軌道交通信息模型管理系統(tǒng)在廣州地鐵施工中的應(yīng)用

田炳權(quán)

(廣東省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，廣州 510080)

1 工程概況

廣州地鐵三號(hào)線機(jī)場(chǎng)北站為三號(hào)線北延段終點(diǎn)站，位于新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓停車大樓以及交通中心的地下層。車站埋深約為17.5 m，總長(zhǎng)約為262.5 m，總寬約為63.8 m，總建筑面積約為27 585 m2。屬于深埋雙層站廳、側(cè)式站臺(tái)站。

廣州地鐵采用BIM 工作平臺(tái)進(jìn)行施工管理，工程的施工部署與傳統(tǒng)施工管理方式存在較大差異，涉及較多新技術(shù)。

2 應(yīng)用情況簡(jiǎn)介

廣州地鐵應(yīng)用基于BIM 的“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”開(kāi)展項(xiàng)目管理工作[1]?！败壍澜煌ㄐ畔⒛Ｐ凸芾硐到y(tǒng)”為業(yè)主、監(jiān)理、施工承包商、集成服務(wù)商及設(shè)備材料供應(yīng)商等各參建方的高效協(xié)同工作提供統(tǒng)一的管理平臺(tái)。為滿足不同用戶、不同使用環(huán)境及不同功能的個(gè)性化應(yīng)用需求，該系統(tǒng)設(shè)置客戶端（C/S）、網(wǎng)頁(yè)端（B/S）及移動(dòng)端（M/S），實(shí)現(xiàn)全方位管理。該系統(tǒng)主要分為資源、進(jìn)度、安全質(zhì)量、檔案資料、考核等幾大功能模塊，對(duì)機(jī)電工程“進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備—施工過(guò)程管理—工程驗(yàn)交—缺陷責(zé)任期”建設(shè)全過(guò)程管理[2]。

3 基于“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”的施工管理

3.1 安全管理

工程安全管理，一直是工程承包企業(yè)工作的重中之重，傳統(tǒng)的安全管理能夠采用的管理手段和工具還非常有限，現(xiàn)在可以通過(guò)BIM 和VR 技術(shù)，為工程安全管理及教育，提供更加便捷的技術(shù)手段[3]?；谡鎸?shí)項(xiàng)目BIM 施工模型，搭建標(biāo)準(zhǔn)化施工工地，在軟件里集成工程中常見(jiàn)易發(fā)的各類工程事故和安全考核要點(diǎn)，通過(guò)VR 交互體驗(yàn)的方式，將工程事故進(jìn)行再現(xiàn)。讓工人在虛擬游戲場(chǎng)景中感受生死一瞬，這對(duì)其建立永久的安全意識(shí)是最有效的方法，綁定身份證進(jìn)行實(shí)名考核上崗，將崗前安全教育落在實(shí)處。如圖1 所示。

圖1 安全事故虛擬演練Fig.1 Safety accident virtual practice

臨時(shí)設(shè)施是為工程建設(shè)服務(wù)的，它的布置將影響到工程施工的安全、質(zhì)量和生產(chǎn)效率，三維全真模型虛擬臨時(shí)設(shè)施對(duì)施工單位很有用，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行臨時(shí)設(shè)施的布置及運(yùn)用，還可以幫助施工單位事先準(zhǔn)確地估算所需要的資源，以及評(píng)估臨時(shí)設(shè)施的安全性，是否便于施工以及發(fā)現(xiàn)可能存在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，并根據(jù)所做的施工方案，將安全生產(chǎn)過(guò)程分解為維護(hù)和周轉(zhuǎn)材料等建造構(gòu)建模型，將它們的尺寸、重量、連接方式、布置形式直接以建模的形式表達(dá)出來(lái)，選擇施工設(shè)備、機(jī)具，確定施工方法，配備人員。通過(guò)建模，可以幫助施工人員事先有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，再深入研究怎樣去施工和安裝。應(yīng)用BIM 技術(shù)，建立地面臨時(shí)設(shè)施模型，合理規(guī)劃場(chǎng)地，臨時(shí)消防設(shè)施的布置，將臨時(shí)動(dòng)力配線、照明配線、視頻監(jiān)控線等所有站內(nèi)臨時(shí)線纜集成在綜合線槽中，避免傳統(tǒng)施工中常見(jiàn)的臨設(shè)頻繁前移帶來(lái)施工成本的增加，還可以同步布置施工場(chǎng)地各種指示標(biāo)志。臨時(shí)設(shè)施采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，可重復(fù)使用，節(jié)約成本，符合綠色環(huán)保施工的理念。如圖2 所示。

圖2 臨時(shí)設(shè)施布置Fig.2 Temporary facility arrangement

按照要求設(shè)置的安全設(shè)施模型中可以直觀表現(xiàn)成各類安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。利用BIM 根據(jù)項(xiàng)目施工計(jì)劃合理布置危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)管理，針對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)有目的地做好防護(hù)措施動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)時(shí)更新，逐一做好安全管理的閉環(huán)工作[4]，及時(shí)將安全隱患及防護(hù)措施情況錄入“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”中。利用BIM 技術(shù)來(lái)構(gòu)建安全培訓(xùn)工作數(shù)據(jù)庫(kù)，保證項(xiàng)目施工人員可以在多維的環(huán)境中，不斷熟悉項(xiàng)目施工方法，安全利用各種項(xiàng)目施工機(jī)械?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)僅有安裝工作，減少了大量高空及動(dòng)火作業(yè)，并避免多處設(shè)置生產(chǎn)區(qū)，減少了臨電的私拉亂接現(xiàn)象，滿足臨時(shí)施工規(guī)范[5]要求。如圖3 所示。

與傳統(tǒng)安全管理方式對(duì)比，使用BIM 技術(shù)的安全管理施工現(xiàn)場(chǎng)，安全文明施工環(huán)境明顯提高，有效提高施工人員的安全生產(chǎn)意識(shí)，從而很好的杜絕安全事故的發(fā)生。

圖3 安全設(shè)施模型數(shù)據(jù)庫(kù)Fig.3 Safety facility model database

3.2 質(zhì)量管理

為進(jìn)一步提高施工質(zhì)量，有效減少施工總工期，BIM 小組針對(duì)原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深化設(shè)計(jì)， BIM 模型深化設(shè)計(jì)階段主要有以下幾個(gè)階段。

1) 對(duì)圖紙進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)車站各專業(yè)合模和管線深化設(shè)計(jì)，對(duì)管線碰撞進(jìn)行分類并記錄，簡(jiǎn)單的管線碰撞采取避讓的方式進(jìn)行調(diào)整，涉及重要部位碰撞的，需各方進(jìn)行協(xié)調(diào)做出方案并在模型上審核后方可實(shí)施。

2) 合理調(diào)整機(jī)房設(shè)備管道布局，為保證日后各臺(tái)主機(jī)能有足夠的檢修空間。通過(guò)對(duì)各臺(tái)設(shè)備及管線系統(tǒng)信息的集成，Revit 設(shè)計(jì)軟件對(duì)設(shè)備管道平面布局進(jìn)行合理化調(diào)整，減少管線碰撞，合理美觀布局綜合管線，確保所有設(shè)備要留有足夠的檢修空間，如圖4 所示。

圖4 綜合管線優(yōu)化碰撞檢查Fig.4 Integrated pipeline optimization collision check

3) 綜合考慮周圍環(huán)境及其他系統(tǒng)管線影響，經(jīng)過(guò)優(yōu)化排布設(shè)備區(qū)走廊的各路系統(tǒng)管線合理排布及分段，將模型構(gòu)件編制生成二維碼、安裝位置及加工信息，便于管段在工廠預(yù)制加工、方便后期運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝，如圖5 所示。

圖5 編制二維碼信息Fig.5 Preparing QR code information

4) 機(jī)房管道裝配化施工，利用BIM 技術(shù)優(yōu)化降阻管路，盡可能減少管道彎頭，降低水阻力，節(jié)省機(jī)房空間，自主完成機(jī)房從精確建模、工廠制造到現(xiàn)場(chǎng)裝配，全過(guò)程解決方案，壓縮施工工期，提高工程質(zhì)量、提升工作效率，如圖6 所示。

圖6 機(jī)房管道裝配化施工流程Fig.6 Equipment room pipeline assembly process

5) 可視化交底：通過(guò)三維能真實(shí)再現(xiàn)施工過(guò)程，將每個(gè)施工細(xì)節(jié)通過(guò)三維軟件展現(xiàn)出來(lái)，提高施工人員的工作效率，使工程施工變的更加簡(jiǎn)單，能有效的將施工技術(shù)通過(guò)三維模型傳遞給施工人員，讓交底不再平面化，如圖7 所示。

6) 套管定位：過(guò)墻套管傳統(tǒng)施工方式是裝修墻體砌筑完成后再進(jìn)場(chǎng)施工，采用后鑿墻、后刨溝等方式。利用BIM 技術(shù)，使用MAGICAD，可以在未砌墻時(shí)就準(zhǔn)確定位套管位置，完成各機(jī)電套管的吊裝，能降低損耗，提高施工效率，如圖8 所示。

圖7 三維可視化交底Fig.7 3D visualization technical presentation

圖8 模型優(yōu)化套管定位Fig.8 Model optimization casing positioning

BIM 施工模型建置完成后，承包商必須依照BIM 模型數(shù)據(jù)來(lái)施工，工程師在現(xiàn)場(chǎng)可以攜帶平板計(jì)算機(jī)，以云端方式打開(kāi)模型現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，或現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)尺寸驗(yàn)證是否合格，亦可以使用數(shù)字相機(jī)拍照比對(duì)方式來(lái)查核施工質(zhì)量[6]。質(zhì)量巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)在模型上“按圖釘”的方式進(jìn)行記錄，并相應(yīng)觸發(fā)整改派工單等一系列流程，整改完成由監(jiān)理確認(rèn)后，整改流程方閉合，完整記錄質(zhì)量問(wèn)題及處理情況，從源頭上消除了大部分的工程質(zhì)量通病，提高工程質(zhì)量。

3.3 進(jìn)度管理

通過(guò)BIM 與Project 施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，將空間信息與時(shí)間信息整合在一個(gè)動(dòng)態(tài)跟蹤可視的4D模型中，進(jìn)行虛擬施工以后，檢查時(shí)間節(jié)點(diǎn)與施工進(jìn)度之間的狀況是否匹配，進(jìn)度計(jì)劃設(shè)定是否合理，工序與工法能否順利以及其進(jìn)行對(duì)工程進(jìn)度的影響程度，這些都可以一一模擬出來(lái)，導(dǎo)成數(shù)據(jù)報(bào)表，進(jìn)行量化分析，從而制定一套切實(shí)可行的施工方案，優(yōu)化管理。

在項(xiàng)目建造過(guò)程中合理制定施工計(jì)劃、精準(zhǔn)掌握施工進(jìn)度，從而對(duì)設(shè)備、材料等優(yōu)化庫(kù)存和進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，對(duì)交叉作業(yè)進(jìn)行合理布置[7]。同時(shí)通過(guò)派工單，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度完成情況反饋回“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”中，與施工計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比、分析糾偏，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度控制管理，以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。派工單是指根據(jù)審批過(guò)的施工計(jì)劃創(chuàng)建派工單，將施工任務(wù)以單的形式創(chuàng)建出來(lái)，包含作為人員信息、設(shè)備材料、工序指引以及安全措施等。對(duì)于日常施工過(guò)程管理，系統(tǒng)以派工單形式為運(yùn)行核心，為建設(shè)方、監(jiān)理方和施工方提供施工過(guò)程信息跟蹤控制功能。具體工程包括：1）通過(guò)派工單指定施工任務(wù)、人員、設(shè)備材料等并提交監(jiān)理方審核，審核通過(guò)后方可施工；2）派工單完成后需要在系統(tǒng)內(nèi)提交相應(yīng)的交付物，并可在模型中顯示施工完成情況，對(duì)未及時(shí)完成施工任務(wù)及時(shí)預(yù)警；3）系統(tǒng)從派工單中提取實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)，并與計(jì)劃進(jìn)度比較，分析工期進(jìn)度情況。此外，系統(tǒng)將根據(jù)每日派工單內(nèi)容自動(dòng)生成施工日志等檔案資料，以形成后期運(yùn)維知識(shí)庫(kù)。

傳統(tǒng)施工管理中，由于各專業(yè)分包人現(xiàn)場(chǎng)管理角度不同，材料設(shè)備進(jìn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)和施工進(jìn)度計(jì)劃各自為政，造成施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面和安裝空間沖突較多，在新的BIM 管理系統(tǒng)中，在施工計(jì)劃的安排上，應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為綱，常規(guī)設(shè)備安裝與裝修為核心，電氣和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)安裝為主線，首先是對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行分析，把與現(xiàn)場(chǎng)不符、不利于項(xiàng)目控制及人力資源沒(méi)有得到良好配置的問(wèn)題，一一羅列。然后再收集各個(gè)班組的實(shí)際工效，根據(jù)他們的工效計(jì)算出這個(gè)版本的計(jì)劃存在不合理問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工效，優(yōu)化流水線路之后，再將施工計(jì)劃轉(zhuǎn)化成人力資源曲線，使曲線盡量平滑，依次修改進(jìn)度計(jì)劃，最后報(bào)上審核。將項(xiàng)目的暖通，給排水，配電和自控系統(tǒng)等BIM 模型建立完成并上傳至平臺(tái)，與進(jìn)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，模型按照進(jìn)度進(jìn)行生成動(dòng)畫(huà)，并可實(shí)時(shí)查詢不同階段所屬進(jìn)度狀況下的工程量情況，與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比對(duì)，分析找出關(guān)鍵線路滯后的原因，有針對(duì)性的協(xié)調(diào)解決相關(guān)問(wèn)題，為施工的順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

3.4 造價(jià)管理

設(shè)計(jì)變更修改反映至BIM 模型中，更新至“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”，并將設(shè)計(jì)變更相關(guān)依據(jù)和資料錄入系統(tǒng)中與模型相關(guān)聯(lián)。通過(guò)添加設(shè)計(jì)變更，可以有效保證BIM 模型的正確性，從而有效避免模型信息落后導(dǎo)致的決策失誤形成返工。系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)變更及查詢功能，每次變更的模型版本和相關(guān)的設(shè)計(jì)文件都將記錄在系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)用新的模型以及模型變更的依據(jù)統(tǒng)一在系統(tǒng)中體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)變更的可追溯性。

工程定額設(shè)置：在BIM 模型統(tǒng)計(jì)出工程量的基礎(chǔ)上，選取相應(yīng)的定額子目。

工程量維護(hù)：對(duì)于模型中未體現(xiàn)的工程量（如試壓、調(diào)試等），添加相關(guān)聯(lián)的定額子目。

工程概預(yù)算：對(duì)應(yīng)的定額子目成生預(yù)算，進(jìn)行人、材、機(jī)價(jià)差調(diào)整及主材設(shè)備價(jià)的錄入。

措施項(xiàng)目計(jì)價(jià)表：對(duì)應(yīng)各專業(yè)的措施項(xiàng)目，可調(diào)整各項(xiàng)措施的費(fèi)率。

工程費(fèi)用表：對(duì)應(yīng)各專業(yè)費(fèi)用表，生成最終的工程造價(jià)。

BIM 技術(shù)以參數(shù)化3D 建模方式衍生出平面、立面、剖面及預(yù)算報(bào)表，協(xié)助各專業(yè)數(shù)據(jù)整合，可達(dá)到降低成本、縮短設(shè)計(jì)周期、低圖紙?jiān)O(shè)計(jì)錯(cuò)誤率、高質(zhì)量與快速設(shè)計(jì)變更[8]。

3.5 其他管理

3.5.1 調(diào)試管理

通過(guò)調(diào)試派工單，將單機(jī)調(diào)試、接口調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等各階段的調(diào)試信息錄入系統(tǒng)，并與模型相關(guān)聯(lián)。

3.5.2 檔案資料管理

實(shí)體工程完成后，即刻將相應(yīng)檔案資料錄入“軌道交通信息模型管理系統(tǒng)”中，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及簽字蓋章后的掃描件，實(shí)現(xiàn)檔案資料歸集與工程實(shí)體進(jìn)度同步。

4 總結(jié)

通過(guò)軌道交通信息模型管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)施工項(xiàng)目進(jìn)行全方位管理，能有效的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安全質(zhì)量及施工進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督與管控，并且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息同步更新，保證施工管理安全、提高施工效率、降低施工成本，真正意義上實(shí)現(xiàn)廣州地鐵軌道交通的數(shù)字化、信息化的新型管理理念。