置點(diǎn)或不能滿足特定間距要求的位置點(diǎn)、疑似問題點(diǎn),進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)成果,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量[4];
圖11 預(yù)留孔洞與碰撞檢查
7)三維管線綜合:基于BIM模型,根據(jù)管線碰撞檢查結(jié)果、大型設(shè)備運(yùn)輸路徑檢查結(jié)果進(jìn)行管線調(diào)整,合理布置設(shè)備區(qū)走廊和站臺(tái)層公共區(qū)管線,為綜合支吊架施工做好準(zhǔn)備;合理布置公共區(qū)管線,使其滿足裝修、設(shè)備運(yùn)行、檢修空間、和設(shè)備運(yùn)輸空間要求,最終確保施工方可按圖施工[5]。
圖12 三維管線綜合
為滿足施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用,進(jìn)行模型深化設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用點(diǎn)展開,具體如下:
1)BIM模型深化:豎井橫通道按榀精細(xì)建模,保證模型與現(xiàn)場(chǎng)的一致性。
圖13 按榀構(gòu)建豎井橫通道模型
2)三維技術(shù)交底:將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或工序以三維插圖及動(dòng)畫的形式進(jìn)行可視化三維施工技術(shù)及特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源施工交底,還為項(xiàng)目管理人員以三維動(dòng)畫的形式,進(jìn)行PBA八導(dǎo)洞施工工藝的培訓(xùn),讓沒有地鐵暗挖施工經(jīng)驗(yàn)的工作者對(duì)其施工工序及工序轉(zhuǎn)換,快速、深入的學(xué)習(xí)掌握,從而為項(xiàng)目施工每一步都做好對(duì)應(yīng)的決策,更好地把控施工進(jìn)度、施工質(zhì)量及施工風(fēng)險(xiǎn)。
圖14 PBA八導(dǎo)洞施工工藝交底
圖15 施工場(chǎng)地臨建與機(jī)械布置
圖16 風(fēng)險(xiǎn)巡視上報(bào)
3)場(chǎng)地布置:通過三維模型,對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃,包括生活區(qū)及施工區(qū)的配電棚、砂石料庫、格柵堆放區(qū)、渣倉等,快速有效的對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行布置,有效的提高了場(chǎng)地的利用率,減少二次搬用產(chǎn)生的成本。也通過輸出二維圖紙及工程量清單,直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。
4)基于BIM平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)巡視:由第三方監(jiān)測(cè)單位每日使用PAD端基于BIM模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)巡視,在三維場(chǎng)景中定位巡視部位,上傳現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻,對(duì)本次巡視進(jìn)行小結(jié),管理平臺(tái)查看巡視預(yù)警發(fā)生位置。
5)基于BIM平臺(tái)的隱患排查:在移動(dòng)端內(nèi)置城市軌道交通隱患排查要點(diǎn),按照排查項(xiàng)目、排查分項(xiàng)、排查內(nèi)容,在三維場(chǎng)景中標(biāo)記隱患位置,進(jìn)行隱患處理狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤和快速定位,移動(dòng)端隱患排查如圖17所示。
圖17 移動(dòng)端隱患排查
6)基于BIM平臺(tái)的前期工程掌控:將工程模型及環(huán)境數(shù)據(jù)、前期工作管理行為數(shù)據(jù)集成至“BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)”中,工作人員定期完成前期工程數(shù)據(jù)的錄入工作,包含進(jìn)場(chǎng)狀態(tài)、補(bǔ)償談判、產(chǎn)權(quán)單位確認(rèn)、方案受理、審批完成、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施等。能夠直觀的反映全線各標(biāo)段、各地塊的工作狀態(tài),尤其是正在進(jìn)行的和將要發(fā)生的前期工作;進(jìn)行統(tǒng)計(jì)線路級(jí)、工點(diǎn)級(jí)的已進(jìn)場(chǎng)地塊數(shù)量、未進(jìn)場(chǎng)地塊數(shù)量,存在進(jìn)場(chǎng)困難的地塊數(shù)量及各地塊存在的具體問題等。
圖18 征占地監(jiān)控
7)基于BIM平臺(tái)的進(jìn)度狀態(tài)掌控:將施工模型細(xì)度細(xì)化至PBA工法最小施工單元(即按榀切分的模型數(shù)據(jù))。將工程二維的形象進(jìn)度表達(dá),轉(zhuǎn)化為三維形象進(jìn)度表達(dá),更加直觀;實(shí)現(xiàn)在施作業(yè)面統(tǒng)計(jì)及高亮閃爍,實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前作業(yè)面的位置及其與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)位置關(guān)系;通過比較計(jì)劃與實(shí)際完成時(shí)間,以紅色、綠色高亮兩種形式表達(dá)進(jìn)度超前滯后現(xiàn)狀;拖動(dòng)時(shí)間軸來直觀展示歷史進(jìn)度。
圖19 進(jìn)度動(dòng)態(tài)展示
8)基于BIM平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)管控:按照設(shè)計(jì)圖紙完成測(cè)點(diǎn)布設(shè)模型及攝像頭布置模型,模型與現(xiàn)場(chǎng)保持一致;集成后的模型數(shù)據(jù)包含環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)模型、自身風(fēng)險(xiǎn)模型、監(jiān)測(cè)點(diǎn)模型、攝像頭模型四部分,其中監(jiān)測(cè)管理與安控中心的風(fēng)險(xiǎn)平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對(duì)接;監(jiān)控到的預(yù)警信息及時(shí)推送至移動(dòng)端APP與Web端監(jiān)控界面中,由相關(guān)人員按照風(fēng)險(xiǎn)處理辦法在指定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)并消警。
圖20 BIM風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警
圖21 豎井橫通道算量范圍
9)基于BIM平臺(tái)的合同計(jì)量:利用軌道交通BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速計(jì)量為核心的工程造價(jià)管理?;贐IM總體編制的《算量模型建模標(biāo)準(zhǔn)》(試行稿),以北太平莊站圍護(hù)結(jié)構(gòu)-施工豎井橫通道及其格柵為第一階段研究對(duì)象,完成模型建立。
圖22 算量模型
通過北京地鐵19號(hào)線一期工程BIM總體管理的實(shí)施,通過設(shè)計(jì)階段環(huán)境模型、工程自身模型的搭建,快速直觀對(duì)方案對(duì)比和展示,輔助快速?zèng)Q策,梳理全線附屬建筑及一體化,推動(dòng)報(bào)規(guī)工作。
平臺(tái)通過多種數(shù)據(jù)采集方式,包括:物聯(lián)網(wǎng)采集、數(shù)據(jù)上報(bào)、外部系統(tǒng)對(duì)接等,實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、人員、物料狀態(tài)、大型設(shè)備的統(tǒng)計(jì)狀態(tài);全線各工點(diǎn)的施工進(jìn)度;風(fēng)險(xiǎn)源、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)掌控;全線隱患狀態(tài)、驗(yàn)收狀態(tài)、投資狀態(tài)掌控;基于三維形象進(jìn)度,根據(jù)公司節(jié)點(diǎn)計(jì)劃和施工流程、步序等導(dǎo)入施工計(jì)劃,利用現(xiàn)場(chǎng)定位和驗(yàn)證技術(shù),定期自動(dòng)形成施工進(jìn)度報(bào)表,統(tǒng)計(jì)形象進(jìn)度、投資完成情況數(shù)據(jù),并與施工計(jì)劃進(jìn)行分析,具備計(jì)劃模型加載和施工模型加載的動(dòng)態(tài)切換,滿足于公司層級(jí)至項(xiàng)目層級(jí)的工程進(jìn)度管理和工程建設(shè)調(diào)度會(huì)的需求。
北京地鐵19號(hào)線一期工程BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了如下突破:
1)首次在全國(guó)城市軌道交通行業(yè)推動(dòng)實(shí)施二維設(shè)計(jì)圖紙與三維信息模型同步提交;
2)首次推動(dòng)實(shí)施施工過程的“虛擬建造、先試后建”,開展基于全線大數(shù)據(jù)的全線形象進(jìn)度 管理,實(shí)現(xiàn)總體調(diào)度、安全監(jiān)控、隱患排查多方面的三維可視化管理;
3)作為住建部課題示范線,聯(lián)合多家業(yè)主單位形成《城市軌道交通BIM應(yīng)用指南》形成城市軌道交通BIM實(shí)施的整套方法和措施。
本文以建設(shè)單位需求為導(dǎo)向,詳細(xì)論述了BIM總體管理體系在北京地鐵 19號(hào)線一期工程的研究與應(yīng)用,包括:BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、BIM協(xié)同工作平臺(tái)、BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái),并規(guī)定了總體管理體系下設(shè)計(jì)階段、施工階段各方的BIM應(yīng)用工作,極大地提高了BIM工作的開展質(zhì)量和效率。
由于BIM技術(shù)本身處于發(fā)展階段,配套的技術(shù)、法規(guī)、管理理念都在不斷地完善,BIM總體管理體系需要和建設(shè)單位工程建設(shè)管理需求以及企業(yè)信息化發(fā)展方向相結(jié)合。在實(shí)施過程中,首先保障軌道交通全生期建設(shè)數(shù)據(jù)的BIM化,并使其傳遞到運(yùn)維是基礎(chǔ)。是保障后續(xù)發(fā)展的必要條件[6~7]。