城市軌道交通工程WBS和BIM模型分解及編碼的研究與應(yīng)用

許時(shí)穎

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

0 引言

城市軌道交通工程具有項(xiàng)目參與方眾多、涉及專(zhuān)業(yè)多、建設(shè)周期長(zhǎng)、協(xié)作復(fù)雜等特點(diǎn)[1-4]，各參與方的相互配合需交換大量信息。工作分解結(jié)構(gòu)(work breakdown structure，WBS)以可交付成果為導(dǎo)向?qū)?xiàng)目要素進(jìn)行分組，是工程項(xiàng)目管理實(shí)踐的重要內(nèi)容之一[5]。BIM技術(shù)以三維數(shù)字信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建設(shè)各階段信息，可實(shí)現(xiàn)工程信息的互通。二者均是將工程對(duì)象按一定規(guī)則劃分成相互獨(dú)立、相互聯(lián)系的項(xiàng)目單元，作為工程項(xiàng)目管理對(duì)象，滿足管理需求。目前我國(guó)鐵路工程領(lǐng)域有《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南》(1.0版)，城市軌道交通領(lǐng)域尚無(wú)成體系的工作分解結(jié)構(gòu)。在BIM國(guó)標(biāo)體系中，模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)適用于民用建筑及通用工業(yè)廠房建筑，且僅規(guī)定核心原則，未規(guī)定具體細(xì)節(jié)[6]。模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于規(guī)定各階段的幾何表達(dá)精度和信息深度[7]，模型存儲(chǔ)側(cè)重于模型存儲(chǔ)格式與軟件格式更新?lián)Q代問(wèn)題。對(duì)BIM模型如何進(jìn)行全生命周期最小單元?jiǎng)澐秩狈ο到y(tǒng)研究，模型信息無(wú)法共享、傳遞表達(dá)不符合實(shí)際，建模工作反復(fù)是BIM應(yīng)用面臨的重要問(wèn)題。

基于此，本文提出城市軌道交通工程的WBS及BIM模型分解方法，并制定相應(yīng)編碼體系，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通工程項(xiàng)目要素及BIM模型信息的分類(lèi)、檢索、傳遞。

1 WBS及BIM模型分解

1.1 WBS分解原則

在項(xiàng)目建設(shè)全生命周期中，70%的工作發(fā)生在施工現(xiàn)場(chǎng)，因此，WBS分解應(yīng)充分考慮工程建造結(jié)構(gòu)及施工要素。依據(jù)WBS的定義、方法、原則，結(jié)合城市軌道交通線性工程特點(diǎn)，綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理需要，將城市軌道交通工程WBS分解采用線分法，即按項(xiàng)目公共位置進(jìn)行劃分，再對(duì)各單位工程按專(zhuān)業(yè)進(jìn)行劃分，專(zhuān)業(yè)內(nèi)部再類(lèi)比分部分項(xiàng)工程進(jìn)行劃分，使WBS分解結(jié)構(gòu)形成適合設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理的合理單元。以城市軌道交通工程車(chē)站項(xiàng)目為例，WBS分解如圖1所示。

圖1 車(chē)站工程WBS拆分示例

1.2 BIM模型單元?jiǎng)澐?/h3>

傳統(tǒng)BIM模型創(chuàng)建通常從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，極少?gòu)氖┕そ嵌葘彶槟Ｐ蛣?chuàng)建、拆分、整合是否與實(shí)際相符。BIM模型宜根據(jù)不同工序施工過(guò)程給出相應(yīng)構(gòu)件信息[8]，因此，BIM模型單元?jiǎng)澐謶?yīng)在WBS分解末端基礎(chǔ)上按施工工序涉及的構(gòu)件進(jìn)行更詳細(xì)的劃分，即按實(shí)際施工過(guò)程進(jìn)行分解，既能準(zhǔn)確描述施工過(guò)程，又能體現(xiàn)不同構(gòu)件間的差異性，還原實(shí)際施工情況。在施工深化設(shè)計(jì)/竣工移交/施工工藝階段，BIM模型單元表達(dá)的構(gòu)件最精細(xì)，在項(xiàng)目建設(shè)其他階段，應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，確保模型精度和深度滿足建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)等要求。

2 WBS及BIM模型單元編碼格式

2.1 WBS編碼格式

參考現(xiàn)有建筑編碼規(guī)則和鐵路項(xiàng)目BIM編碼規(guī)則，對(duì)城市軌道交通工程WBS進(jìn)行編碼，確保每部分編碼的唯一性，如圖2所示。

圖2 WBS編碼格式

1)一級(jí)代碼 地區(qū)碼，說(shuō)明項(xiàng)目所在地區(qū)(城市)，使用城市漢語(yǔ)拼音兩位首字母縮寫(xiě)表示。如TJ表示天津，HH表示呼和浩特。

2)二級(jí)代碼 線路編號(hào)碼，說(shuō)明項(xiàng)目線路編號(hào)，使用3位字母及數(shù)字組合表示，位數(shù)有剩余時(shí)，前置位用0補(bǔ)齊，線路延長(zhǎng)線命名與本線路主線一致。

3)三級(jí)代碼 公共位置碼，說(shuō)明項(xiàng)目種類(lèi)。使用兩位數(shù)字定義公共位置種類(lèi)，其中，01表示車(chē)站工程，02表示區(qū)間工程，03表示車(chē)輛段工程，其他項(xiàng)目種類(lèi)依次排列編碼。

4)四級(jí)代碼 公共位置編號(hào)碼，按照線路規(guī)劃走向順序?qū)Ω鞴参恢眠M(jìn)行編號(hào)，使用兩位數(shù)字表示，從01開(kāi)始編碼。

5)五級(jí)代碼 單位工程碼，按需對(duì)施工過(guò)程中的單位工程進(jìn)行定義區(qū)分，使用3位字母及數(shù)字組合表示。如車(chē)站工程中，100表示車(chē)站主體工程，前兩位表示出入口名稱，位數(shù)剩余時(shí)，前置位用0補(bǔ)齊；后一位表示風(fēng)道名稱，沒(méi)有風(fēng)道時(shí)，用0補(bǔ)齊；其他單位工程編碼后續(xù)完善。

6)六級(jí)代碼 分部工程碼，按專(zhuān)業(yè)分解單位工程，使用兩位數(shù)字進(jìn)行定義區(qū)分。其中，01表示圍護(hù)結(jié)構(gòu)，02表示結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)，03表示建筑專(zhuān)業(yè)，其他專(zhuān)業(yè)編碼后續(xù)完善。

7)七級(jí)代碼 分項(xiàng)工程碼，按需分解分部工程，使用兩位數(shù)字進(jìn)行定義區(qū)分，從01開(kāi)始編號(hào)，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，01表示樁基工程，02表示支撐體系，依次編號(hào)。

8)八級(jí)代碼 構(gòu)件碼，描述組成分項(xiàng)工程的構(gòu)件，使用兩位數(shù)字進(jìn)行定義區(qū)分，從01開(kāi)始編號(hào)，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系中，01表示混凝土冠梁，02表示混凝土支撐，依次編號(hào)。

2.2 BIM模型單元編碼格式

不同建設(shè)階段對(duì)交付的BIM模型精度要求不同[9]，最高精度BIM模型單元編碼格式如圖3所示。

圖3 最高精度BIM模型單元編碼格式

1)一級(jí)至八級(jí)代碼 解釋同WBS編碼。

2)九級(jí)代碼 子構(gòu)件碼，按需對(duì)構(gòu)件進(jìn)行細(xì)部拆分，由兩位數(shù)字組成，從01開(kāi)始編號(hào)。

3)十級(jí)代碼 層號(hào)碼，按樓層號(hào)編碼，由兩位數(shù)字組成，從01開(kāi)始編號(hào)，地下1層或地上1層均為01。

4)十一級(jí)代碼 施工流水段號(hào)碼，由兩位數(shù)字組成，從01開(kāi)始編號(hào)。

5)十二級(jí)代碼 構(gòu)件流水號(hào)碼，對(duì)同一工程中同一位置的構(gòu)件進(jìn)行順序區(qū)分，由4位數(shù)字組成，從0001開(kāi)始編號(hào)。

6)十三級(jí)代碼 子構(gòu)件流水號(hào)碼，對(duì)子構(gòu)件進(jìn)行順序區(qū)分，由兩位數(shù)字組成，從01開(kāi)始編號(hào)。

隨著技術(shù)發(fā)展，若出現(xiàn)新工序或?qū)嶓w類(lèi)型，則采用90～99作為自定義層進(jìn)行補(bǔ)充編碼，盡可能保持原編碼格式不變[6]。最高精度模型中，WBS及BIM模型編碼每層含義如表1所示。不同建設(shè)階段BIM模型單元精度及編碼屬性層級(jí)如表2所示。

表1 模型屬性中WBS及BIM模型編碼含義

表2 不同建設(shè)階段BIM模型單元精度及編碼屬性層級(jí)

3 案例分析

3.1 工程概況

天津地鐵8號(hào)線一期工程4標(biāo)包括西康路站(含)—湘江道站(不含)，共5站5區(qū)間，全長(zhǎng)4.7km。施工范圍包括拆改工程、車(chē)站和區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、建筑、人防、裝飾裝修、設(shè)備安裝等，建設(shè)工期為2020年9月1日至2024年12月31日，在施工建設(shè)同期開(kāi)展BIM技術(shù)應(yīng)用工作。

3.2 WBS和BIM模型分解及編碼應(yīng)用

1)不同建設(shè)階段的三維表達(dá) 按照WBS分解和BIM模型單元?jiǎng)澐衷瓌t，結(jié)合項(xiàng)目全生命周期不同階段模型交付標(biāo)準(zhǔn)，采用Revit 2016創(chuàng)建下瓦房站投標(biāo)階段、施工組織階段、施工方案階段、施工工藝階段的BIM模型，并手動(dòng)添加WBS編碼與BIM模型單元編碼屬性，確定不同建設(shè)階段最小BIM模型單元表達(dá)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系中的鋼支撐在不同建設(shè)階段的三維表達(dá)如表3所示。

表3 不同建設(shè)階段最小BIM模型單元表達(dá)示例

2)圖紙會(huì)審 采用Revit 2016創(chuàng)建施工圖BIM模型，以下瓦房站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型為例，以BIM模型單元編碼為依據(jù)，記錄二維設(shè)計(jì)圖紙問(wèn)題21處，使審查內(nèi)容指向明確，提高圖紙會(huì)審效率和質(zhì)量。

3)施工模擬 帶有WBS編碼屬性的BIM模型為每個(gè)構(gòu)件設(shè)置唯一編號(hào)，且每個(gè)施工工序包含的模型構(gòu)件前幾級(jí)編號(hào)相同。

在施工準(zhǔn)備階段，利用施工組織精度的BIM模型開(kāi)展施工進(jìn)度模擬。以下瓦房站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)在Synchro4D中的施工進(jìn)度模擬為例，在關(guān)聯(lián)資源與任務(wù)時(shí)，將模型和進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，將WBS編碼作為用戶字段進(jìn)行3D資源篩選，實(shí)現(xiàn)與每個(gè)施工工序的任務(wù)掛接。如BIM模型中，篩選WBS編碼前7級(jí)為T(mén)J00801101000202的模型單元，與進(jìn)度計(jì)劃中的導(dǎo)墻施工任務(wù)相掛接，重復(fù)此步驟，完成所有資源與任務(wù)的掛接，進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。

利用施工方案精度的BIM模型，以WBS編碼及BIM模型編碼為依據(jù)分辨構(gòu)件，開(kāi)展施工方案模擬，確定合理的施工工序。利用施工工藝精度的BIM模型，以BIM模型單元編碼為依據(jù)，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、異形結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維可視化交底，并對(duì)材料用量進(jìn)行精確計(jì)算，方便工程量統(tǒng)計(jì)。

4)數(shù)據(jù)共享傳遞 將模型、施工模擬、進(jìn)度、質(zhì)量等管理成果上傳至BIM業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，統(tǒng)一WBS和BIM模型單元分類(lèi)及編碼，實(shí)現(xiàn)不同建設(shè)階段的模型數(shù)據(jù)積累、共享、傳遞及信息化、數(shù)字化、精細(xì)化管理。

3.3 結(jié)果分析

案例應(yīng)用結(jié)果表明，WBS分解原則能合理對(duì)城市軌道交通工程進(jìn)行工作分解，將工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的工程施工行為，規(guī)范最小BIM模型單元表達(dá)，統(tǒng)一模型創(chuàng)建規(guī)則和過(guò)程，在滿足模型交付標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同階段模型快速規(guī)范創(chuàng)建與模型信息傳遞和共享，避免建模工作反復(fù)、模型無(wú)法通用的弊端。模型創(chuàng)建規(guī)則更符合實(shí)際施工順序，能真實(shí)還原施工現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境?；诖颂拙幋a承載的模型信息表達(dá)滿足不同建設(shè)階段對(duì)模型信息的要求。使用帶有WBS編碼和BIM模型單元編碼屬性的BIM模型開(kāi)展應(yīng)用，優(yōu)化施工進(jìn)度計(jì)劃，提高各項(xiàng)工作的可預(yù)見(jiàn)性和可控性，確保開(kāi)工后各關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)工期達(dá)標(biāo)，提高編制質(zhì)量，有效加強(qiáng)施工過(guò)程的監(jiān)控管理，提高施工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)共享、傳遞和信息化管理，可為運(yùn)營(yíng)階段提供準(zhǔn)確、完整的信息。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)的定義、方法、原則，提出城市軌道交通工程領(lǐng)域的WBS分解方法，并在WBS分解基礎(chǔ)上，提出BIM模型單元?jiǎng)澐址椒?。制定城市軌道交通工程WBS和不同建設(shè)階段BIM模型的編碼格式，規(guī)定不同建設(shè)階段模型交付時(shí)BIM模型編碼表達(dá)層級(jí)。

通過(guò)工程案例，驗(yàn)證WBS分解和BIM模型單元?jiǎng)澐址椒熬幋a體系的可行性與準(zhǔn)確性?；赪BS編碼創(chuàng)建不同時(shí)期的BIM模型單元?jiǎng)澐旨澳Ｐ捅磉_(dá)，規(guī)范和統(tǒng)一模型拆分、模型創(chuàng)建、模型質(zhì)量、模型信息、構(gòu)件精度，有利于BIM模型在城市軌道交通工程建設(shè)全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息交換、共享與傳遞，為信息化、數(shù)字化、精細(xì)化管理提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

城市軌道交通工程WBS編制是系統(tǒng)、艱巨、復(fù)雜的工作，未來(lái)需各專(zhuān)業(yè)、各參與方的研究人員進(jìn)行更系統(tǒng)、深入的分析研究，驗(yàn)證編碼方案的正確性。WBS編碼及BIM模型單元編碼屬性在不同BIM建模軟件中的規(guī)范添加，也需要由軟件開(kāi)發(fā)商、第三方工具開(kāi)發(fā)商等寫(xiě)入BIM軟件中，便于應(yīng)用。