BIM技術(shù)在地鐵施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

徐惠云

摘要：城市地鐵的建設(shè)對(duì)我國(guó)社會(huì)發(fā)展能起到積極的促進(jìn)作用。文章綜合分析地鐵施工建設(shè)的特點(diǎn)和主要風(fēng)險(xiǎn)因素，在已有研究的理論基礎(chǔ)上構(gòu)建基于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理模型，并且結(jié)合BIM技術(shù)及其他信息技術(shù)對(duì)地鐵施工進(jìn)度易滯后問(wèn)題進(jìn)行應(yīng)用分析，為提高地鐵施工進(jìn)度提供參考依據(jù)。

Abstract： The construction of urban subway can play an active role in promoting the social development of China. The article comprehensively analyzes the characteristics and main risk factors of subway construction. It then builds a construction schedule risk management model with the help of BIM-based database based on existing research theory. In addition， the application of BIM technology and other information technology is analyzed for the problem of easy lag on subway， providing reference for improving the subway construction progress.

關(guān)鍵詞：BIM;地鐵施工;風(fēng)險(xiǎn);管理

Key words： BIM;subway construction;risks;management

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17;X947 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0224-03

0 ?引言

城市地鐵是高密度、特大型、綜合性軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)，其建設(shè)要求高、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、機(jī)械種類(lèi)繁多等特點(diǎn)使得城市地鐵施工困難，建設(shè)周期長(zhǎng)。城市地鐵的施工進(jìn)度的滯后不斷加大了施工成本，同時(shí)也阻礙了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，影響了居民的生活質(zhì)量。因此，加強(qiáng)地鐵的風(fēng)險(xiǎn)管理，做到事前、事中、事后的控制，對(duì)于提高地鐵施工進(jìn)度具有重要意義。目前，BIM技術(shù)的發(fā)展在我國(guó)建設(shè)行業(yè)逐漸成熟。BIM技術(shù)具有參數(shù)化建模功能和施工模擬功能，應(yīng)用BIM技術(shù)能有效解決地鐵施工中存在的一些問(wèn)題[1]。然而，當(dāng)前BIM應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)管理方面的研究不多。陳一鳴等[2]基于BIM技術(shù)構(gòu)建PPP項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)，對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和控制;秦松華等[3]基于BIM和AR技術(shù)建立風(fēng)險(xiǎn)管理模型，并探討了該模型的應(yīng)用效果，驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)管理的效率和準(zhǔn)確率;陳明欣[4]分析了BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目各階段風(fēng)險(xiǎn)管理中的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，以盾構(gòu)法施工為例，分析論證了BIM技術(shù)結(jié)合其他信息技術(shù)在地鐵盾構(gòu)法施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用，為有效縮短地鐵建設(shè)周期提供參考價(jià)值。

1 ?城市地鐵施工項(xiàng)目的特點(diǎn)及地鐵施工影響進(jìn)度的主要風(fēng)險(xiǎn)集

1.1 城市地鐵施工項(xiàng)目的特點(diǎn)

城市地鐵施工項(xiàng)目由于其特殊的建設(shè)地理位置，其施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上建筑項(xiàng)目的施工。城市地鐵一般建設(shè)于城市的繁華地帶，以此緩解城市交通壓力，改善居民生活，提高生活質(zhì)量，同時(shí)也能推動(dòng)城市的全面發(fā)展。地鐵施工的主要特點(diǎn)如下：

①施工環(huán)境復(fù)雜。城市地鐵施工項(xiàng)目不同與其它地上建筑物的施工，其附近地上建筑眾多，人車(chē)流量大，由于其特殊的建設(shè)地理位置導(dǎo)致其施工場(chǎng)地狹小，空間有限，建設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管線(xiàn)分部密集，安裝難度大，施工周期長(zhǎng)。因此，在地鐵施工中對(duì)管理人員和施工人員的綜合素質(zhì)以及施工設(shè)計(jì)等都提出了更高的要求。

②項(xiàng)目參建單位眾多且涉及的專(zhuān)業(yè)復(fù)雜，工程管理難度大。城市地鐵施工包括土方開(kāi)挖，軌道、站臺(tái)、站廳等建設(shè)，其任務(wù)繁重，涉及的參建單位包括土建、機(jī)電、結(jié)構(gòu)等多達(dá)數(shù)十家，其中專(zhuān)業(yè)就有40多個(gè)。因此，各參與方之間的信息傳遞和溝通難度大，對(duì)項(xiàng)目的工程管理要求高。

③施工風(fēng)險(xiǎn)大。地下土方的開(kāi)挖會(huì)影響地上附近的建筑物，路面、綠化、管線(xiàn)等;基坑支護(hù)不當(dāng)會(huì)引起地面坍塌;排水系統(tǒng)不合理會(huì)導(dǎo)致潛水排污泵堵塞而發(fā)生基坑積水現(xiàn)象等。不難看出，地鐵施工相對(duì)于地上建筑施工而言，其現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)顯著加大。

1.2 影響地鐵施工進(jìn)度的主要風(fēng)險(xiǎn)因素

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是識(shí)別項(xiàng)目施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素以及項(xiàng)目外部與項(xiàng)目?jī)?nèi)部相互作用產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，分析，評(píng)估，采取有效措施，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率或者減少風(fēng)險(xiǎn)造成的損失[4-5]。本文通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，以盾構(gòu)法施工為例，采用歸納總結(jié)法和系統(tǒng)分析法找出影響地鐵施工進(jìn)度的主要風(fēng)險(xiǎn)因素[5-9]如表1。

2 ?基于BIM技術(shù)的地鐵施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理模型的構(gòu)建

地鐵施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理是基于BIM技術(shù)，以BIM數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，依托BIM的相關(guān)軟件（如：Revit Architecture、Project、4D技術(shù)等）建立模型[2、10-12]，然后在地鐵施工過(guò)程中進(jìn)行危險(xiǎn)分析、概率估算、隨機(jī)試驗(yàn)、仿真處理等方法在地鐵施工過(guò)程中對(duì)進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制，以此降低施工返工率，提高地鐵施工進(jìn)度[2]。文章基于BIM的地鐵施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理總模型如圖1所示。

①BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。文章通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，參考互聯(lián)網(wǎng)信息以及收集以往類(lèi)似已完工的地鐵施工案例，將這些信息儲(chǔ)存在BIM中，形成BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)有新信息出現(xiàn)時(shí)，相關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行更新和維護(hù)。那么當(dāng)新的地鐵項(xiàng)目施工時(shí)，就可以與BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的信息進(jìn)行對(duì)比分析。

②建立BIM模型，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素。各參與單位根據(jù)自身需求構(gòu)建自己的BIM模型，然后參照BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行相關(guān)的模擬仿真，分析仿真結(jié)果，導(dǎo)出風(fēng)險(xiǎn)因素集，在IFC標(biāo)準(zhǔn)格式的基礎(chǔ)上處理風(fēng)險(xiǎn)因素。

③利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析法，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法，層次分析法等評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，然后將預(yù)測(cè)的信息導(dǎo)入BIM模型中。通過(guò)專(zhuān)家及相關(guān)工作人員進(jìn)行分析和判斷，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素所帶來(lái)的損失和項(xiàng)目能承受風(fēng)險(xiǎn)的能力，并及時(shí)商榷制定相應(yīng)的對(duì)策應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率，在縮短工期的同時(shí)，也能降低施工成本。

3 ?BIM技術(shù)在城市地鐵施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用研究

地鐵工程具有施工要求嚴(yán)格，投資金額龐大，建設(shè)周期長(zhǎng)，施工空間局促，涉及參建單位眾多且復(fù)雜的特點(diǎn)。因此，在地鐵施工中，很容易出現(xiàn)溝通障礙，各專(zhuān)業(yè)協(xié)同不暢，面臨的風(fēng)險(xiǎn)大，造成施工周期增加。BIM應(yīng)用于項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理中，使高效率的施工管理成為了可能，有利于縮短施工周期。

3.1 BIM信息集成加強(qiáng)地鐵施工中各參建單位和各專(zhuān)業(yè)之間的交流與協(xié)作

城市地鐵施工過(guò)程中涉及到多個(gè)單位和多個(gè)專(zhuān)業(yè)參與，如業(yè)主、監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)、采購(gòu)等多個(gè)單位，巖土、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、機(jī)電等多個(gè)專(zhuān)業(yè)[13]。各單位以及各專(zhuān)業(yè)之間相互協(xié)作是保證施工順利進(jìn)行的重要前提。BIM技術(shù)具有信息集成功能，能構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)，將各單位和各專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)信息集統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)的IFC格式，相關(guān)人員可以在自己的平臺(tái)上查看相關(guān)的信息，必要時(shí)進(jìn)行修改和上傳，及時(shí)實(shí)現(xiàn)信息的共享和傳遞。例如，當(dāng)預(yù)先設(shè)定的軌道開(kāi)挖路線(xiàn)在實(shí)際施工過(guò)程中由于某種風(fēng)險(xiǎn)的存在需要變動(dòng)時(shí)，軌道專(zhuān)業(yè)的工作人員只需要把相關(guān)信息輸入BIM模型中，其他專(zhuān)業(yè)人員就可以通過(guò)BIM平臺(tái)的信息共享及時(shí)制定處理方案應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，提高施工進(jìn)度。

BIM使地鐵施工中各參建單位及各專(zhuān)業(yè)人員由傳統(tǒng)一對(duì)多的交流模式轉(zhuǎn)變成一對(duì)一信息傳遞的方式，保證了信息的時(shí)效性，有效解決了信息傳遞的缺失和信息傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。基于BIM平臺(tái)各參建單位各專(zhuān)業(yè)的信息共享平臺(tái)如2圖所示。

3.2 BIM技術(shù)對(duì)地鐵施工資源的動(dòng)態(tài)跟蹤

地鐵施工空間的有限性，使得物資的堆放，機(jī)械的出入，人員的容納相對(duì)于地上施工項(xiàng)目來(lái)說(shuō)難度加劇。而且，由于地鐵施工本身的工作量大，傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理無(wú)法兼顧對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)材料進(jìn)行跟蹤管理。然而，BIM可以?huà)旖由虅?wù)、物資、合約等資料，使設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)，機(jī)械排班，勞動(dòng)力配置等情況更加清晰合理。除此以外，BIM技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)[14]，各類(lèi)電子設(shè)備，如GPS、RFID（無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別電子標(biāo)簽）、紅外線(xiàn)等結(jié)合應(yīng)用到項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理中，可以清晰地掌握現(xiàn)場(chǎng)施工情況，并根據(jù)反饋的現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)實(shí)信息對(duì)地鐵施工過(guò)程中的資源使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，使施工中各項(xiàng)工作安排更加經(jīng)濟(jì)合理，從而加強(qiáng)了對(duì)施工進(jìn)度及質(zhì)量的管理。例如：盾構(gòu)機(jī)何時(shí)推進(jìn)以及推進(jìn)的程度;不同地質(zhì)情況下盾構(gòu)機(jī)的種類(lèi)和規(guī)格的選擇等。BIM技術(shù)和其他技術(shù)的結(jié)合使各參建單位更好的掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的可視資料和靜、動(dòng)態(tài)信息，減少?zèng)Q策和處理的時(shí)間，便于資源得到合理安排，有效保證了施工進(jìn)度，節(jié)約成本。

3.3 BIM技術(shù)有助于合理安排施工計(jì)劃

地鐵施工規(guī)模大，施工過(guò)于復(fù)雜，受場(chǎng)地限制許多專(zhuān)業(yè)要在有限的空間各自開(kāi)展不同的專(zhuān)業(yè)工作，因此對(duì)進(jìn)度計(jì)劃管理要求高。傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計(jì)劃是由相關(guān)干系人進(jìn)行編制，因此進(jìn)度控制容易受到人為因素的干擾，不可避免會(huì)出現(xiàn)工序間的邏輯錯(cuò)誤，造成工期延誤。然而，BIM可以通過(guò)Autodesk Navisworks或Trimble Vico Office等工作方式進(jìn)行輔助進(jìn)度編制，也可以通過(guò)Asta Powerproject BIM等直接編制進(jìn)度計(jì)劃。這幾種編制方式可以使進(jìn)度邏輯更加合理、暢通。而且，BIM技術(shù)將時(shí)間和空間信息進(jìn)行整合，在原有的3D基礎(chǔ)上形成4D模型，利用4D可視化技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬地鐵施工過(guò)程。通過(guò)BIM四維施工模擬，施工方和業(yè)主方及其他項(xiàng)目參與方可以清晰直觀(guān)地了解整個(gè)施工環(huán)節(jié)的施工進(jìn)度，施工工序的合理性以及技術(shù)工藝的適用性。將BIM模型和進(jìn)度編制結(jié)合成整理，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的沖突，并將模型模擬情況與實(shí)時(shí)進(jìn)度不斷進(jìn)行對(duì)比分析，尋找相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，再采取應(yīng)對(duì)措施消除風(fēng)險(xiǎn)。例如：當(dāng)某一因素或多種因素相互作用導(dǎo)致車(chē)站施工進(jìn)度滯后，未能按時(shí)提供施工場(chǎng)地，那么盾構(gòu)機(jī)就會(huì)被迫采用盾構(gòu)轉(zhuǎn)場(chǎng)、盾構(gòu)調(diào)頭等間接過(guò)站方式，嚴(yán)重增加盾構(gòu)工期壓力，影響整體的施工進(jìn)度。BIM技術(shù)與其他信息技術(shù)的結(jié)合能充分驗(yàn)證施工方案的可行性，極大提高了施工效率，縮短了施工工期。

4 ?結(jié)論

地鐵建設(shè)在我國(guó)各大中小城市的興起，加快了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是施工進(jìn)度的滯后不斷增加了施工成本，也給城市的面貌帶來(lái)嚴(yán)重的影響，降低了居民的生活質(zhì)量。因此，本文的目的是將BIM技術(shù)和其他技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)更科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理，大大緩解施工周期的壓力。這無(wú)論是對(duì)地鐵項(xiàng)目本身，或是城市，或是居民，都是非常有利的。BIM技術(shù)與其他信息技術(shù)的結(jié)合，其功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，不僅僅局限于進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理，還可以應(yīng)用于成本分析，質(zhì)量跟蹤等。推動(dòng)BIM技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的升級(jí)能夠加快建筑行業(yè)的發(fā)展，縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量。

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