基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理創(chuàng)新與實踐

王 同 軍

(中國鐵路總公司, 北京 100844)

近年來，鐵路路網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、質(zhì)量顯著提升，鐵路建設(shè)創(chuàng)造歷史最高水平?！笆濉辫F路固定資產(chǎn)投資完成3.58萬億元，新線投產(chǎn)3.05萬 km，“十三五”期間將新建線路2.9萬 km，至2020年全國鐵路營業(yè)里程達到15萬km左右。大規(guī)模鐵路工程建設(shè)促進鐵路建設(shè)運營技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。在高速鐵路領(lǐng)域，我國已掌握在艱險復(fù)雜地質(zhì)和多種氣候環(huán)境下，高速鐵路建設(shè)和運營的成套技術(shù)，構(gòu)建了完備的高速鐵路技術(shù)體系。根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》(2016年調(diào)整)[1]，在“四縱四橫”高速鐵路的基礎(chǔ)上，形成以“八縱八橫”主通道為骨架、區(qū)域連接線銜接、城際鐵路補充的高速鐵路網(wǎng)。

鐵路工程建設(shè)具有規(guī)模大、標準高、建設(shè)速度快、管理協(xié)調(diào)復(fù)雜、周期長等特點[2]。在傳統(tǒng)的管理模式下，各個組織機構(gòu)和建設(shè)環(huán)節(jié)之間存在信息壁壘、數(shù)據(jù)孤島，造成建設(shè)過程中面臨數(shù)據(jù)共享與分析困難、管理手段匱乏等問題[3]。以建筑信息模型(BIM)技術(shù)為核心的云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，對鐵路工程建設(shè)產(chǎn)生了深刻的影響[4]。依托BIM技術(shù)建立的鐵路工程信息模型，為鐵路工程建設(shè)各個環(huán)節(jié)搭建了一個信息化平臺，使鐵路工程建設(shè)從源頭開始，建立數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已逐漸融入企業(yè)信息化管理中，這種現(xiàn)代化管理模式需要對組織機構(gòu)進行優(yōu)化，對業(yè)務(wù)流程進行重組，打造新模式下的數(shù)據(jù)鏈條，可對工程建設(shè)數(shù)據(jù)在整個生命周期內(nèi)進行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享以及全生命周期的服務(wù)和閉環(huán)管理，為后續(xù)運營和維護提供支撐。

1 基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理內(nèi)涵

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理是以面向工程建設(shè)對象為核心，與現(xiàn)代管理技術(shù)、信息技術(shù)、建造技術(shù)相結(jié)合，通過一體化信息平臺，創(chuàng)新管理手段，促進鐵路工程建設(shè)過程協(xié)同、資源配置優(yōu)化，強化工程質(zhì)量約束，提升安全管理水平的一套系統(tǒng)管理體系。依托BIM技術(shù)建立的鐵路工程信息模型，以鐵路建設(shè)規(guī)劃和工程設(shè)計信息為底層模型，疊加建設(shè)階段的過程信息，形成竣工模型，為運維階段提供基礎(chǔ)設(shè)施運行和維護信息基礎(chǔ)，從而建立起覆蓋各個階段的完整的數(shù)字鐵路，推進鐵路建造信息化、數(shù)字化向智能化發(fā)展。

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理通過對數(shù)據(jù)的真實記錄、系統(tǒng)集成和有效組織，從信息維度、過程維度和價值維度為鐵路工程建設(shè)管理提供創(chuàng)新手段，實現(xiàn)協(xié)同管理。

1.1 信息維度

現(xiàn)代工程建設(shè)管理，離不開對工程實體信息的掌握和綜合。鐵路工程數(shù)字實體是模型單元組合、排列的具象表達。模型單元是鐵路工程信息模型中承載模型信息的實體及其相關(guān)屬性的集合，是信息輸入、交付和管理的基本對象。

從信息粒度角度，按模型單元承載信息等級劃分，模型單元分項目級、功能級、構(gòu)件級和零件級，見表1。

表1 鐵路模型單元分類[5]

從信息的類型角度，鐵路工程建設(shè)所管理的BIM模型單元可分為橋梁、隧道、路基、站場、軌道、通信、信號、接觸網(wǎng)、牽引變電等不同專業(yè)信息模型。

從信息的特征角度，模型單元通常可以分為幾何要素和非幾何要素。BIM模型幾何要素包括表示鐵路構(gòu)筑物的空間位置及自身形狀(如長度、寬度、高度等)的一組參數(shù)，通常還包含構(gòu)筑物之間的空間相互約束關(guān)系，如相連、平行、垂直。BIM模型的非幾何要素包含鐵路構(gòu)筑物除幾何信息以外的其他信息，如材料信息、價格信息及各種專業(yè)參數(shù)信息等。這些信息是鐵路工程建設(shè)階段的BIM模型中重要的數(shù)據(jù)，也是貫穿于鐵路工程建設(shè)生命期的核心數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在不同階段被創(chuàng)建和利用，包含了豐富的工程信息，并支撐BIM模型的可視化三維展示。

1.2 過程維度

能夠支撐全生命周期應(yīng)用是BIM技術(shù)的突出特點，這為鐵路工程建設(shè)全過程管理提供了技術(shù)手段。依托BIM技術(shù)，建立以工程實體為對象的信息模型，并在各個階段對模型附加各類信息。通過對項目信息進行高效地采集、存儲、傳輸、檢索、處理、計算等，提高項目管理效率，從而為鐵路工程建設(shè)全過程內(nèi)的進度、質(zhì)量、安全、成本、合同、環(huán)境等管理提供服務(wù)。

建設(shè)階段的工作是依據(jù)設(shè)計階段交付的設(shè)計文件進行施工的過程。在鐵路項目建設(shè)施工階段需要附加工程實體的建造信息，包括實體信息、設(shè)備信息、現(xiàn)場管理信息、合同管理信息、模擬施工信息、材料價格信息、機械管理信息、施工工藝信息等，還包括深化設(shè)計、施工計劃、加工、安裝等信息，同時還需要對進度、質(zhì)量、安全和成本等信息進行擴展，最終形成建設(shè)階段鐵路BIM模型，并交付給運維階段。在建設(shè)階段還可基于鐵路BIM模型進行測量放樣、施工模擬、數(shù)字化加工、3D控制與規(guī)劃等應(yīng)用。

1.3 價值維度

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理通過創(chuàng)建和共享BIM模型信息，實現(xiàn)鐵路工程建設(shè)管理手段的優(yōu)化，其價值主要通過直觀的信息表達、統(tǒng)一的信息標準和一致的信息傳遞三個方面體現(xiàn)。

(1) 鐵路工程BIM模型是客觀世界的數(shù)字化直觀表達。BIM技術(shù)的引入，使鐵路工程建設(shè)活動更直觀形象，同時前置了建造過程和成果，將可能發(fā)生的沖突、問題提前預(yù)演，避免了在實際工程建設(shè)過程中可能發(fā)生的疏漏或錯誤。

(2) 鐵路工程BIM模型是依據(jù)完整統(tǒng)一的信息標準構(gòu)建，可將鐵路工程項目建設(shè)過程中產(chǎn)生的規(guī)模龐大、種類較多、格式不一的復(fù)雜數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一有效地信息描述，實現(xiàn)信息交換，同時有助于加快各類軟件對信息的兼容和利用，為信息共享集成管理奠定基礎(chǔ)。

(3) 鐵路工程BIM模型能夠?qū)崿F(xiàn)建設(shè)管理中一致的信息傳遞，以工程為對象、以模型為載體將各類信息附加到BIM模型上，各參與方通過統(tǒng)一平臺針對最新模型進行辦公，保證建設(shè)階段各過程之間的信息流轉(zhuǎn)以及全過程信息共享，重點解決鐵路工程建設(shè)過程中信息傳遞受阻、各類信息不兼容等管理難點，極大地減少了中間環(huán)節(jié)的溝通和協(xié)調(diào)時間，使各方能夠方便獲取權(quán)限內(nèi)的各類信息。

2 基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理總體框架

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理是一種創(chuàng)新的工程管理理念，也是高效、互動的系統(tǒng)管理體系。與傳統(tǒng)管理模式不同，這種管理模式依托BIM技術(shù),以協(xié)同管理為核心，打通建設(shè)管理全過程，提高工程建設(shè)品質(zhì)。

2.1 總體框架

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理模式延伸了其應(yīng)用領(lǐng)域，從設(shè)計至施工、運維涵蓋全生命周期，這種管理模式以建設(shè)單位為主導(dǎo)，施工單位為主體，開展多環(huán)境、多角色的協(xié)同應(yīng)用實施，其核心是通過在工程建設(shè)全生命期中引入BIM技術(shù)，在標準統(tǒng)一、管控制約、技術(shù)工具的支撐下構(gòu)建對各項目的全階段、全專業(yè)、全任務(wù)協(xié)同管理模型，創(chuàng)新鐵路工程建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用組織管理手段，為鐵路工程建設(shè)項目的建設(shè)和使用增益。鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理體系框架見圖1。

2.2 協(xié)同管理體系

鐵路工程是一個復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)在明確其外部環(huán)境和內(nèi)部構(gòu)成的基礎(chǔ)上，各參與方協(xié)同合作[6]，協(xié)同管理體系是鐵路工程建設(shè)管理框架的核心環(huán)節(jié)，將BIM技術(shù)與鐵路工程建設(shè)管理深度融合，打通各干系人在鐵路工程建設(shè)過程中協(xié)作、輸入、提取、更新或者修改BIM信息的交互環(huán)節(jié)[7]。協(xié)同管理是一個多層級的立面管理，將傳統(tǒng)的以組織管理為主體的管理模式更新為以數(shù)據(jù)流為主體的多方協(xié)同管理模式，并通過交互反饋推動整個價值鏈的提升。

鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理模型以系統(tǒng)學(xué)和協(xié)同學(xué)為理論基礎(chǔ)，在組織、階段、資源(包括信息、資本、物資、裝備、人員等)參量的相互作用下，以實現(xiàn)目標最優(yōu)化為目的，以BIM技術(shù)為實現(xiàn)的核心關(guān)鍵技術(shù)，由小及大，由縱向到橫向，構(gòu)建項目、階段、專業(yè)、任務(wù)的協(xié)同管理概念模型，并運行基于BIM信息閉環(huán)流的系統(tǒng)分析、決策與運行、控制與反饋的協(xié)同機制，從而實現(xiàn)鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理。鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理模型見圖2。

根據(jù)協(xié)同管理模型從宏觀和微觀兩個層面對鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理模型進行分析可知，宏觀層面包括項目協(xié)同和階段協(xié)同，微觀層面包括任務(wù)協(xié)同和專業(yè)協(xié)同；宏觀協(xié)同由微觀協(xié)同組成，微觀協(xié)同則逐級由宏觀協(xié)同實現(xiàn)。

(1) 項目協(xié)同

項目協(xié)同是一種宏觀橫向協(xié)同，主要針對一個建設(shè)單位管理多個項目的情況，通過組織建設(shè)單位內(nèi)各部門或人員，整合組織內(nèi)部的各類資源，協(xié)調(diào)組織內(nèi)部各系統(tǒng)，使其目標明確、協(xié)調(diào)一致，并保證多個項目整體效益最大化。

項目協(xié)同模型通過對BIM信息的追蹤，強調(diào)管理的整體性與一體化，分析過程、組織、資源參量的協(xié)同方式，對各項目的資源環(huán)境、建設(shè)施工、人員組織、過程推進等方面整體把握調(diào)配，從工程調(diào)度、區(qū)域化督導(dǎo)、資源配置等方面產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

(2) 階段協(xié)同

階段協(xié)同是一種宏觀縱向協(xié)同，主要是基于BIM模型實現(xiàn)勘察、設(shè)計、施工、運維四個階段間的信息流通與傳遞，使傳統(tǒng)的藍圖和文檔傳遞模式轉(zhuǎn)化為以工程對象為核心的BIM信息傳遞方式，從而解決階段之間的資源、信息、任務(wù)調(diào)配，實現(xiàn)設(shè)計向施工交付、施工向運維交付，以完成同一個項目不同階段的協(xié)同管理。

階段協(xié)同模型是基于BIM信息流的閉合，將各個階段的資源、組織統(tǒng)籌起來，消除每個階段內(nèi)的冗余和非增值活動，協(xié)調(diào)階段交叉中存在的工作交叉與重疊，信息不對稱等問題，從而使各階段緊密、準確搭接，有效改善上下游參與方的溝通狀況，避免過程分割產(chǎn)生的各種問題。

(3) 任務(wù)協(xié)同

任務(wù)協(xié)同是一種微觀的協(xié)同，是指在鐵路工程建設(shè)過程中多項任務(wù)交叉的情況下，基于BIM模型分析各任務(wù)之間的關(guān)系，進而在管理過程中將其重組整合或進一步細化分解，繼而消除子任務(wù)之間的交叉耦合關(guān)系，提高工作效率，減少管理沖突。

任務(wù)協(xié)同模式是在分析工程建設(shè)各個任務(wù)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，追蹤任務(wù)與任務(wù)間的信息流，根據(jù)信息的交流反饋，細化、重組任務(wù)與子任務(wù)，從而完成任務(wù)協(xié)同。任務(wù)協(xié)同模型可以利用BIM技術(shù)的建模與仿真技術(shù)對施工過程進行改造，在施工前實現(xiàn)全方位數(shù)字化的施工環(huán)境模擬，優(yōu)化配置施工工人、施工機械、施工材料等資源。

(4) 專業(yè)協(xié)同

專業(yè)協(xié)同是一種微觀的橫向協(xié)同，基于對鐵路工程建設(shè)過程中路基、橋梁、隧道等多專業(yè)的設(shè)計及施工流程和特點的充分了解，基于協(xié)同學(xué)理論，合理分解、分配專業(yè)任務(wù)，實現(xiàn)專業(yè)間有序作業(yè)，互不沖突。

專業(yè)協(xié)同模型通過BIM模型將鐵路工程建設(shè)中分散的專業(yè)按統(tǒng)一標準集合至模型中，強化專業(yè)間的信息互通與協(xié)作，輔助信息流轉(zhuǎn)與共享，其協(xié)同模型充分考慮了專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同。專業(yè)內(nèi)協(xié)同主要是根據(jù)一道工序與下一道工序之間的銜接管理進行協(xié)同；專業(yè)間協(xié)同則是根據(jù)工程接口來關(guān)聯(lián)各個相關(guān)專業(yè)，如提供站前工程、房建工程與四電工程的接口。根據(jù)雙向維度，專業(yè)協(xié)同模型通過信息模型進行傳遞，在模型上附加有效信息，整合工藝工法和施工專業(yè)的信息和流程，以完成鐵路工程建設(shè)的成本、進度、質(zhì)量、安全管理。

以上分析的協(xié)同模型是基于BIM信息流的概念模型，為鐵路工程建設(shè)管理提供一個模型參考和理論支撐。協(xié)同模型的應(yīng)用將會在項目、階段、任務(wù)專業(yè)的建設(shè)施工活動中產(chǎn)生深刻的協(xié)同效應(yīng)，將最大程度的降低管理成本，提供管理效益，產(chǎn)生協(xié)同資本?；贐IM信息的協(xié)同管理將是未來鐵路工程建設(shè)管理的重要方向。

2.3 技術(shù)支撐體系

技術(shù)體系是總體框架的底層支撐。在需充分考慮業(yè)務(wù)范圍和技術(shù)發(fā)展的情況下，從空間、數(shù)據(jù)、應(yīng)用三個維度構(gòu)建技術(shù)體系。空間維度即基礎(chǔ)設(shè)施維度，基于“云”概念，廣泛采用社會資源，建立統(tǒng)一的通信、計算、存儲基礎(chǔ)設(shè)施，滿足移動互聯(lián)、在線應(yīng)用的隨時隨地訪問與信息處理需求；數(shù)據(jù)維度，以BIM技術(shù)為核心，融合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過相關(guān)設(shè)備、軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、訪問及分析；應(yīng)用維度，信息技術(shù)與業(yè)務(wù)技術(shù)深度融合，圍繞業(yè)務(wù)，開展技術(shù)應(yīng)用。

技術(shù)體系實質(zhì)是對現(xiàn)有工程管理模式進行以信息化為中心的技術(shù)支撐，使工程管理能夠充分利用信息技術(shù)的高速高效優(yōu)勢。技術(shù)體系是基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理體系的實現(xiàn)基礎(chǔ)，先進、適用、安全的技術(shù)體系是工程建設(shè)整體管理水平的保障，可以有效規(guī)避信息風(fēng)險，支撐工程管理模式的轉(zhuǎn)變，使工作效率得到提高，有效壓縮了工程建設(shè)成本。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用體系

業(yè)務(wù)應(yīng)用體系是鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理體系的價值體現(xiàn)。為實現(xiàn)工程建設(shè)管理的優(yōu)化和控制，從應(yīng)用層次、實施模式和應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建應(yīng)用體系。應(yīng)用層次根據(jù)BIM等技術(shù)的應(yīng)用程度劃分，代表技術(shù)應(yīng)用的成熟度，信息技術(shù)與建設(shè)管理融合越深入，應(yīng)用層次越高；實施模式是解決工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈各方由誰主導(dǎo)信息化應(yīng)用等問題，推動數(shù)據(jù)流各階段的流轉(zhuǎn)和貫通，主要包含設(shè)計單位主導(dǎo)模式、建設(shè)單位主導(dǎo)模式、施工單位反向推動模式、咨詢單位協(xié)助服務(wù)模式；應(yīng)用領(lǐng)域包括設(shè)計階段應(yīng)用、建設(shè)管理應(yīng)用、施工管理應(yīng)用和工程技術(shù)應(yīng)用等方面，以BIM技術(shù)為核心的應(yīng)用本質(zhì)是基于“從設(shè)計交付—施工交付—反饋設(shè)計”的閉環(huán)應(yīng)用。

業(yè)務(wù)應(yīng)用體系體現(xiàn)“集合而成”的特質(zhì)，具有綜合性、協(xié)同性、創(chuàng)新性等優(yōu)點，強調(diào)效率與效果并重，是BIM技術(shù)的具體實現(xiàn)，是對傳統(tǒng)管理方式改進的落地應(yīng)用。業(yè)務(wù)應(yīng)用體系是一個開放的體系，為鐵路工程建設(shè)多邊群體提供互動機制，利用多樣化的供應(yīng)滿足多樣化的需求，構(gòu)建具有成長潛力、多方共贏的生態(tài)體系，轉(zhuǎn)變鐵路工程建設(shè)信息化發(fā)展模式。

2.5 標準規(guī)范體系

標準體系是鐵路工程建設(shè)管理框架的基礎(chǔ)和依據(jù)，其制定目標則是實現(xiàn)鐵路工程建設(shè)的標準化管理。工程建設(shè)管理標準規(guī)范體系是一個多元維度的體系結(jié)構(gòu)，其維度劃分見圖3。

多維度的標準體系涵蓋鐵路工程建設(shè)各方面，不同維度的標準通過標準接口體系對接，從而構(gòu)成完整的中國鐵路工程建設(shè)標準體系。標準體系的構(gòu)建為整合鐵路全產(chǎn)業(yè)鏈資源，對產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)精準把控，促進鐵路產(chǎn)業(yè)整體提升，發(fā)揮鐵路產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，保障各個階段間信息的高效流轉(zhuǎn)和利用提供了標準依據(jù)，有力推動鐵路工程建設(shè)進入標準化建造和管理新階段。

2.6 管控保障體系

管控體系是鐵路工程建設(shè)管理框架的頂層制度，服務(wù)于鐵路BIM建設(shè)戰(zhàn)略規(guī)劃。管控保障體系主要有4大要素：組織結(jié)構(gòu)保障、管理制度保障、激勵機制保障、人才隊伍保障。組織結(jié)構(gòu)保障是運行載體，管理制度保障是前提，激勵機制保障是助力，人才隊伍保障是源泉。

管控保障體系是對傳統(tǒng)組織方式、管理模式和工程建設(shè)過程的革新，是BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)應(yīng)用的重要保障。為適應(yīng)基于BIM技術(shù)的工程建設(shè)管理模式，建立了開放的數(shù)據(jù)接口體系,制定了一系列的專業(yè)管理辦法和機制,明確了信息化管理條件下的職責(zé)、崗位設(shè)置、專業(yè)管理要求、人才制度、信息流轉(zhuǎn)機制等,在基于標準化管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合BIM技術(shù)的發(fā)展，為鐵路工程建設(shè)管理提供保障。

3 基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理實踐

BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)實踐中擔(dān)當(dāng)約來越重要的角色，且存在巨大的發(fā)展需求，具備成長潛力。在基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理總體框架下，經(jīng)過多年的探索與實踐，鐵路工程建設(shè)管理取得了顯著成效。

3.1 項目群協(xié)同管理

當(dāng)前鐵路工程項目不再是簡單的單項目，而是由多個項目組成的項目群。項目群管理需要涵蓋工程對象、目標、流程、技術(shù)等全要素，在多維度上對質(zhì)量、安全、進度、資金等進行整合式管理，應(yīng)用BIM技術(shù)將相互關(guān)聯(lián)的項目構(gòu)成一個整體，實現(xiàn)多參與方、全階段、多要素的系統(tǒng)協(xié)同管理，對高質(zhì)量地建設(shè)好鐵路工程項目至關(guān)重要[8]，從而達到工程項目的全局優(yōu)化提升項目整體水平，見圖4。

(1) 實現(xiàn)多項目集中工程調(diào)度和多維度決策分析

通過建立總公司、建設(shè)單位、指揮部和標段四級調(diào)度系統(tǒng)，將鐵路工程建設(shè)過程中工作層關(guān)注的零散碎片化信息進行遴選，并且利用統(tǒng)一的數(shù)字化交班與決策支持系統(tǒng)等手段，整合出建設(shè)管理層最為關(guān)注的工程進度、質(zhì)量安全、作業(yè)總覽、紅線預(yù)警、投資完成等信息提取，便于管理層在海量數(shù)據(jù)中獲取關(guān)鍵信息，滿足最短時間內(nèi)掌握最關(guān)鍵信息的愿望，實現(xiàn)指令、信息、統(tǒng)計、報告等的電子化上傳下達和應(yīng)急事件信息的及時傳遞。

(2) 自由組合靈活調(diào)整的區(qū)域化督導(dǎo)管理

區(qū)域化督導(dǎo)管理把參建單位的不良行為、標準化管理和信息化應(yīng)用考核等三項內(nèi)容進行綜合集成，對各項目部的施工日志填報率、數(shù)據(jù)實時上傳兌現(xiàn)率、質(zhì)量安全風(fēng)險問題處置率等數(shù)據(jù)自動抓取并量化，通過建立全路聯(lián)網(wǎng)的面向個人和企業(yè)的違規(guī)行為扣分機制，建立統(tǒng)一完備的從業(yè)人員履歷庫和信用庫。強化現(xiàn)場上崗人員資質(zhì)管理，杜絕無資質(zhì)人員違規(guī)進場，及時發(fā)現(xiàn)參建人員的歷史從業(yè)污點，實現(xiàn)隨時調(diào)閱信用評價全過程的分數(shù)和相關(guān)記錄。數(shù)據(jù)真實可靠，不可更改，避免信用評價暗箱操作和人為干預(yù)，實現(xiàn)了陽光操作，公正透明，一定程度上預(yù)防了腐敗問題的發(fā)生。

(3) 網(wǎng)絡(luò)化資源調(diào)配

網(wǎng)絡(luò)化資源配置應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)，以指導(dǎo)性施工組織、實施性施工組織為統(tǒng)領(lǐng)構(gòu)建兩級資源配置體系，推動單位生產(chǎn)力調(diào)優(yōu)和提升。網(wǎng)絡(luò)化資源配置結(jié)合電子施工日志和圖形化周報，對重難點項目(控制性工程)開展施工組織紅線管理及預(yù)警體系分析，構(gòu)建全路集中統(tǒng)一的施工組織跟蹤與分析體系。

通過指導(dǎo)性施工組織將各專業(yè)施工節(jié)點計劃與自動抓取電子施工日志的進度信息進行比對，推演全線各專業(yè)工程總量、開累完成量、完成百分比及剩余工程，采用形象進度圖、計劃甘特圖展示工期預(yù)警，及時督促施工單位加強資源調(diào)配，嚴格落實施工組織節(jié)點工期，實現(xiàn)從全線總體到各標段詳細的進度評估并進行紅黃燈預(yù)警。利用全路共享的信息平臺建立大型機械裝備、專業(yè)隊伍以及物資材料的閑置及租用信息，根據(jù)工程施工路徑和工期安排，確定工程重點難點，有效提升資源配置效率，及時調(diào)整資源配置和工作部署，使得進度管理更加敏銳化、形象化、智能化。在鋪軌階段和聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，通過對項目群的統(tǒng)籌，綜合考慮各項目的工程特點、工期要求、線路長短等，利用總公司統(tǒng)一的資源配置能力，開展全路資源網(wǎng)絡(luò)的調(diào)配,統(tǒng)一長軌運輸、機車運用等情況。

3.2 單項目云化建管

綜合利用BIM+云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)項目各參與方，建立覆蓋全國的多層級開放式云平臺。平臺涵蓋建設(shè)過程中數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、分析等全過程，能夠打破信息壁壘、消除信息孤島，解決項目各參與方溝通不暢、變更頻繁、信息不一致等問題。通過“平臺+應(yīng)用”的方式，構(gòu)建基于移動互聯(lián)的線網(wǎng)管理、以進度質(zhì)量安全相互校核數(shù)據(jù)治理、各干系人共同決策共同負責(zé)的現(xiàn)場管控，實現(xiàn)建設(shè)信息資源高度共享和應(yīng)用，以及對建設(shè)管理目標全過程、全要素、全專業(yè)的全生命周期精細化管控。單項目云化建管體系見圖5。

(1) 基于移動互聯(lián)的線網(wǎng)管理

鐵路工程是線性工程，線路長、施工作業(yè)面多、范圍廣、彼此間距離遠，難以利用局域網(wǎng)進行現(xiàn)場生產(chǎn)管理?；谝苿踊ヂ?lián)的線網(wǎng)管理通過移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將工程建設(shè)各參與方互聯(lián)成網(wǎng)，其設(shè)備易于攜帶和隨時隨地使用，以使現(xiàn)場數(shù)據(jù)能夠傳輸及時?，F(xiàn)場施工和項目管理者只需隨身攜帶一部移動設(shè)備并連上網(wǎng)絡(luò)，任意時間、地點就能獲取項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，扁平了項目管理，可減少各單位溝通協(xié)調(diào)時間，提高溝通效率，極大釋放建設(shè)、監(jiān)理、施工管理者時間和精力，使專業(yè)管理和組織管理逐步走向協(xié)同一致，使各干系人同心同向，專注現(xiàn)場管理確保工程安全質(zhì)量。

(2) 實現(xiàn)以進度質(zhì)量安全相互校核的數(shù)據(jù)治理

以進度數(shù)據(jù)為主線，質(zhì)量安全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為核心，開展各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合貫通及校核分析，使管理者面上管理和點上施工逐步一致，簡化管理層級，提高決策效率，使管理者直面現(xiàn)場，讓作業(yè)者更加專注作業(yè)要點。

安全管理從風(fēng)險識別和研判入手，監(jiān)測風(fēng)險發(fā)生的時間、位置和級別，通過平臺不同維度綜合分析，進行風(fēng)險分析、預(yù)警分發(fā)、問題處置和事后追溯。同時對按時監(jiān)測進行有效監(jiān)督，以強大的分析統(tǒng)計功能，快速定位風(fēng)險源，實現(xiàn)對安全風(fēng)險宏觀全面的掌控。基于云化建設(shè)管理將現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)進行集中存儲管理，依托于嚴格的數(shù)據(jù)治理，通過云計算資源進行高效、快速關(guān)聯(lián)計算分析，從橫向、縱向等多角度進行貫通分析，進行數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)校核，從而實現(xiàn)基于多數(shù)據(jù)源的安全風(fēng)險分析與識別。

質(zhì)量管理以現(xiàn)場監(jiān)測軟件設(shè)備為手段，以閉環(huán)管理為抓手，依托信息化平臺開展進度數(shù)據(jù)與質(zhì)量數(shù)據(jù)融合對比，及時提醒、發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題的薄弱點，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)做未做的情況，實現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)、傳遞、提醒和閉環(huán)處置。通過多角度、多維度統(tǒng)計分析功能，總體把控問題導(dǎo)向，實現(xiàn)全面有重點的質(zhì)量監(jiān)督管理。

以隧道安全數(shù)據(jù)為例，通過和進度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，掌握隧道開挖、仰拱、二襯的最新進度，結(jié)合圍巖量測、超前地質(zhì)預(yù)報和隧道步距等模塊數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圍巖量測應(yīng)測與實測對比、超前地質(zhì)預(yù)報的應(yīng)報與實報對比、步距超限對比，同時通過單作業(yè)安全風(fēng)險多因素疊加分析，及時了解隧道風(fēng)險綜合預(yù)警，而非單項指標預(yù)警，為建設(shè)施工管理提供更加準確的信息，讓管理者和作業(yè)者統(tǒng)籌掌握隧道前后各方的風(fēng)險情況，提前采取相關(guān)處置措施，降低隧道施工的風(fēng)險。

(3) 形成各干系人共同決策共同負責(zé)的現(xiàn)場管控機制

以一線施工數(shù)據(jù)為發(fā)端，形成現(xiàn)場作業(yè)者第一時間掌握、處置，各級管理者聯(lián)防協(xié)查，分級負責(zé)的工作機制，將全路各級管理干部和專業(yè)技術(shù)人員的知識和智慧集中在一個平臺之上，形成互相學(xué)習(xí)、相互提高的專業(yè)化管理氛圍，強化了現(xiàn)場管理水平。

以隧道圍巖量測報警問題為例，采用變形總量和變形速率對隧道安全進行等級管理。在變形總量方面，根據(jù)隧道圍巖變形量將預(yù)警等級分為兩級，即紅色和黃色預(yù)警。當(dāng)Ⅲ級圍巖變形量超過80 mm，Ⅳ級圍巖變形量超過100 mm，Ⅴ，Ⅵ級圍巖變形量超過150 mm將出現(xiàn)紅色預(yù)警，此時將會暫停施工，增設(shè)橫、豎支撐進行搶險，再進行后續(xù)施工時，將加強支護，調(diào)整施工工法；當(dāng)Ⅲ級圍巖變形量在40～80 mm，Ⅳ級圍巖變形量在50～100 mm，Ⅴ，Ⅵ級圍巖變形量在75～150 mm時，將會出現(xiàn)黃色預(yù)警，此時需加強監(jiān)測，必要時采用網(wǎng)噴混凝土等措施進行補強。在變形速率方面，測點位移速率大于等于5 mm/d，由監(jiān)理工程師組織施工現(xiàn)場分析原因并采取措施；當(dāng)速率連續(xù)2 d大于10 mm/d時，由監(jiān)理單位組織施工單位進行原因分析和制定措施并上報建設(shè)單位批準；當(dāng)速率大于15 mm/d時由建設(shè)單位組織設(shè)計、監(jiān)理和施工單位進行原因分析并制定措施。通過圍巖量測變形報警數(shù)據(jù)，形成各干系人共同、分級負責(zé)，通過利用信息化平臺將全路的隧道監(jiān)控量測信息進行統(tǒng)一分析管理，形成工程建設(shè)問題和解決問題方案專家知識庫。這些信息為現(xiàn)場施工、管理人員所共享利用，從而提高參建單位人員專業(yè)知識和現(xiàn)場管理水平。

3.3 單元化數(shù)字建造

應(yīng)用BIM技術(shù)、工程分解技術(shù)，從專業(yè)領(lǐng)域和業(yè)務(wù)活動角度對建造項目進行劃分，優(yōu)化傳統(tǒng)的工作模式和管理流程，推進以構(gòu)件、零件、組合件為核心的建造模式。鐵路工程實體的單元劃分，線下工程按工序、站房工程按流水段、四電工程按系統(tǒng)的單元劃分，通過建立建造單元的編碼體系和表達規(guī)范，實現(xiàn)工程實體和設(shè)備的單元化、規(guī)范化管理，見圖6。

(1) 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化施工

采用基于BIM技術(shù)的數(shù)字化施工技術(shù)，形成鐵路包括路基、橋梁、隧道工程建設(shè)過程中設(shè)計、施工、檢測各個環(huán)節(jié)的所有過程數(shù)據(jù)傳遞、存儲和共享，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的實時掌控，以及歷史數(shù)據(jù)的回溯，確保施工質(zhì)量。利用高精數(shù)據(jù)傳感器自動獲取關(guān)鍵質(zhì)量過程數(shù)據(jù)和重要質(zhì)量參數(shù)，如連續(xù)壓實值、路基沉降量；利用北斗定位系統(tǒng)在鐵路工程建設(shè)中開展人員、機械精確定位，開展原材料運輸?shù)穆窂礁櫡治觯_展鋪軌期站前、站后施工交叉作業(yè)的安全提醒；利用高精測量等技術(shù)實現(xiàn)對施工成品構(gòu)件的快速檢測及實現(xiàn)施工過程的數(shù)字化；利用BIM仿真模擬技術(shù)開展關(guān)鍵工序的方案優(yōu)化與完善；利用三維激光掃描技術(shù)開展隧道的斷面質(zhì)量檢測、超欠挖分析與圍巖監(jiān)測等工作?；贐IM的數(shù)字化施工將施工期間的全過程的數(shù)字信息集成，逐步豐富和完善鐵路數(shù)字孿生系統(tǒng)。

(2) 可視化外業(yè)管理

BIM、GIS、無人機攝影、三維激光掃描、二維碼等技術(shù)為可視化外業(yè)管理提供了技術(shù)支撐。通過大范圍多角度立體觀測對數(shù)據(jù)進行交互處理，建立三維鐵路虛擬環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像的形式進行可視化、單體化管理，實現(xiàn)對進度、環(huán)水保、征地拆遷、隱蔽工程等外業(yè)的實時精準管理與控制。

利用傾斜攝影技術(shù)實現(xiàn)橋梁、路基、大臨、軌道、四電等設(shè)備、設(shè)施的實景建模，與鐵路實景BIM模型單體分離、構(gòu)筑物實體對照等，實現(xiàn)物理實體與信息虛體的比對分析演算。對于隧道、站房等封閉空間利用三維激光掃描技術(shù)，直接得到真實物體表面的空間采樣點，即點云數(shù)據(jù)，利用點云數(shù)據(jù)重構(gòu)三維物體表面，通過在多個方向和角度對同一物體掃描，實現(xiàn)對多視點云的拼接，從而完成三維物體數(shù)據(jù)整合。

(3) 正向的內(nèi)業(yè)管理

鐵路建造內(nèi)業(yè)管理過程需要滿足各種復(fù)雜組織方式和施工環(huán)境等場景要求，通過建立基于BIM模型的編碼體系、可信認證、竣工檔案電子化要求內(nèi)業(yè)管理模式，實現(xiàn)成檢表、施工日志等的正向輸出，基于建造過程中內(nèi)業(yè)的編制、傳遞、版本管理，形成建造過程的精細化管控，真實記錄和管理建造過程的安全、質(zhì)量、進度、投資等情況，避免人為造假竣工資料，脫離建造實際。

構(gòu)建基于二維圖和基于BIM技術(shù)的數(shù)字化成果交付、審查和存檔等的內(nèi)業(yè)管理模式，完善工程竣工備案模式，為建設(shè)、施工、監(jiān)理、設(shè)計等參建單位提供文檔創(chuàng)建、流轉(zhuǎn)、歸檔和個性化服務(wù)。改進鐵路建造信息資源的獲取和表達方式，探索知識管理和發(fā)展模式，推進數(shù)字檔案建設(shè)，完善知識庫，實現(xiàn)知識的共享，充分挖掘和利用知識的價值，強化鐵路建造知識管理，支撐鐵路智能建造。

3.4 全壽命數(shù)字管理

遵循全壽命周期管理理念，通過建立超高模擬度的產(chǎn)品、資源、數(shù)據(jù)和建造工序流程等虛擬仿真模型，將全要素、全過程虛實映像進行融合，推行三階段兩交付模式，以BIM模型協(xié)同設(shè)計為源頭，開展二三維一體化設(shè)計交付、數(shù)字化施工、竣工交付，實現(xiàn)貫穿由設(shè)計到交付、運維的全生命周期數(shù)據(jù)傳遞，達到全過程持續(xù)迭代優(yōu)化。

(1) 基于施工圖的設(shè)計交付

傳統(tǒng)的設(shè)計資料交付采用紙質(zhì)文檔和光盤結(jié)合的線下交付模式，文件交付后歸檔困難，設(shè)計數(shù)據(jù)信息利用率低。采用松耦合的Web服務(wù)技術(shù)，實現(xiàn)與基于BIM技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)集成，實現(xiàn)與管理門戶系統(tǒng)集成以及設(shè)計交付系統(tǒng)與BIM模型應(yīng)用的數(shù)據(jù)同步。利用基于BIM技術(shù)的二三維一體化設(shè)計交付模式，將傳統(tǒng)的二維施工圖紙、文檔、表格交付與三維的BIM信息數(shù)據(jù)交付相結(jié)合，并以設(shè)計單元為單位進行資料歸檔管理，建立BIM模型、圖紙和文檔的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使設(shè)計單位提交的數(shù)據(jù)資料能夠被有效的管理和利用。

(2) 基于建維一體化的竣工交付

在竣工驗收階段，將鐵路建設(shè)過程中形成的設(shè)計資料、過程資料、竣工驗收資料、BIM模型等數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成，竣工驗收的竣工文件由建設(shè)管理平臺生成并存儲，按照運維管理的需求，生成運維管理數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)建設(shè)管理向運維管理的轉(zhuǎn)化，形成鐵路建設(shè)全過程的數(shù)字化產(chǎn)品。通過建設(shè)階段的數(shù)字化移交和體系轉(zhuǎn)換，將BIM模型承載的建設(shè)管理過程信息無縫轉(zhuǎn)移到基于BIM技術(shù)的運維管理平臺，完成建設(shè)模型向運維模型的轉(zhuǎn)化，為基礎(chǔ)設(shè)施運維提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與展望

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理打通了智能建造領(lǐng)域的信息傳遞路徑，奠定了智能化建造的基礎(chǔ)。本文以實現(xiàn)工程管理的宏觀把控和精益協(xié)調(diào)為目標，提出基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理內(nèi)涵，系統(tǒng)構(gòu)建協(xié)同管理理論框架，深入開展應(yīng)用實踐，為鐵路工程建設(shè)現(xiàn)代化管理提供了一套完整的解決方案。

(1) 深度融合以BIM技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)，創(chuàng)新鐵路工程建設(shè)管理理念。利用BIM技術(shù)對工程實體信息的多層次表達和集成優(yōu)勢，在工程建設(shè)各階段分別疊加對應(yīng)過程信息，通過一體化信息平臺承載鐵路工程建設(shè)管理全生命周期信息模型，實現(xiàn)對客觀世界的數(shù)字化直觀表達。

(2) 明確基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理框架，突出協(xié)同管理核心價值。中國鐵路工程建設(shè)管理充分吸收現(xiàn)代管理理念，突破傳統(tǒng)的以組織管理為主體的管理模式，建立以信息流為主體的多方協(xié)同管理框架。在標準統(tǒng)一、管控制約、技術(shù)工具的支撐下充分發(fā)揮工程建設(shè)中的組織、階段、資源因素的相互作用，實現(xiàn)項目協(xié)同、階段協(xié)同、專業(yè)協(xié)同、任務(wù)協(xié)同，優(yōu)化工程項目管理。

(3) 落地鐵路工程建設(shè)現(xiàn)場管理應(yīng)用，實證基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理架構(gòu)。將鐵路工程建設(shè)協(xié)同管理方法應(yīng)用于實際工程項目中，針對項目群協(xié)同、全體系管控、數(shù)字化施工等多個層面進行豐富實踐，凸顯了其在中國鐵路工程建設(shè)管理中的重要價值。

基于BIM技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理體系在技術(shù)發(fā)展中不斷完善，必將與鐵路工程實踐深入結(jié)合，向縱深發(fā)展，將覆蓋鐵路勘察、設(shè)計、施工、運維全過程，涵蓋橋梁、隧道、路基、站房、四電等全專業(yè)，涉及設(shè)計、施工、建設(shè)管理、運營維修等全體人員。BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展，引發(fā)了鐵路工程建設(shè)的一場革命，有力地推動了中國鐵路建設(shè)朝著智能建造方向邁進。