BIM技術(shù)在市政軌道工程建設(shè)中的應(yīng)用

徐建紅

摘 要：隨著近年城市政軌道建設(shè)需求的不斷增加，加之其復(fù)雜性的提升和新技術(shù)的出現(xiàn)，需要一個集成的系統(tǒng)來為工程管理者提供一種方便有效的信息交流方式。從BIM角度出發(fā)，利用多維建模技術(shù)實現(xiàn)面向施工過程各方溝通和決策支持的集成系統(tǒng)。BIM系統(tǒng)是由與工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）和其他結(jié)構(gòu)代碼結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系的可視化工作單元對應(yīng)的3D模型來實現(xiàn)的，這樣就可以在同一個3D模型中集成不同的信息。針對建設(shè)工程信息量大、動態(tài)性強的特點，利用BIM系統(tǒng)集成各方面的最新信息，可以方便地獲取必要的信息，幫助工程管理者進行綜合決策。

關(guān)鍵詞：BIM;市政軌道;工程管理

1 介紹

城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展可以緩解城市交通壓力，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。根據(jù)規(guī)劃，杭州市預(yù)計2022年前建成13條492公里的軌道交通線路。由于軌道交通項目是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到大量的投資和眾多的專業(yè)，因此項目利益相關(guān)者有必要找到一種獲取更多信息的方法，以便做出正確的決策。

BIM模型包含三維幾何信息，當添加到時間因素時，可以可視化地展示項目進度，可以讓用戶動態(tài)地觀察整個施工過程的動態(tài)模擬，同時也是一種控制和優(yōu)化施工進度的方法，管理者可以獲得關(guān)于施工現(xiàn)場及其進度的詳盡信息。再加入了成本、質(zhì)量、風險等參數(shù)，成為一個多維模型，從而描述整個施工過程，允許直接從BIM模型中提取技術(shù)信息，如對象規(guī)范和屬性。BIM技術(shù)大大提高了決策的有效性，有助于實現(xiàn)項目的多目標優(yōu)化。

2 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)BIM系統(tǒng)的架構(gòu)，建筑信息建模（BIM）技術(shù)可以通過建立三維信息模型來實現(xiàn)，被建設(shè)項目各個階段的利益相關(guān)者所理解，通過三維模型集成進度、成本、安全、質(zhì)量等管理信息，為項目經(jīng)理提供有用的信息。實際上，BIM是大量工程信息數(shù)據(jù)庫的一個附加模型，它把所有的建筑設(shè)計都存儲在幾何信息和相應(yīng)的技術(shù)信息中。以進度管理為例，由于基于BIM已經(jīng)包含了三維幾何信息，并且將時間因素加入到施工進度可視化中，這使用戶可以看到工程的變化，幫助他們控制和優(yōu)化施工過程。

由于BIM已經(jīng)具備了豐富的基本元件信息，如幾何數(shù)據(jù)和工程技術(shù)數(shù)據(jù)。將不同的信息整合后，形成一個信息整合系統(tǒng)。而且可以應(yīng)用于建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計到運營管理的全生命周期，實現(xiàn)統(tǒng)一管理，以統(tǒng)一的方式使用和管理資源，消除不同設(shè)備和地理分布資源的異構(gòu)性。由于設(shè)計圖紙的交付標準是二維的，利用二維轉(zhuǎn)構(gòu)件三維模型作為信息控制單元，可以幫助管理者更準確地了解施工的整體情況，施工管理和運行管理采用表面模型。由于VRML是一種通用的圖形交換標準，將實體模型轉(zhuǎn)換為VRML文檔格式，并通過VRML控件顯示，直接在瀏覽器或移動App上顯示虛擬施工現(xiàn)場，并與設(shè)備組件和建筑元素（如門和窗）交互。

人們對建筑的感知是三維的，而二維圖形的性能是有限的，特別是在處理組件的形狀和大小以及組件之間的空間關(guān)系時?；贐IM的可視化可以更直觀地表達信息。實現(xiàn)了施工過程的實時可視化。

3 功能描述

將工程代碼結(jié)構(gòu)與三維模型連接起來構(gòu)建多維模型，通過將三維模型與工程代碼結(jié)構(gòu)（如WBS、成本分解結(jié)構(gòu)（CBS）和風險分解結(jié)構(gòu)（RBS））相連接來構(gòu)建多維模型。以進度管理為例，現(xiàn)場工程師通常通過WBS計劃來控制項目進度。在WBS計劃中，每個活動都有時間信息和相關(guān)資源。因此，將三維模型與WBS連接起來，可以直觀地顯示項目的進度，同時顯示進度和資源的狀態(tài)。同樣，三維模型和CBS之間的關(guān)系也可以用同樣的方式建立。CBS已經(jīng)被大多數(shù)工程管理者用來跟蹤成本信息。每個CBS項目都有相應(yīng)的采購訂單。價格和承包商信息可以通過采購訂單鏈接到CBS。在建立了CBS與3D模型的連接后，可以在3D模型的基礎(chǔ)上集成成本信息。質(zhì)量和安全信息將以類似的方式添加到模型中。多維模型是可擴展的，即在不影響現(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況下，通過將相關(guān)的代碼結(jié)構(gòu)與3D模型相結(jié)合，可以集成任何擴展信息。需要提供標準的數(shù)據(jù)接口，以實現(xiàn)建設(shè)項目全生命周期不同階段不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。為了實現(xiàn)建模軟件的無縫集成，有一個標準的數(shù)據(jù)接口來導(dǎo)入現(xiàn)有的由AutoCAD等常用工具設(shè)計的三維模型，然后在工具中給出尺寸信息。

需要包括可視化平臺，使所有參與者都能直觀地觀察到三維模型，并在統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上相互交換信息，有利于提高通信效率。使用多種數(shù)據(jù)表達形式，如圖表、報表等，提供已完成數(shù)量的統(tǒng)計和已完成的投資分析，以支持管理決策。

4 實現(xiàn)過程

BIM系統(tǒng)的核心是建立工程的三維信息模型，為了使三維信息模型與實際工程數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，需要定義三維模型的最小控制單元，以保證三維模型能夠與實際施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)交互。城市軌道交通建設(shè)由許多“視覺工作單元”實現(xiàn)，用來顯示項目進度的項目結(jié)構(gòu)組成部分，即城市軌道交通建設(shè)的實體組成部分具有一定的物理形態(tài)，可以用物理單位來衡量。例如，每個隧道施工的標準范圍包括“開挖支護”、“結(jié)構(gòu)防水”等“視覺工作單元”以及“支撐二次襯砌”?！耙曈X工作單元”成為關(guān)鍵的組成部分，需要對“視覺工作單元”進行詳細的設(shè)計。在設(shè)計過程中的每一個“可視化工作單元”都設(shè)置了結(jié)構(gòu)屬性、幾何屬性、相關(guān)資源等信息。“可視工作單元”作為三維模型的最小控制單元，“可視化工作單元”的三維模型元素的建立是基于設(shè)計圖紙的。模型要素包括兩個方面的信息，即建筑要素的幾何信息和管理信息。根據(jù)設(shè)計參數(shù)和設(shè)計圖紙的屬性定義幾何信息。將幾何信息提供給每個“可視化工作單元”后，可以通過將相關(guān)代碼結(jié)構(gòu)連接到三維模型。幾何信息在VRML軟件中定義，管理信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。幾何信息和管理信息通過一棵識別樹連接起來。

首先要進行基于“可視化工作單元”的WBS分解，即軌道交通建設(shè)的“可視化工作單元”需要在項目WBS計劃中顯示。施工進度管理涉及業(yè)主、監(jiān)理單位和施工單位，在整個項目體系中，施工單位控制著最為詳細的施工程序，這些程序是項目的最底層。管理者控制關(guān)鍵里程碑任務(wù)。施工單位管理人員每期末通過綜合系統(tǒng)上報最新的進度信息和施工材料等資源信息。因此，系統(tǒng)可以自動調(diào)整施工進度，并在三維模型中反映出來。管理員將“可視化工作單元”的三維模型與WBS中的施工程序、內(nèi)容和施工單位或供應(yīng)商聯(lián)系起來。因此三維模型的建立是隨著工程的進展而進行的。三維模型項目投資的投資維度隨著不同類型合同的履行而變化。同時，最小信息單元是CBS碼結(jié)構(gòu)。為了在三維模型中反映建筑的投資狀況，第一步是將“可視化工作單元”與CBS聯(lián)系起來。隨著每期結(jié)算工程款的增加，工程投資逐漸增加，三維模型也隨之變化。通過實際投資與實際進度的比較，根據(jù)建設(shè)總概算，采用不同的顏色來表示投資情況。由于城市軌道交通建設(shè)的復(fù)雜性，事故時有發(fā)生。安全在施工管理中占有重要地位。一種有效的方法是對施工過程中的重要結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，工程管理者需要實時了解監(jiān)測情況。實際上，監(jiān)控項可以與RBS的“視覺工作單元”相關(guān)?？傮w上，通過統(tǒng)一的三維模型，實現(xiàn)了施工期的集成化、動態(tài)化管理。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)管理中的應(yīng)用剛起步，目標是逐步實行一體化設(shè)計與施工，推廣3D設(shè)計理念以避免在三維建模中重復(fù)性工作。BIM技術(shù)是一種很好的施工控制方法，最終實現(xiàn)一套完整的施工管理體系。

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