BIM平臺在沿海地區(qū)地鐵車站施工管理中的應(yīng)用研究

孫前偉，熊 同，曹世偉，王美佳，劉昱彤

(中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春 130033)

1 引 言

我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得沿海區(qū)域城市吸引了大量外來人口，在進(jìn)一步推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也帶來了交通擁堵、人均基礎(chǔ)設(shè)施占有量不足的問題[1]。為了緩解相關(guān)壓力，目前各大城市普遍大力發(fā)展城市地下軌道交通[2]。然而，伴隨著全國地鐵建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，地鐵車站施工安全事故層出不窮。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在2019年就有廈門、青島、杭州、廣州、佛山等地出現(xiàn)由于地鐵施工所導(dǎo)致的地面塌陷事故，造成嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失和惡劣的社會影響[3-7]。

地鐵車站在施工中涉及到多種專業(yè)搭配，需要多個施工面在同一時間段內(nèi)交錯配合，同時還涉及到了進(jìn)度管理、質(zhì)量控制、風(fēng)險識別、成本控制等多維度內(nèi)容，對施工團(tuán)隊(duì)的工程管理能力和協(xié)調(diào)能力提出了極高的要求[8]。由于人為誤差難以避免，地鐵車站施工極易出現(xiàn)施工安全事故。因此亟需采用先進(jìn)的信息化管理系統(tǒng)，通過構(gòu)建項(xiàng)目的三維信息模型，對地鐵車站施工進(jìn)行空間和時間管理。

近些年來BIM技術(shù)在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在推動我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能力提升的同時也反哺了BIM技術(shù)的發(fā)展。BIM技術(shù)已從單一的建模工作逐漸向應(yīng)用模型的平臺化發(fā)展，在復(fù)雜基礎(chǔ)工程施工管理能力方面得到了極大的提升[9]。孟柯[10]通過總結(jié)BIM技術(shù)在上海軌道交通17#線中的應(yīng)用，提出一種統(tǒng)一的地鐵BIM平臺管理模式和標(biāo)準(zhǔn)；張波等[11]通過掛接多種插件，在杭州地鐵5號線中實(shí)現(xiàn)了BIM平臺在設(shè)備安裝工程上深化應(yīng)用；辛慶飛等[12]在BIM數(shù)據(jù)模型上進(jìn)行風(fēng)險分析，提出了一種基于BIM的地鐵風(fēng)險控制方法。由以上研究可見，目前BIM技術(shù)在地鐵施工中具有相當(dāng)?shù)募晒芾砟芰蛻?yīng)用價值。然而，將BIM技術(shù)與有限元分析結(jié)合應(yīng)用于精細(xì)化施工管理的地鐵車站施工案例仍十分少見。

以深圳地鐵12#線福永站施工為背景，在施工管理過程中引入BIM技術(shù)，建立三維信息模型，并將多種市場主流設(shè)計軟件集成至施工管理平臺，對安全、質(zhì)量和進(jìn)度進(jìn)行管控，提出一種基于BIM技術(shù)的沿海地區(qū)地鐵車站施工管理方法，以指導(dǎo)深圳地鐵12#線福永站施工，進(jìn)而為后續(xù)類似工程提供參考。

2 基于工程的BIM應(yīng)用模式

2.1 工程概況

深圳地鐵12#線福永站位于深圳市寶安區(qū)寶安大道與福州大道交叉口，寶安大道東側(cè)，沿福州大道東西向布置。車站周邊現(xiàn)狀建筑以商業(yè)設(shè)施和工業(yè)區(qū)為主，周邊建筑距離車站主體結(jié)構(gòu)20～30 m不等。福永站為地下三層島式站臺車站，地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺層。車站站臺寬14.0 m，有效站臺長度140 m，總長170.4 m。標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)形式為地下三層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。車站采用明挖順筑法施工，車站開挖基坑深度為25.5～31.5 m。根據(jù)地勘報告，本站從上至下地層依次為素填土、填砂、填碎石、雜填土、全強(qiáng)中微風(fēng)化片麻狀混合花崗巖。

由于深圳地鐵12#線地處城市新興發(fā)展區(qū)域，其施工安全與工程質(zhì)量事關(guān)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展大局；同時又由于地鐵所處地質(zhì)條件十分復(fù)雜，為典型的“上軟下硬”土層，在隧道及車站施工過程中極易引起位置偏差；另外由于工期緊張，多個工作面同步進(jìn)行，導(dǎo)致施工組織難度較大。通過BIM平臺對各項(xiàng)信息進(jìn)行集成，并通過協(xié)同工作保證信息的流暢性，實(shí)現(xiàn)對整個工作區(qū)間的精細(xì)化管理。

2.2 BIM團(tuán)隊(duì)組織構(gòu)架

BIM平臺可以將項(xiàng)目上不同專業(yè)、 不同工況和不同階段的信息進(jìn)行整合，從而真正達(dá)到項(xiàng)目全生命周期各單位之間的信息共享。但是BIM平臺對數(shù)據(jù)的龐大需求也對平臺管理團(tuán)隊(duì)的信息管理能力提出了很高的要求。大量工程實(shí)踐證明，只有建立一支專業(yè)水平過硬的BIM團(tuán)隊(duì)才能充分發(fā)揮BIM平臺的功能，更好地指導(dǎo)施工有序進(jìn)行。

本項(xiàng)目所采用的BIM團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)如圖1所示，為了提高BIM團(tuán)隊(duì)等級，擁有獲取更多信息的權(quán)限，以便更好地整合信息資源，團(tuán)隊(duì)特設(shè)BIM總經(jīng)理，并依照BIM平臺所需要的信息類別，考慮專業(yè)劃分和項(xiàng)目環(huán)節(jié)，依次設(shè)置建筑、結(jié)構(gòu)、安全、資源、成本及模型管理員，統(tǒng)一對BIM總經(jīng)理負(fù)責(zé)。通過BIM平臺，信息在整合篩選之后將會為項(xiàng)目的決策部署提供更為準(zhǔn)確可信的參考，并在日常的施工管理過程中把控施工質(zhì)量，保證施工安全并降低項(xiàng)目成本，最終使項(xiàng)目獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖1 BIM團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)

2.3 BIM應(yīng)用流程

BIM技術(shù)以所建立的三維模型為載體，將附加在模型上的信息進(jìn)行延伸，使之能夠貫穿項(xiàng)目各個階段。在地鐵設(shè)計和建設(shè)過程中，安全考量始終是最為重要的因素。因此通過BIM平臺將相應(yīng)的風(fēng)險信息提前錄入，并在設(shè)計和施工過程反復(fù)驗(yàn)證；在施工過程中，BIM平臺針對安全、質(zhì)量、進(jìn)度三個方面進(jìn)行管控；在運(yùn)營階段，則根據(jù)前期所傳遞的模型信息輔助合理規(guī)劃車輛調(diào)度、人員安排，并通過模型對工程效果進(jìn)行展示。本項(xiàng)目中BIM模型在四個階段的應(yīng)用見圖2。

圖2 BIM技術(shù)在各個階段的應(yīng)用

3 BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1 安全應(yīng)用

施工安全是保證施工過程中各項(xiàng)工作順利開展的前提，直接影響工程整體施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。本工程建立以BIM模型為基礎(chǔ)的危險源識別體系，充分利用BIM技術(shù)高效的信息交互能力，并按照《重大危險源辨識標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，找出施工過程中的所有危險源并進(jìn)行標(biāo)識。通過在設(shè)計階段對整體線路施工過程進(jìn)行模擬，分析各個施工階段危險源構(gòu)成，并統(tǒng)一錄入平臺的危險源庫，同時在施工過程中，針對前期未預(yù)見的危險源可以由一線施工人員通過手持平臺終端上傳至BIM平臺，再通過平臺管理團(tuán)隊(duì)審核后添加至危險源庫。對于新出現(xiàn)的危險源，基于這一套PDCA安全檢查流程，通過施工模擬結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際安全監(jiān)測比對，將各個環(huán)節(jié)參數(shù)化、信息化，進(jìn)而對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤、督導(dǎo)，直至問題的閉環(huán)處理。

在安全管理制度方面，主要記錄安全人員每天對現(xiàn)場的危險源和安全設(shè)施進(jìn)行巡查，并將巡查情況上傳至BIM平臺，確保項(xiàng)目現(xiàn)場符合安全生產(chǎn)條件，同時對不同工藝流程中危險源及危險區(qū)域制定有針對性的應(yīng)對措施和應(yīng)急預(yù)案，并結(jié)合三維作業(yè)交底書一同錄入到平臺中，同時統(tǒng)一管理項(xiàng)目安全交底資料。

3.2 質(zhì)量應(yīng)用

施工過程中的質(zhì)量管理是決定建筑安全性能和使用壽命的關(guān)鍵因素。由于建筑產(chǎn)品自身特點(diǎn)，無法進(jìn)行流水作業(yè)和規(guī)范化生產(chǎn)，且由于隱蔽工程規(guī)模龐大，檢驗(yàn)環(huán)節(jié)眾多，建筑產(chǎn)品質(zhì)量一直難以管控。本工程根據(jù)工程項(xiàng)目的類型和工程圖紙，建立工程的分部分項(xiàng)劃分(PBS)，并以PBS作為質(zhì)量管理的對象，利用BIM平臺信息實(shí)時共享的特點(diǎn)，在施工質(zhì)量檢查過程中，實(shí)時記錄分部分項(xiàng)施工的現(xiàn)場情況，并與施工人員、質(zhì)檢人員和安全管理人員及時共享信息，保證質(zhì)量信息的公正性和透明性。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，BIM平臺將實(shí)時建立檢驗(yàn)批，這樣即可減輕項(xiàng)目前期工作，同時也可以根據(jù)項(xiàng)目變化，對檢驗(yàn)批進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整，減少使用過程中的改動。在檢驗(yàn)批建立完成后，平臺可根據(jù)所選擇的模型部位，自動建立檢驗(yàn)批所涉及的資料表單名稱及工序清單，方便管理人員根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，進(jìn)行檢驗(yàn)批資料的填報。平臺將項(xiàng)目構(gòu)件檢驗(yàn)批等質(zhì)量驗(yàn)收資料內(nèi)置，設(shè)定資料格式與統(tǒng)一性文本格式，線上填寫，線上審批，電子簽名及電子章內(nèi)置，審批合格后自動生成，并隨時可以導(dǎo)出及打印。

3.3 進(jìn)度應(yīng)用

施工進(jìn)度管理是指在考慮施工程序、持續(xù)時間和邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制的活動。項(xiàng)目施工進(jìn)度管理能力關(guān)系著工程施工安全、施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

BIM技術(shù)的可視化和優(yōu)化性在施工進(jìn)度管理中發(fā)揮著不可替代的作用，本工程應(yīng)用BIM施工管理平臺進(jìn)行施工進(jìn)度管理，在平臺中實(shí)現(xiàn)了進(jìn)度關(guān)聯(lián)、進(jìn)度模擬和進(jìn)度預(yù)警三項(xiàng)功能。在進(jìn)度關(guān)聯(lián)方面，通過人工上報、現(xiàn)場工程監(jiān)控等方式，獲取項(xiàng)目各個施工位置的進(jìn)度信息，再將BIM模型與進(jìn)度信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將計劃時間與實(shí)際完成時間對比，并結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)度照片等信息生成施工日報。在進(jìn)度模擬方面，通過選擇施工過程中任一時間段進(jìn)行施工模擬。對于施工進(jìn)度的提前或延遲，BIM模型以不同的顏色顯示。在進(jìn)度預(yù)警方面，當(dāng)實(shí)際進(jìn)度發(fā)生偏差時，平臺將根據(jù)發(fā)生偏差的部位和發(fā)生偏差的原因提出警示，直至管理人員根據(jù)警示有針對的制定切實(shí)可行的糾偏措施。在進(jìn)度統(tǒng)計方面，平臺以日、周、月、年構(gòu)建類型為單位自動生成現(xiàn)場完成百分比、實(shí)際施工時間與計劃時間對比圖表，以及相關(guān)部位責(zé)任人。

4 結(jié) 語

提出一種基于BIM技術(shù)的沿海地區(qū)地鐵車站施工管理方法，通過將BIM施工管理平臺引入深圳地鐵12線的施工管理過程中，整合施工中各個階段與各方面信息，從施工安全、施工質(zhì)量和施工進(jìn)度三方面對地鐵施工進(jìn)行管控。BIM施工管理平臺的使用，保證了工程在施工期間內(nèi)未出現(xiàn)人員傷亡及財產(chǎn)損失事故，并按時完成目標(biāo)。該方法通過工程實(shí)踐證明了自身的可行性與高效性。