基于BIM的城市軌道交通工程施工與管理

程韻如

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

城市軌道交通工程是關(guān)系人民群眾切身利益的重大建設(shè)工程,其建筑品質(zhì)、安全性不但關(guān)乎廣大群眾的生命安全和切身利益,同時,也影響著企業(yè)的公信力和社會形象，所以各界對城市軌道交通施工有著很大的關(guān)注度,高效率、高質(zhì)量是第一條件。傳統(tǒng)的城市軌道交通工程施工技術(shù)水平與管理模式,已無法滿足當(dāng)代城市中軌道交通施工的管理需求,急需轉(zhuǎn)型。BIM 技術(shù)作為一個完整的工程數(shù)據(jù)化工具,主要在應(yīng)用設(shè)計和施工管理等領(lǐng)域,通過參數(shù)模式對工程項目中所有數(shù)據(jù)進行綜合分類,以獲得最有價值的數(shù)據(jù)信息,從而在工程規(guī)劃、設(shè)計、執(zhí)行和維護等各環(huán)節(jié)中實現(xiàn)資源共享,并由此來協(xié)助施工管理人員即時了解建設(shè)項目施工狀況,并做出有助于項目施工順利進行的合理決定。BIM 技術(shù)具備了可視化、協(xié)調(diào)性、仿真性、優(yōu)化性和可出圖性等特征,通過BIM 平臺,可以在各個不同階段使工程項目的所有參與方都實現(xiàn)無縫銜接,并進行資源共享,以便于對項目實施更加精確的質(zhì)量管控。綜上所述,BIM 技術(shù)在城市軌道交通這一類相對復(fù)雜的建設(shè)項目施工中有著巨大的優(yōu)越性。

1 城市軌道交通工程施工與管理存在的問題

城市軌道交通工程施工管理是指由作為工程項目承包商的建筑施工公司,從工程招投標(biāo)階段開始,直到驗收移交的全過程管理工作,其目的是在符合建設(shè)項目工期要求、成本要求和品質(zhì)要求等的前提下,達到對公司收益的最優(yōu)化。在整個管理工作流程中,以工程項目管理為核心內(nèi)容的管理隊伍必須對整個工程建設(shè)項目管理的方法、技能、時間、資金、人力、原物料和機具等方面進行全面的組織與協(xié)調(diào),并將重點在施工進度、施工成本和施工品質(zhì)等方面加以管理。而由于計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用與普及,目前工程項目施工管理理論與管理方法都有了很大的提高,并且也因為城市軌道交通工程項目的特點,其具有了較大的社會影響力。在整個項目建造過程中,由于建設(shè)周期較長,參加的人士和專業(yè)人員繁多,直接導(dǎo)致了各方的協(xié)同工作難度相當(dāng)大。

第一，傳統(tǒng)的施工進度管理中出現(xiàn)的問題。傳統(tǒng)進度管理一般分為進度規(guī)劃制訂與進度計劃管理兩部分的工作。在項目開展之前,進度管理人員首先按照項目的進展目標(biāo)制訂和優(yōu)化進度規(guī)劃。在整個項目執(zhí)行過程中,進度管理采用了不同的進程管理方式,把項目各階段所形成的實際進展數(shù)據(jù)和已制定的進度規(guī)劃進行比較,并分析進度偏差原因,及時采用了相應(yīng)措施，并對工程進度進行了調(diào)整糾偏。通過持續(xù)地對工程不同階段實施“反饋—對比—分析—糾偏”,從而確保了建設(shè)工程項目都可以在目標(biāo)工期內(nèi)順利完成，不過,在實際推進管理的過程中,還是面臨著若干問題需要克服[1]。

第二，監(jiān)督管理方式亟待完善。傳統(tǒng)的施工進度管理方式一般以動態(tài)時間管理方式為主,在施工過程中,時間管理通常在施工的實際時間與原規(guī)劃進度或目標(biāo)出現(xiàn)偏離時才發(fā)現(xiàn)問題,進而再分析問題,并提出補偏救弊的方法,不過這一事后管理方式并沒有從根本上消除工期延誤問題,嚴(yán)重者甚至?xí)：こ藤|(zhì)量和建筑成本。

第三，信號傳輸效能較差。傳統(tǒng)的工程施工進度信息管理一般以甘特圖或網(wǎng)絡(luò)圖的方式,由施工單位管理人員利用建筑圖樣獲取有關(guān)的工程項目信息。但由于工程項目信息大多是采用二維形式進行傳輸,難免由于個人認(rèn)識偏差或是對圖紙表達有誤導(dǎo)致了工程信息傳輸中的丟失和低效,從而造成了工程返工和進展的滯后。

第四，建設(shè)時各方協(xié)調(diào)困難。傳統(tǒng)的施工進度管控流程中,各專業(yè)技術(shù)人員之間的交流與合作往往是以點對點的方式開展,而施工企業(yè)與進度管理者的個人經(jīng)驗對工程項目進展的影響很大,各專業(yè)技術(shù)人員之間的規(guī)范化與精細化管理協(xié)同工作也相對困難。

第五，成本核算不精確。傳統(tǒng)的施工成本管理體系,一般都是在二維圖基礎(chǔ)上以報表的形態(tài)出現(xiàn),無法對外清晰直觀地表達各階段施工實體和所消耗資料之間的關(guān)聯(lián)，而管理人往往依靠個人經(jīng)驗來統(tǒng)籌和分配施工資料,很容易導(dǎo)致施工資料浪費,從而提高了施工成本。

第六，成本數(shù)據(jù)更新滯后。在建設(shè)項目施工過程中,各個施工階段、各個參建專業(yè)單位都需要形成大量與成本管理工作有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，而傳統(tǒng)的建筑施工成本管理大多是采用人工手動方法實現(xiàn)對成本數(shù)據(jù)的收集、管理與儲存,這一管理方法不但工作效率低,而且無法確保成本數(shù)據(jù)管理的完整性與準(zhǔn)確度,也無法對成本數(shù)據(jù)管理信息進行即時變更,從而使得成本管理的工作結(jié)果產(chǎn)生了偏差。

第七，成本精細管理的困難。傳統(tǒng)的建筑成本核算管理流程中,因為建筑施工階段牽涉的機關(guān)與人事相對繁雜,產(chǎn)生的成本核算數(shù)量信息豐富,而各類人、材、機等消耗量及成本費用支出狀況錯綜復(fù)雜,使得建筑成本核算的精細化管理工作無法順利完成。

第八，傳統(tǒng)的施工質(zhì)量管理體系出現(xiàn)的問題。傳統(tǒng)的建筑施工質(zhì)量管理體系一般是根據(jù)PDCA 動態(tài)控制原理實施的,其工作過程一般可總結(jié)為:發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題、檢查記錄問題、通知整改、問題解決、整改復(fù)查、問題終止。不過,在實際的建筑施工過程中因為工程人員素質(zhì)、建筑質(zhì)量和技術(shù)工藝等因素,往往需要在工程質(zhì)量問題產(chǎn)生后才能夠及時對其做出分析和解決,這就可能會造成工期拖延和成本增加。

2 BIM 技術(shù)在城市軌道交通工程項目中的技術(shù)優(yōu)勢分析

第一，有助于確保施工質(zhì)量和安全。城市軌道交通項目建造過程中品質(zhì)和安全的重要前提與關(guān)鍵點,可以通過BIM 技術(shù)將實際施工數(shù)據(jù)直接注入到所搭建城市的軌道交通模型中。通過模擬展示不僅可以讓各參建單位明確地掌握整個工程設(shè)計意圖,確定施工關(guān)鍵點,排查施工風(fēng)險,并提出有針對性的應(yīng)對舉措,從而保證城市地鐵項目的施工安全和品質(zhì)，同時還可以讓各參建方得以更直接、清晰地了解施工過程中出現(xiàn)的問題。同時通過城市軌道交通建模技術(shù)可以進行多維互動,對施工方案做出即時調(diào)控,使得實際施工情況與施工設(shè)計目標(biāo)相符,從而提高施工品質(zhì)和安全性[2]。

第二，優(yōu)化建設(shè)項目施工進度。一方面，在利用BIM 技術(shù)構(gòu)建城市軌道交通系統(tǒng)3D 模型的基礎(chǔ)上,將實際工程進度和BIM 模式有機組合起來,并由此來建立正交保護的信息化模式。另一方面,通過將實際的建設(shè)項目施工進度和模型模擬進度進行比較,并分析二者是否存在差距,由此來確定項目實際的建設(shè)工序、施工進度等是否合理。一旦出現(xiàn)了誤差就能夠運用模型對建設(shè)項目的局部施工規(guī)劃做出適當(dāng)調(diào)整,并對建筑場地進行優(yōu)化選擇,從而使得建設(shè)項目整體施工進度達到了預(yù)期。另外,使用BIM 建筑模擬軟件可以自動檢測碰撞點的正確位置,以便獲得在原工程圖紙設(shè)計階段隱藏的技術(shù)問題和設(shè)計缺陷,并及時地對原設(shè)計存在的碰撞點問題和不合理的原設(shè)計加以優(yōu)化調(diào)整,從而避免因在后期的工程建設(shè)階段進行返工而拖延工期。

第三，有效控制施工成本。隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)達,人們對市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的施工成本關(guān)注度也與日俱增,通過應(yīng)用BIM 技術(shù)可以對分包工作量進行合理分?jǐn)?同時還針對工期提出更加細致的原物料供應(yīng)計劃和資金規(guī)劃,從而真正提升了軌道交通建設(shè)項目的預(yù)算精度。同時,還可以對工程項目投資情況進行動態(tài)化管理,更加直觀快捷地進行工程項目的總預(yù)算,從而合理管理工程建設(shè)的總成本。

3 基于BIM 技術(shù)的精細化施工管理平臺框架設(shè)計

城市軌道交通建設(shè)在施工階段中存在著建設(shè)周期長、參建單位數(shù)量多、建設(shè)資料耗費大和對社會環(huán)境影響廣等特點,為確保建設(shè)項目信息的高效傳輸與資源共享,結(jié)合施工預(yù)備階段和工程建設(shè)階段的施工特征,在實際生產(chǎn)過程中，還可以使用基于BIM 技術(shù)的城市精細化建筑信息管理平臺。該平臺是基于可視化技術(shù)的施工信息模型,主要由BIM 仿真施工管理系統(tǒng)和BIM 數(shù)字施工管理系統(tǒng)兩個部分構(gòu)成[3]。

第一，采用BIM 技術(shù)開發(fā)的虛擬建筑信息系統(tǒng)。采用BIM 技術(shù)開發(fā)的仿真施工管理系統(tǒng),能夠在施工前準(zhǔn)備階段對工程實施可視化的虛擬施工,在提前考慮施工過程中可能發(fā)生的時間、成本、質(zhì)量和安全等問題后,對施工方法進行調(diào)整優(yōu)化,進而完成對工程的精細化施工模擬。

第二，數(shù)據(jù)層。通過對來自業(yè)主方、工程方和供應(yīng)商等工程參與者的基本數(shù)量信息,包括三維空間信息(包括構(gòu)件尺寸和位置關(guān)系)、進度信息(包括總進度計劃、月進度計劃、周進度計劃和日常工作計劃)和資源信息(包括人、材、機信息)等加以采集、編碼與記錄,從而形成基礎(chǔ)信息庫。

第三，應(yīng)用層。主要工作是將在數(shù)據(jù)層記錄的施工數(shù)據(jù)信息添加至仿真施工系統(tǒng),以建立可供仿真、研究的施工模式，同時,也可以接受應(yīng)用終端操作命令,并調(diào)用、管理有關(guān)的數(shù)據(jù)信息,最后將結(jié)果回復(fù)至操作層。

第四，操作層。重點工作則是在電腦終端、移動端等終端設(shè)備上,供有權(quán)限的用戶(包括業(yè)主、設(shè)計人員和施工人員等)完成碰撞檢測、建筑仿真、進度模擬和資源分配等作業(yè),以優(yōu)化施工方法,為工程建設(shè)階段的專案工作進行技術(shù)輔導(dǎo)。

4 基于BIM 技術(shù)的城市軌道交通工程精細化施工管理

第一，技術(shù)標(biāo)的可視化演示。在項目招投標(biāo)階段,建筑施工公司時間緊、任務(wù)重、競爭激烈,其可利用精細化施工項目管理平臺對技術(shù)標(biāo)中的施工進度規(guī)劃與主要施工方法進行可視化動態(tài)仿真,并直觀地將工程項目總體部署與配套資源的實際投入狀況進行展示,從而全面地揭示了施工組織設(shè)計的科學(xué)性和可行性。

第二，施工組織設(shè)計的合理優(yōu)化。在工程項目規(guī)劃階段,建筑施工公司必須對按照工程項目的進度規(guī)劃的勞動強度資源做出合理分配,同時針對施工現(xiàn)場的實際情況對現(xiàn)場資源做出合理規(guī)劃與使用。借助精細化建筑項目管理平臺的運用,公司能夠?qū)ㄖ臅r間規(guī)劃進行優(yōu)化與校核,即在建筑施工之前先對整個建筑運營流程進行仿真,并按照建筑資源供給調(diào)配的情況規(guī)劃建筑區(qū)域與施工流水段,從而進行人才、機具、原材料等資源的優(yōu)化分配與合理安排，同時運用建筑動態(tài)曲線圖,針對曲線的波峰與波谷,從建筑成本的視角對建筑工程規(guī)劃做出優(yōu)化。

第三，對過程進行實時監(jiān)控。在工程項目執(zhí)行階段,施工公司可利用精細化施工管控平臺對每天進行的任務(wù)進行詳細分析,全面呈現(xiàn)工地發(fā)展?fàn)顩r,總結(jié)偏差,減少任務(wù)重復(fù)和遺漏,為工程項目的成功執(zhí)行提供管控與數(shù)據(jù)分析支撐。

第四，快速校核招投標(biāo)工程量清單。使用BIM 模式進行的工程量可以快速計算或校核招投標(biāo)的工程量,對商務(wù)招投標(biāo)進行參考，同時在招投標(biāo)前期對融資進行把控,以提高對后期融資的成本管控,便于后期融資周轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

根據(jù)當(dāng)前城市軌道交通施工技術(shù)發(fā)展的新契機,以及BIM 技術(shù)在精細化施工質(zhì)量管控方面的優(yōu)勢,本文主要從如下幾個方面展開了剖析:第一,系統(tǒng)剖析了我國城市軌道交通工程施工階段中在時間、成本以及工程質(zhì)量管理等方面出現(xiàn)的重大問題；第二,形成了基于BIM 技術(shù)的城市軌道交通工程精細化施工管控平臺,該平臺結(jié)構(gòu)區(qū)分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和操作層,包含了虛擬施工模型和數(shù)字施工模型兩種BIM 體系；第三,在此平臺基礎(chǔ)上,提供了基于BIM 技術(shù)的工程精細化時間、成本與品質(zhì)管控的新方法,并希望為城市軌道交通工程項目的精細化施工管理模式提供借鑒。