基于PDCA 的地鐵工程BIM 施工管理模式研究與應用

孫策

（中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，廣東深圳 518083）

1 引言

近年來，我國城市化建設速度迅猛提升，地鐵已成為城市公共交通系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。然而，隨著地鐵建設規(guī)模的不斷擴大，其結構形式也愈加復雜，對施工管理水平提出了更高的要求。如何提高地鐵工程建設協(xié)同管理水平以適應現(xiàn)代化建設的要求，成為地鐵工程施工領域亟須解決的關鍵問題。

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是基于三維數(shù)字模型的建筑業(yè)信息化發(fā)展技術，具有強大的三維協(xié)同性的特點[1]。應用BIM 技術，結合地鐵施工協(xié)同管理需求，能夠很好地解決多專業(yè)地鐵協(xié)同施工問題。學者們從場地規(guī)劃[2]、質(zhì)量管理[3]、設備安裝[4]、竣工交付等方面對其進行了系統(tǒng)的研究，以提前發(fā)現(xiàn)施工活動中存在的問題，對施工管理方案及時優(yōu)化，實現(xiàn)地鐵工程建設的高效管理。然而，現(xiàn)有BIM技術在地鐵工程施工管理的研究中與施工管理理論結合較少，導致盡管質(zhì)量、進度、成本等方面均有應用，但無法從計劃、執(zhí)行、檢查和處理全過程對地鐵工程施工管理進行跟蹤檢查和優(yōu)化管理[5]。

因此，本文基于PDCA 管理理論，將BIM 技術應用的地鐵工程施工質(zhì)量、進度和成本管理與PDCA 的計劃、實施、檢查和改進循環(huán)管理流程相融合，從而形成基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理模式。

2 基于PDCA 的BIM 施工管理體系搭建

基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系如圖1 所示。

圖1 基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理流程圖

3 實例分析

3.1 工程概況

深圳地鐵16 號線天健花園站位于深圳市龍崗區(qū)，車站主體采用明挖法施工，基坑長218 m，標準段基坑寬度20.2 m。盾構段基坑寬度23.8 m，基坑開挖深度16.5～17.6 m，基坑安全等級較高，且地處主干道，路面車流量大，交通繁忙，整體工程施工難度加大。

3.2 BIM 技術在地鐵車站施工策劃中的應用

3.2.1 項目應用需求分析

1）檢查圖紙問題。二維設計圖紙存在較多錯、漏、缺的問題，為施工過程帶來困難，降低工作效率，需要在三維模型建立過程中查漏補缺。

2）優(yōu)化多專業(yè)交叉施工方案。項目涉及管線改遷、周邊房屋拆遷、綠化景觀遷改等多項系統(tǒng)工程，相互穿插施工較多，通過施工仿真進行方案優(yōu)化，保證現(xiàn)場施工順利進行。

3）精細化材料管理。項目涉及材料眾多，施工過程中勞動力、物資、設備等施工資源調(diào)配頻繁，需利用BIM 技術為快速提取工程量、實施限額領料、準確結算工程量提供便利。

4）精準化施工指導?，F(xiàn)場施工過程中，將二維圖紙轉化成三維模型，其中混凝土方量、鋼筋量以及鋼筋搭接等能夠讓現(xiàn)場人員通俗易懂，簡潔直觀。

3.2.2 BIM 參數(shù)化建模

在地鐵車站施工之前，先根據(jù)施工圖紙建立車站BIM 模型（見圖2、圖3），并結合施工方案進行附屬施工模型的構建，并對附屬結構模型按照施工需求進行整合，以輔助施工需求。

圖2 天健花園站BIM 模型

圖3 區(qū)間隧道快速建模

3.2.3 地鐵車站問題分析

1）施工場地布置。根據(jù)施工場地及周邊道路情況，模擬施工場地布置，合理安排現(xiàn)場布置，以減少施工用地、保證現(xiàn)場運輸?shù)缆窌惩ā⒎奖闶┕と藛T的管理，有效避免二次搬運及事故的發(fā)生。

2）施工圖紙審核。將各個專業(yè)的模型疊加進行碰撞檢測“碰、漏、缺”點，確定施工中不合理的地方，及時反饋給設計人員，優(yōu)化施工方案與解決辦法，減少施工變更、返工，提高施工效率和質(zhì)量，縮短工期。

3）施工仿真模擬。為提高多專業(yè)交叉施工時的作業(yè)效率，提前進行關鍵施工過程模擬，讓技術人員更加直觀了解施工過程，并論證施工方案的可實施性，為現(xiàn)場順利施工奠定基礎。

3.3 BIM 技術在地鐵車站施工實施中的應用

通過視頻監(jiān)控對施工現(xiàn)場進行科學化安全管理，實時反映現(xiàn)場施工情況，方便管理人員對施工質(zhì)量、進度和成本問題源的監(jiān)控，降低施工風險，提高施工效率。施工現(xiàn)場監(jiān)控和BIM 施工管理分析，如圖4 和圖5 所示。

圖4 施工現(xiàn)場監(jiān)控

圖5 BIM 施工管理分析

3.4 BIM 技術在地鐵車站施工檢查中的應用

利用BIM 平臺對施工現(xiàn)場重要生產(chǎn)要素的狀態(tài)進行繪制和控制，有助于實現(xiàn)施工質(zhì)量、進度和成本問題源的辨識和動態(tài)管理，加強現(xiàn)場策劃工作。確保項目的效益目標得以實現(xiàn)。

3.5 BIM 技術在地鐵車站施工改進中的應用

3.5.1 施工質(zhì)量優(yōu)化措施

1）砌體工程優(yōu)化。通過BIM 技術優(yōu)化砌體排磚，如圖6所示，可直觀展示砌體排布方案，避免因技術方案交底不清造成的損失，并利用排磚圖將每層及整體的砌塊用量精確統(tǒng)計，確保每個材料堆場滿足施工區(qū)域的用量需求，提高了質(zhì)量管理效率。

圖6 砌體工程優(yōu)化圖

2）基于二維碼可視化交底。針對施工信息瑣碎、溝通困難問題，將構件的施工信息制作成二維碼，布置在現(xiàn)場管理構件中，優(yōu)化溝通方式，將書面與口頭的信息利用網(wǎng)絡傳達到施工人員，豐富施工管理的溝通手段，提高了現(xiàn)場管理的信息溝通效率。

3）預留預埋定位。每個預埋件和預留洞口均帶有一個標簽，所帶的標簽提醒管理人員針對性的檢查，如圖7 所示。現(xiàn)場施工時，現(xiàn)場技術員對所做的預埋件或預留洞口拍照上傳，清楚直觀查看現(xiàn)場是否預留或預埋，完成閉合的管理流程，避免預留洞口或預埋件的遺漏。

圖7 預留預埋構件定位

4）移動端應用。針對現(xiàn)場質(zhì)量管理數(shù)據(jù)管理問題，將構件、圖紙、人員等信息提前存儲到云端，通過手機App 可以移動查看，并上傳質(zhì)量、安全檢查情況，將工作內(nèi)容通知整改人，完成閉環(huán)管理，提高管理效率。

3.5.2 施工進度優(yōu)化措施

1）施工進度模擬。建立BIM 模型將施工中所需的數(shù)據(jù)進行收集、采納、存儲，再關聯(lián)時間維度(即4D)形成BIM 4D 進度管理模型，配合相關的BIM 軟件對項目進行進度施工模擬，合理制定施工計劃、精確掌握施工進程，優(yōu)化使用施工資源以及科學地進行場地布置，對整個工程的施工進度進行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量。

2）輔助測量放線。通過將施工點位同步傳輸至BIM 模型中，管理人員可通過App 端快速查看放線點位，并實時復核點位偏差，提高施工效率。

3）VR 安全教育。利用VR 技術的沉浸式交互體驗，將施工安全隱患進行真實場景模擬，便于施工人員實時深度體驗，了解安全事故發(fā)生原因，感受事故過程，從而提高安全防范意識，減少因作業(yè)人員的不安全行為和施工結構的不安全狀態(tài)導致的安全事故。

4）車站快速建模。針對地鐵車站施工需求，利用地下管線快速建模工具快速讀取管線探測數(shù)據(jù)，導入獲取的TXT 數(shù)據(jù)文件，選擇合適的單元模型，創(chuàng)建管線模型，從而實現(xiàn)管片及區(qū)間隧道的快速建模。

3.5.3 施工成本優(yōu)化措施

1）鋼筋節(jié)點優(yōu)化。通過將局部復雜節(jié)點，導入魯班節(jié)點軟件進行優(yōu)化調(diào)整，如圖8 所示，快速獲取到鋼筋節(jié)點，方便項目算量核量及指導現(xiàn)場鋼筋幫扎，加快現(xiàn)場工作流程。

圖8 鋼筋節(jié)點優(yōu)化

2）工程量提取與復核。根據(jù)地鐵車站結構特點，將車站按倉室劃分，根據(jù)墻、柱、梁、板分類匯總工程量及圍護結構鋼筋量，如圖9 所示，輔助工程量核算，強化成本控制。

圖9 主體結構混凝土工程量提取復核

3）經(jīng)濟對比分析。利用BIM 模型提取各專業(yè)工程量，將BIM 量與項目手算量進行對比分析，發(fā)現(xiàn)錯算、漏算C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，經(jīng)測算，預計節(jié)約經(jīng)費約106 萬元。

3.6 應用分析

本項目通過基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系進行地鐵車站協(xié)同施工管理應用和優(yōu)化，充分發(fā)揮BIM 技術的協(xié)同管理優(yōu)勢，提高了施工管理效率，具體表現(xiàn)在以下方面。

1）施工質(zhì)量管理。通過圖紙問題審核及碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)圖紙問題34 處，其中圍護結構8 處，主體結構26 處，降低質(zhì)量風險，減少返工窩工、工期風險和施工組織難度。通過施工仿真模擬，論證了施工方案可實施性，優(yōu)化設計及方案、提高工程質(zhì)量。并通過可視化二維碼交底，解決復雜構造交底，提高工作效率和工程質(zhì)量。

2）施工進度管理。通過4D 模擬施工進度，提前發(fā)現(xiàn)施工管理問題，提高工程進度控制效率，有利于整體工期的掌控。并開發(fā)室外管線、盾構管片、附屬結構快速建模插件，提高建模效率，節(jié)約人工成本。利用BIM 輔助測量放線，保證測量控制點的準確性和效率。

3）施工成本管理。通過工程量提取與復核，核查錯算、漏算工程量，涉及C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，并通過統(tǒng)計人員、機械進出場時間等方式，精確控制人員成本，最終實現(xiàn)成本節(jié)約。

4 結語

本項目基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系，對地鐵車站的施工結構快速建模、算量比對、監(jiān)控管理等方面進行了優(yōu)化，并對人員統(tǒng)計、人員定位等方面的技術難點進行精確管理，實現(xiàn)了地鐵車站施工降本增效，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。