基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

潘澤鐸 江寬

(1.天津理工大學(xué)，天津 300384;2.中交隧道工程局有限公司，上海 201315)

0 引言

當(dāng)前，我國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入高峰期。截至2021年12月31日，我國內(nèi)地累計(jì)有50個(gè)城市投運(yùn)城市軌道交通線路9 192.62km，其中，地鐵線路7 253.73 km，占比達(dá)78.9%[1]。地鐵作為重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施和公共交通工具，承載著諸多社會(huì)功能。但是，地鐵工程建設(shè)的快速擴(kuò)展極易導(dǎo)致多線共建的問題。相較于傳統(tǒng)的次序建設(shè)，多線建設(shè)項(xiàng)目施工難度大、涉及面廣，對(duì)項(xiàng)目管理提出了更高要求[2]。

現(xiàn)階段，多個(gè)城市地鐵工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了信息化建設(shè)，且成果頗豐。例如，廣州地鐵立足財(cái)務(wù)視角，搭建了資產(chǎn)一體化信息管理平臺(tái)[3]；寧波地鐵信息系統(tǒng)通過將基礎(chǔ)設(shè)施與平臺(tái)相融合，實(shí)現(xiàn)了信息的高集成化，提升了項(xiàng)目整體運(yùn)行效率[4]。由于地鐵工程項(xiàng)目具有建設(shè)規(guī)模大、施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)[5]，在建設(shè)過程中容易出現(xiàn)關(guān)鍵信息收集不暢、干預(yù)控制不及時(shí)等問題，因此，急需建立集成化的項(xiàng)目管理平臺(tái)。

信息技術(shù)的不斷發(fā)展為地鐵工程項(xiàng)目管理提供了有力的管理工具和手段，其中， BIM技術(shù)在國內(nèi)外工程建設(shè)項(xiàng)目管理中發(fā)揮了積極作用,其應(yīng)用范圍和研究深度的延伸使得工程項(xiàng)目智能化管理水平逐步提高。同時(shí)，促進(jìn)工程項(xiàng)目管理由串聯(lián)工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘀黧w協(xié)同耦合工作模式。

本文結(jié)合某市地鐵聯(lián)絡(luò)線工程施工管理需求，借助BIM技術(shù)在信息集成、信息共享方面具有的完整性、流暢性等優(yōu)勢(shì)，整合施工階段工程項(xiàng)目管理信息、施工信息，搭建基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)，以提高企業(yè)的施工現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程管控水平，進(jìn)而提升企業(yè)的項(xiàng)目管理水平和質(zhì)量。

1 地鐵工程項(xiàng)目概況及需求分析

某市地鐵聯(lián)絡(luò)線工程建設(shè)線路全長約8.2km，施工工期緊、任務(wù)重。項(xiàng)目前期工程量大，涉及水電接入工程、施工便道工程、施工用地征拆工程、河道導(dǎo)流工程等。其中，施工區(qū)間管片外徑為13.6m，盾構(gòu)機(jī)盾體直徑達(dá)14m，屬于超大型泥水盾構(gòu)，施工難度較大；盾構(gòu)掘進(jìn)長度較長，地質(zhì)條件為軟土質(zhì)且承受水壓較高，因此，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)及施工優(yōu)化面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。此外，該工程建設(shè)涉及專業(yè)多、綜合性強(qiáng)、工藝復(fù)雜，對(duì)工程籌劃和組織要求較高。基于該項(xiàng)目實(shí)際情況，借助BIM技術(shù)、云平臺(tái)、移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，將BIM模型與智慧工地相結(jié)合，綜合考慮BIM模型工程數(shù)據(jù)、三維GIS、施工信息、進(jìn)度需求、質(zhì)量需求、安全需求、施工工藝可視化及視頻監(jiān)控管理等功能，在滿足信息數(shù)據(jù)管理要求的基礎(chǔ)上建立智慧建造施工信息管理平臺(tái)。

2 地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)架構(gòu)與主要功能

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)是收集、整理、存儲(chǔ)、分析和處理項(xiàng)目信息的信息化管理平臺(tái)，是BIM技術(shù)、云平臺(tái)、移動(dòng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)在智慧建造領(lǐng)域的應(yīng)用，是BIM技術(shù)與智慧工地建造信息分析和處理技術(shù)的集成平臺(tái)?；贐IM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 平臺(tái)主要功能

基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)架構(gòu)分為采集層、匯聚層、處理層和顯示層4個(gè)層級(jí)，利用J2EE架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多層級(jí)化數(shù)據(jù)交互，具有靈活性、易維護(hù)性等特點(diǎn)。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)門戶網(wǎng)站快速集成，滿足信息共享的分布性、動(dòng)態(tài)性等要求。平臺(tái)系統(tǒng)層級(jí)劃分及主要功能見表1。

表1 平臺(tái)系統(tǒng)層級(jí)劃分及主要功能

該平臺(tái)各層級(jí)協(xié)同配合，通過調(diào)用內(nèi)部功能模塊，發(fā)揮平臺(tái)集成管理和APP協(xié)同管理的優(yōu)勢(shì)，整合采集層中收集的圖像、視頻、文檔、數(shù)據(jù)等信息。通過串聯(lián)工程建設(shè)過程中的各類碎片信息，有效提高信息交互的靈活性、真實(shí)性與時(shí)效性，并通過多方信息共享、遠(yuǎn)程協(xié)同、智能化管控等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵工程項(xiàng)目質(zhì)量、安全、進(jìn)度等全方位、信息化、智慧化、有序化管控。

2.2.1 采集層功能分析

采集層作為平臺(tái)信息數(shù)據(jù)最基礎(chǔ)的層級(jí)，從項(xiàng)目人員、設(shè)備、材料及現(xiàn)場(chǎng)施工的智慧管理實(shí)際需求出發(fā)，包括工序報(bào)驗(yàn)管理、施工參數(shù)監(jiān)控、混凝土溫控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位管理、車輛定位管理、地磅管理系統(tǒng)、環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)等模塊。各模塊主要功能及實(shí)現(xiàn)路徑如下：

(1)工序報(bào)驗(yàn)管理。建立基于WBS結(jié)構(gòu)樹的工程質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量報(bào)驗(yàn)程序的網(wǎng)上填報(bào)與簽批，數(shù)據(jù)可追溯、管理可留痕。

(2)施工參數(shù)監(jiān)控。將施工參數(shù)引入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程交互等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)工作狀態(tài)、性能情況、推進(jìn)情況等各項(xiàng)參數(shù)信息。

圖1 基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)架構(gòu)

(3)混凝土溫控系統(tǒng)。利用數(shù)字式溫度計(jì)、自動(dòng)化采集、無線收發(fā)裝置等設(shè)備自動(dòng)采集和傳輸現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度數(shù)據(jù)。通過對(duì)接試驗(yàn)室數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)集成至平臺(tái)并實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、網(wǎng)上填報(bào)、規(guī)范輸出等功能。

(4)視頻監(jiān)控管理。實(shí)時(shí)對(duì)接項(xiàng)目部視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將視頻探頭位置與三維GIS相結(jié)合，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)；增加對(duì)作業(yè)人員的監(jiān)管力度，規(guī)范其行為，提高安全生產(chǎn)水平；對(duì)重點(diǎn)防范區(qū)域建立專門的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，并將該模型狀態(tài)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤和實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測(cè)人員除正常上報(bào)監(jiān)測(cè)報(bào)告，還可以將人工測(cè)量的監(jiān)測(cè)結(jié)果上傳至安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)，利用現(xiàn)場(chǎng)無線網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、主動(dòng)監(jiān)管、應(yīng)急管理等功能。

(5)人員及車輛定位管理。利用手機(jī)實(shí)時(shí)定位技術(shù)，根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)情況建立電子圍欄，提供人員移動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤、人員移動(dòng)軌跡回放、人員位置定位查找等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理、越界管理、標(biāo)簽管理等功能。在運(yùn)輸車輛上安裝定位終端和感應(yīng)裝置，提供車輛自動(dòng)定位、實(shí)時(shí)采集空載/滿載數(shù)據(jù)，完成覆蓋施工區(qū)范圍的運(yùn)輸車輛全程監(jiān)控及調(diào)度管理。

(6)地磅管理系統(tǒng)。建立項(xiàng)目部地磅管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，將項(xiàng)目部地磅管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)物資標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精益化管理。

(7)環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)。將環(huán)保監(jiān)控位置與三維GIS信息相結(jié)合，對(duì)接環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)集成至平臺(tái)并實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)污染實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、揚(yáng)塵自動(dòng)處理等功能。

2.2.2 匯聚層功能分析

該層級(jí)負(fù)責(zé)集成平臺(tái)模塊功能，實(shí)時(shí)收集項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本信息，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析。

通過對(duì)信息進(jìn)行處理和分類，將重要信息進(jìn)行參數(shù)化轉(zhuǎn)換，并關(guān)聯(lián)項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)庫，對(duì)照項(xiàng)目的重要階段和重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，完成對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量、成本、進(jìn)度及施工安全的多維度考核。同時(shí)，將考核結(jié)果形成相應(yīng)報(bào)告或消息提醒反饋至平臺(tái)，再下發(fā)至對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)人。對(duì)于門戶系統(tǒng)中的所有通知和變更操作，全部記入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，利于信息溯源，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.2.3 處理層功能分析

處理層是該平臺(tái)的核心層級(jí)，主要對(duì)質(zhì)量、成本、進(jìn)度、安全4個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理和監(jiān)控。

(1)質(zhì)量控制?；贐IM模型中各環(huán)節(jié)的參數(shù)化信息對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)有序劃分，保證全環(huán)節(jié)質(zhì)量控制落實(shí)到相應(yīng)負(fù)責(zé)人。

(2)成本控制。在項(xiàng)目施工前，完成項(xiàng)目成本的分類、統(tǒng)計(jì)，生成工程量清單后上傳至BIM數(shù)據(jù)庫，通過模型關(guān)聯(lián)成本及進(jìn)度信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行成本核驗(yàn)等工作。同時(shí)，及時(shí)解決成本超支、支付逾期等問題，保證成本控制工作的有效性。

(3)進(jìn)度控制。在WBS結(jié)構(gòu)樹基礎(chǔ)上，融合BIM模型及時(shí)間軸形成施工動(dòng)畫。將實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行比對(duì)，不斷優(yōu)化工序邏輯、工作持續(xù)時(shí)間等指標(biāo)。

(4)安全控制。通過分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將模型狀態(tài)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤和實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測(cè)人員除正常上報(bào)監(jiān)測(cè)報(bào)告，還可以將人工監(jiān)測(cè)結(jié)果提交至安全控制處理模塊，實(shí)現(xiàn)人員行為分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、主動(dòng)監(jiān)管、應(yīng)急管理等功能。

2.2.4 顯示層功能分析

顯示層能夠直觀展示處理層的匯總數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展示施工動(dòng)態(tài)信息。其中，系統(tǒng)首頁主要包含工程概況、三維GIS和項(xiàng)目控制面板模塊，為績效分析、待辦信息、考核評(píng)價(jià)等各功能模塊提供接口。

采用三維GIS展示項(xiàng)目的地理信息，使項(xiàng)目人員對(duì)項(xiàng)目的地理信息更加直觀了解；通過連接專項(xiàng)施工技術(shù)方案的施工動(dòng)畫模擬，使項(xiàng)目人員直觀理解專項(xiàng)施工技術(shù)方案；顯示視頻監(jiān)控探頭位置并連接視頻數(shù)據(jù)；借助項(xiàng)目管理看板以可視化的圖表形式展示項(xiàng)目總體進(jìn)度、質(zhì)量等各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使進(jìn)度、質(zhì)量等施工狀態(tài)一目了然，提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理質(zhì)量和效率。

3 平臺(tái)應(yīng)用效果與改進(jìn)措施

3.1 應(yīng)用效果

搭建基于BIM的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)，有利于對(duì)項(xiàng)目參與方進(jìn)行整合化、規(guī)范化管理。該平臺(tái)系統(tǒng)自投入使用至今，實(shí)現(xiàn)了與工程建設(shè)全過程的有機(jī)結(jié)合，完成了現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工仿真和優(yōu)化等多項(xiàng)功能。通過關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工藝的仿真模擬以及關(guān)鍵工序的優(yōu)化，提升約20%的施工效率，減少約30%的無效變更?；贐IM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)應(yīng)用效果如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)應(yīng)用效果

3.2 改進(jìn)措施

該平臺(tái)有效提高了項(xiàng)目施工階段的信息傳遞和交互水平，增強(qiáng)了企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理能力；業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方、設(shè)計(jì)方的協(xié)同效應(yīng)隨項(xiàng)目建設(shè)的推進(jìn)不斷凸顯。但該平臺(tái)在應(yīng)用過程中也存在一些問題：首先，顯示層中部分環(huán)節(jié)的人機(jī)交互界面較為新穎，使得新方法與傳統(tǒng)交互方式產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用率不高；其次，平臺(tái)系統(tǒng)前期投入資金較多，且信息數(shù)據(jù)獲取和處理負(fù)荷較大，對(duì)數(shù)據(jù)庫變更、維護(hù)提出了較高要求；最后，隨著項(xiàng)目建設(shè)過程不斷融入新技術(shù)，需要有一定專業(yè)能力的人員參與工作。同時(shí)，該平臺(tái)部分功能實(shí)用性欠佳。基于此，提出以下改進(jìn)措施：

(1)在平臺(tái)建立初期，由需求決定設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，應(yīng)組織專家及相關(guān)技術(shù)人員評(píng)審平臺(tái)框架和運(yùn)行狀態(tài)，保證平臺(tái)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。

(2)對(duì)于平臺(tái)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)及時(shí)解決并進(jìn)行功能優(yōu)化。

(3)管理層應(yīng)及時(shí)總結(jié)平臺(tái)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，形成標(biāo)準(zhǔn)的操作流程，推進(jìn)基于BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目管理平臺(tái)落地應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文以某市地鐵工程項(xiàng)目為例，搭建基于BIM技術(shù)的地鐵工程項(xiàng)目管理平臺(tái)，完成對(duì)項(xiàng)目建設(shè)階段施工信息的有效管理和整合，解決了地鐵工程項(xiàng)目建設(shè)中信息孤島的問題，實(shí)現(xiàn)了參與方信息共享、多方協(xié)同。

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)中質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等核心信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)化，能夠有效集成各功能模塊運(yùn)作機(jī)制和信息傳輸、集成、分析功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與項(xiàng)目管理的深度結(jié)合。實(shí)踐證明，該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)信息互聯(lián)、協(xié)同管理，減少無效變更，提升項(xiàng)目管理的高效性和準(zhǔn)確性。