基于BIM技術(shù)的鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工管理研究

雷登峰

摘 ?要：當(dāng)前，建筑信息模型（BIM）技術(shù)往往僅限于工程操作層面的討論，較少探究以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工程規(guī)劃與控制工作的全流程。尤其是在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的背景下，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理和施工的模型概念尚未明晰。基于此，該文基于BIM技術(shù)，通過(guò)利用來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)以及自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建數(shù)據(jù)-信息流生產(chǎn)與使用相融合的閉環(huán)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)，以及時(shí)為鐵路建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供優(yōu)化方案。該研究致力于搭建以數(shù)據(jù)為中心的全面施工管理模式，以改進(jìn)過(guò)去被動(dòng)式的工程設(shè)計(jì)與施工管理模式，為基于BIM技術(shù)的鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工提供建議。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型技術(shù)；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；施工規(guī)劃；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）18-0144-05

Abstract： At present， building information modeling（BIM） technology is often limited to the discussion of engineering operation level， and seldom explore the whole process of data-driven engineering planning and control. Especially in the context of railway infrastructure， the concept of data-driven management and construction model is not yet clear. Based on this， based on BIM technology， this paper constructs a closed-loop design and control system with the integration of data-information flow production and use by using on-site monitoring technology and automatic data acquisition， so as to provide an optimization scheme for the design and construction of railway construction projects in time. This study is committed to building a comprehensive construction management model with data as the center， in order to improve the past passive engineering design and construction management model and provide suggestions for the design and construction of railway construction projects based on BIM technology.

Keywords： building information modeling technology; data-driven; construction planning; site monitoring; automatic data acquisition

隨著信息技術(shù)的發(fā)展與普及，我國(guó)鐵路建設(shè)在信息化應(yīng)用中取得了較大的進(jìn)展，并促進(jìn)了鐵路建設(shè)的發(fā)展。在設(shè)計(jì)階段，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）繪圖可以縮短設(shè)計(jì)周期；在施工階段，通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件的應(yīng)用，如驗(yàn)工計(jì)價(jià)、計(jì)劃和財(cái)務(wù)管理、合同管理、成本管理及物料設(shè)備管理等，可以提高工作效率；在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，信息化應(yīng)用在工務(wù)和電務(wù)管理、土地管理、設(shè)備管理、物業(yè)管理和列車(chē)調(diào)度等方面也提高了運(yùn)營(yíng)效率。

然而，目前的信息系統(tǒng)應(yīng)用主要集中在單項(xiàng)業(yè)務(wù)的效率提升方面。鐵路建設(shè)項(xiàng)目是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程項(xiàng)目，涉及多個(gè)部門(mén)和不同專(zhuān)業(yè)人員之間的協(xié)同工作。在鐵路建設(shè)項(xiàng)目中，需要施工承包商、供應(yīng)商、鐵路公司、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)以及政府等公共機(jī)構(gòu)等大量主體之間的密切合作。在各階段各環(huán)節(jié)下，每個(gè)主體都會(huì)生成有關(guān)產(chǎn)品和施工過(guò)程的信息，使用各種各樣的信息化工具，存在多種數(shù)據(jù)格式，且往往難以互相操作。考慮到普遍存在的數(shù)據(jù)缺失、管理脫節(jié)等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)鐵路建設(shè)數(shù)據(jù)化協(xié)同管理方面的研究十分稀缺。迄今為止，由于缺乏統(tǒng)一的架構(gòu)，鐵路建設(shè)項(xiàng)目各階段所使用的不同系統(tǒng)都是相互獨(dú)立的。不同部門(mén)和不同階段的工作人員在協(xié)同過(guò)程中往往需要重復(fù)錄入信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和缺失的問(wèn)題。目前，鐵路建設(shè)項(xiàng)目中的各個(gè)協(xié)同方，包括建設(shè)單位、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和咨詢(xún)等，主要依賴(lài)紙質(zhì)文檔進(jìn)行協(xié)同工作，由此導(dǎo)致整體信息化管理水平較低。因此，構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)化協(xié)同框架對(duì)于提升我國(guó)鐵路建設(shè)管理的信息化水平和現(xiàn)代化水平至關(guān)重要。

近年來(lái)，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）概念在生產(chǎn)、制造與運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。BIM是一種基于數(shù)字化技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理方法。它通過(guò)創(chuàng)建、管理和交換建筑項(xiàng)目的信息模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑項(xiàng)目全生命周期內(nèi)各個(gè)階段的數(shù)據(jù)集成、協(xié)同和可視化。在已有研究中，許多學(xué)者將設(shè)計(jì)和施工中生成的BIM等同于數(shù)字孿生的概念，指出其包括3個(gè)主要元素：物理人工制品、數(shù)字對(duì)應(yīng)物以及將兩者結(jié)合在一起的連接[1]。其中，連接是物理和虛擬對(duì)應(yīng)物之間的數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)交換，通過(guò)高級(jí)傳感（例如計(jì)算機(jī)視覺(jué)）、物聯(lián)網(wǎng)（例如互連資產(chǎn)）、高速網(wǎng)絡(luò)（例如5G互聯(lián)網(wǎng)）和高級(jí)分析（例如機(jī)器學(xué)習(xí)）技術(shù)的發(fā)展來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

在實(shí)際中，施工交付團(tuán)隊(duì)編譯的BIM模型，反映項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和計(jì)劃狀態(tài)，但不是竣工或執(zhí)行狀態(tài)，并且不會(huì)隨著物理狀態(tài)的變化而更新。而竣工BIM捕獲施工的完成狀態(tài)，是在基礎(chǔ)設(shè)施交付給客戶(hù)時(shí)準(zhǔn)備的，并且排除了過(guò)程信息。此外，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)性使得監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施的組件以及設(shè)備和工人的行動(dòng)具有挑戰(zhàn)性。因此，通過(guò)構(gòu)建基于BIM的以數(shù)據(jù)為中心的施工管理模式，基于充分知情和可靠的“假設(shè)”情景評(píng)估，在施工期間做出有關(guān)生產(chǎn)計(jì)劃和詳細(xì)設(shè)計(jì)的有效決策，以顯著減少施工中固有的浪費(fèi)。

因此，為滿(mǎn)足當(dāng)前鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展需求，本文旨在以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，使用BIM為鐵路建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工的規(guī)劃、控制，制定一個(gè)連貫、全面和可行的綜合施工管理系統(tǒng)的工作流程框架。通過(guò)搭建數(shù)據(jù)化協(xié)同框架，可以整合不同部門(mén)和不同階段所使用的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交流。并通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和接口，不同系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接，避免信息重復(fù)錄入和數(shù)據(jù)冗余。同時(shí)，該框架可以提供跨部門(mén)、跨階段的協(xié)同工作平臺(tái)，促進(jìn)各方之間的合作與溝通。此外，該協(xié)同框架還可以結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的智能化處理和分析。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以提供決策支持和預(yù)測(cè)能力，為項(xiàng)目管理和運(yùn)營(yíng)決策提供科學(xué)依據(jù)。綜上所述，構(gòu)建系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)化協(xié)同框架對(duì)于提升我國(guó)鐵路建設(shè)管理的信息化水平和現(xiàn)代化水平至關(guān)重要，并將有助于解決信息孤島和數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題，提高工作效率和協(xié)同能力，推動(dòng)鐵路建設(shè)向更高水平發(fā)展。

1 ?研究綜述

1.1 ?建筑信息模型技術(shù)

已有研究針對(duì)建筑信息模型（BIM）技術(shù)存在不同的界定。本文依據(jù)王曉丹[3]，認(rèn)為BIM是以三維模型為主要載體，借助數(shù)字化的形式對(duì)建設(shè)項(xiàng)目各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合集成，具有可視性、協(xié)同性、模擬性等特征的系統(tǒng)。即以數(shù)據(jù)為核心，包含多維度信息資源的數(shù)字化模型。近些年現(xiàn)代化進(jìn)程加快，傳統(tǒng)建筑模式采用的二維模型，在建設(shè)過(guò)程中的弊端逐步顯現(xiàn)，二維平面模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各方及時(shí)有效溝通，導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)效率低下，資源浪費(fèi)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。BIM技術(shù)通過(guò)數(shù)字化建模的形式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工管理的信息化，提高建設(shè)質(zhì)量、控制建設(shè)成本、提高資源利用率[3]。

已有研究基于BIM的可視性、協(xié)同性、模擬性三大特征進(jìn)行了全面剖析。BIM可視性即打破傳統(tǒng)二維平面模式，以三維實(shí)體形式打造建筑模型，利于突出其設(shè)計(jì)要點(diǎn)、施工重點(diǎn)、項(xiàng)目細(xì)節(jié)等，減少項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及施工過(guò)程中的漏洞，從而提高建設(shè)效率，彌補(bǔ)傳統(tǒng)模式的不足[4]。可視性作為BIM突出特性體現(xiàn)在建設(shè)全生命周期中，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期充分展現(xiàn)項(xiàng)目細(xì)節(jié)，施工階段對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全方位模擬，以保證項(xiàng)目進(jìn)度的合理推進(jìn)，對(duì)項(xiàng)目整體進(jìn)行宏觀把控，盡可能避免項(xiàng)目進(jìn)程中出現(xiàn)較大的質(zhì)量問(wèn)題。BIM協(xié)調(diào)性即統(tǒng)籌項(xiàng)目總過(guò)程，項(xiàng)目參與各方、項(xiàng)目全方位的協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)建筑模式受各類(lèi)因素影響，項(xiàng)目參與各方以及各階段獨(dú)立性較強(qiáng)，難以同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，導(dǎo)致受外部因素影響的施工問(wèn)題無(wú)法及時(shí)解決、各方意見(jiàn)不統(tǒng)一和設(shè)計(jì)理念上理解的偏差，造成項(xiàng)目進(jìn)展延緩和資源浪費(fèi)[5]。BIM以立體模型形式將項(xiàng)目整體構(gòu)建，項(xiàng)目各方能夠在BIM模型上進(jìn)行及時(shí)有效溝通與修改，避免在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中進(jìn)行大范圍的修改，從而達(dá)到利益最大化。BIM模擬性即對(duì)項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行模擬，以便排查項(xiàng)目安全隱患，保證施工安全，提高施工效率[6]。傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目在施工過(guò)程中通過(guò)人力監(jiān)管，安全隱患無(wú)法解決，BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目過(guò)程的模擬，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，在項(xiàng)目模擬時(shí)排除一定的隱患，有效避免施工意外的發(fā)生。

1.2 ?BIM在項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工控制的應(yīng)用

已有研究基于BIM技術(shù)特性，指出在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中各階段參與者可同步參與模型整體開(kāi)發(fā)[7]，將BIM技術(shù)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)有效結(jié)合，BIM技術(shù)可借助數(shù)據(jù)分析，整合項(xiàng)目各方理念并針對(duì)外部環(huán)境因素對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化處理。項(xiàng)目設(shè)計(jì)是建設(shè)項(xiàng)目初期階段，關(guān)乎建筑效率、質(zhì)量、成本以及市場(chǎng)效益等問(wèn)題。例如，在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，及時(shí)更改圖紙、信息化設(shè)計(jì)資料[8]，以及項(xiàng)目各單位有效溝通，立體圖紙可更直觀感受設(shè)計(jì)方案的可行性，通過(guò)模擬施工過(guò)程找出后期可能會(huì)出現(xiàn)的施工問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性與科學(xué)性[9]。在施工控制中，BIM可通過(guò)施工前期圖紙理解、施工管理、竣工管理、成本管理和施工安全方面對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控。傳統(tǒng)模式下設(shè)計(jì)圖紙通常為二維平面，施工過(guò)程中需注意細(xì)節(jié)無(wú)法在平面圖紙上展現(xiàn)，導(dǎo)致施工過(guò)程中易造成細(xì)節(jié)偏差，加大后期工程量。BIM技術(shù)可以通過(guò)借助相應(yīng)手段對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，在施工過(guò)程中便于施工方把控細(xì)節(jié)，對(duì)偏差部分進(jìn)行同步更改。在施工管理方面，BIM技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控[9]，對(duì)施工過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)，利用BIM技術(shù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位，提出針對(duì)性改進(jìn)方案，嚴(yán)格把控施工進(jìn)度，一定程度上降低項(xiàng)目整體返工風(fēng)險(xiǎn)。在竣工管理方面，BIM技術(shù)通過(guò)對(duì)前期搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息高效傳遞，避免傳遞過(guò)程出現(xiàn)信息偏差，提高施工效率，減少成本。在施工安全方面，BIM技術(shù)可通過(guò)與其他技術(shù)如定位技術(shù)與BIM技術(shù)充分結(jié)合，構(gòu)建可視化的三維監(jiān)管系統(tǒng)，加強(qiáng)安全培訓(xùn)與人員管理[7]。然而，在實(shí)際項(xiàng)目工程中BIM技術(shù)的運(yùn)用仍存在問(wèn)題，并吸引了學(xué)者的廣泛關(guān)注。

國(guó)內(nèi)針對(duì)BIM技術(shù)在建筑行業(yè)運(yùn)用的研究呈現(xiàn)快速升溫態(tài)勢(shì)，隨著建筑市場(chǎng)不斷發(fā)展以及數(shù)字化信息技術(shù)的普及，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的有效運(yùn)用已然成為近年學(xué)界研究熱點(diǎn)。學(xué)者們從BIM技術(shù)現(xiàn)狀分析[10]、裝配式建筑設(shè)計(jì)[11]、建筑工程管理[9]等不同視角開(kāi)展了研究，相較而言，對(duì)于BIM在鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用探討仍存在一定的不足。

2 ?以數(shù)據(jù)為中心的施工管理

2.1 ?主要概念

為準(zhǔn)確刻畫(huà)用于鐵路施工的流程設(shè)計(jì)，本文首先定義對(duì)相關(guān)術(shù)語(yǔ)的使用，例如，數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)。區(qū)分這些概念至關(guān)重要，因?yàn)檫@些概念決定了對(duì)語(yǔ)義以及對(duì)工作流不同方面固有的不確定性程度的理解。在本文中，數(shù)據(jù)是通過(guò)從工地上的傳感器和其他監(jiān)控設(shè)備捕獲的信號(hào)，并從施工公司的信息系統(tǒng)中收集起來(lái)的數(shù)據(jù)。通常而言，來(lái)自于任意單一來(lái)源的數(shù)據(jù)往往范圍有限、不完整或具有缺陷，需要大量的數(shù)據(jù)源來(lái)獲得有用的信息。例如，對(duì)土方工程進(jìn)行掃描而獲得的一組土方工程的圖像，建造土方工程的工人數(shù)據(jù)，用于建造土方工程的材料交付數(shù)據(jù)，以及確定土方工程的位置（絕對(duì)位置和相對(duì)于其他組件的位置），工人在其附近花費(fèi)的時(shí)間以及他們的生產(chǎn)力，土方工程的尺寸或者制造過(guò)程中使用的材料。

考慮到數(shù)據(jù)本身幾乎沒(méi)有價(jià)值，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋、處理以及與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便推論和歸納有用的信息，從而提煉出具有意義的信息價(jià)值。其中，信息的價(jià)值是通過(guò)信息生命周期捕獲的：發(fā)生（發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)作）、傳輸（聯(lián)網(wǎng)、檢索）、處理和管理（收集、驗(yàn)證、索引和分類(lèi)）和使用（監(jiān)視、建模、解釋、預(yù)測(cè)和學(xué)習(xí)）。通過(guò)信息生命周期中的最后3個(gè)階段，即處理和管理（收集、驗(yàn)證、索引和分類(lèi)）和使用（監(jiān)視、建模、解釋、預(yù)測(cè)和學(xué)習(xí)），可以創(chuàng)造知識(shí)。從傳統(tǒng)的理解來(lái)看，知識(shí)的功能包括對(duì)現(xiàn)象行為的描述、解釋和預(yù)測(cè)。然而，在生產(chǎn)科學(xué)的背景下，知識(shí)也具有規(guī)定性的功能，即生產(chǎn)理論還必須指導(dǎo)實(shí)踐的改進(jìn)，并提供驗(yàn)證手段。

因此，在應(yīng)用BIM過(guò)程中，需要利用合適的方法從數(shù)據(jù)中獲取可靠的信息，也需要軟件模塊使用這些信息進(jìn)行價(jià)值判斷，從而獲得有關(guān)符合設(shè)計(jì)或計(jì)劃的新知識(shí)。即通過(guò)構(gòu)建模塊，將竣工和執(zhí)行信息、計(jì)劃和設(shè)計(jì)信息進(jìn)行比較。例如，通過(guò)對(duì)上文鐵路建設(shè)有關(guān)土方工程信息的比較可能可以得出結(jié)論，它并沒(méi)有建在正確的位置，或者它是使用錯(cuò)誤的材料建造的，或者它花費(fèi)了過(guò)多的時(shí)間進(jìn)行建造。這些知識(shí)有助于在需要時(shí)做出決策，以改進(jìn)未來(lái)的設(shè)計(jì)和計(jì)劃。

2.2 ?流程設(shè)計(jì)

從核心信息和流程概念出發(fā)，本文提出了一個(gè)基于BIM的全面施工管理模式工作流程，并描述了工作流程及其組件。首先，在任何鐵路建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，需要在前期準(zhǔn)備階段確定項(xiàng)目目標(biāo)和需求，確定鐵路線路、車(chē)站、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的位置、規(guī)模和功能要求。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師都會(huì)根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)和需求進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，例如線路規(guī)劃、橋梁設(shè)計(jì)與車(chē)站布局等，以滿(mǎn)足功能要求。緊隨其后的是，利用迭代的方式規(guī)劃施工，通過(guò)制定項(xiàng)目計(jì)劃與規(guī)劃，制定項(xiàng)目計(jì)劃、預(yù)算和時(shí)間表，并進(jìn)行必要的項(xiàng)目管理和監(jiān)督安排。這些功能由圖1的“項(xiàng)目設(shè)計(jì)與流程計(jì)劃”活動(dòng)表示，生成的信息是項(xiàng)目計(jì)劃信息。在圖1的“施工預(yù)測(cè)”中，設(shè)計(jì)人員和規(guī)劃人員應(yīng)用各種專(zhuān)門(mén)的工程仿真和分析軟件，這些軟件使用預(yù)期結(jié)果與計(jì)劃流程以及編纂的設(shè)計(jì)知識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)其設(shè)計(jì)和計(jì)劃的可能表現(xiàn)。結(jié)果是關(guān)于鐵路建設(shè)行為的知識(shí)，統(tǒng)稱(chēng)為項(xiàng)目計(jì)劃知識(shí)，設(shè)計(jì)師利用這些知識(shí)通過(guò)多次迭代來(lái)完善他們的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)活動(dòng)生成項(xiàng)目和工藝信息，在整個(gè)施工階段繼續(xù)為設(shè)計(jì)和計(jì)劃添加細(xì)節(jié)，直到施工完成。會(huì)生成項(xiàng)目計(jì)劃信息和項(xiàng)目計(jì)劃知識(shí)的多個(gè)版本，每個(gè)版本都使用適當(dāng)?shù)陌姹緲?biāo)識(shí)符進(jìn)行記錄。

隨著施工的進(jìn)行和數(shù)據(jù)的積累，解釋函數(shù)應(yīng)用復(fù)雜事件處理來(lái)推斷執(zhí)行的操作以及執(zhí)行操作時(shí)消耗的資源。它生成的信息描述了項(xiàng)目的“竣工”和“已執(zhí)行”狀態(tài)，即項(xiàng)目狀態(tài)信息?？梢允褂靡?guī)則推理或機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)事件進(jìn)行分類(lèi)。輸入不僅包括來(lái)自多個(gè)流的原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，還包括項(xiàng)目計(jì)劃信息和以前周期的任何現(xiàn)有項(xiàng)目狀態(tài)信息。還可以利用歷史建筑雙胞胎中存檔的外部信息。項(xiàng)目計(jì)劃信息提供了有關(guān)預(yù)期內(nèi)容的直接線索，并在物理上定位了預(yù)期的組件，從而縮小了搜索空間。同樣，項(xiàng)目狀態(tài)信息提供了產(chǎn)品和流程時(shí)間線的背景信息。

如圖1所示，利用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的一致性評(píng)估函數(shù)將實(shí)際情況與預(yù)期情況，即項(xiàng)目計(jì)劃信息與項(xiàng)目狀態(tài)信息進(jìn)行比較。這些是價(jià)值判斷，因?yàn)樵诿糠N情況下，它們都必須使用某個(gè)閾值來(lái)確定項(xiàng)目狀態(tài)信息和項(xiàng)目計(jì)劃信息之間的差異程度是可接受的還是需要修正的。例如，混凝土柱的實(shí)際寬度可能小于其標(biāo)稱(chēng)設(shè)計(jì)寬度，但如果偏差在預(yù)定義的允許公差范圍內(nèi)，這可能是可以接受的。雖然可以使用各種人工智能方法自動(dòng)進(jìn)行一致性評(píng)估，但在許多情況下，此功能可能會(huì)征求用戶(hù)的意見(jiàn)以進(jìn)行價(jià)值判斷，并將利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)知識(shí)。此函數(shù)的輸出是關(guān)于項(xiàng)目狀態(tài)的知識(shí)，稱(chēng)為項(xiàng)目狀態(tài)知識(shí)。需要適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)可視化工具來(lái)傳達(dá)項(xiàng)目狀態(tài)、與設(shè)計(jì)意圖或生產(chǎn)計(jì)劃的偏差以及任何其他異常情況。

在這個(gè)階段，過(guò)程的控制權(quán)歸還給設(shè)計(jì)師和施工規(guī)劃師，他們可以根據(jù)狀態(tài)知識(shí)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或生產(chǎn)計(jì)劃提出修改建議，從而完成“計(jì)劃-執(zhí)行-檢查-行動(dòng)”循環(huán)。他們可以使用相同的專(zhuān)業(yè)工程仿真和分析軟件（圖1中的“施工預(yù)測(cè)”）來(lái)預(yù)測(cè)任何可能更改的結(jié)果，從而比較和選擇有關(guān)設(shè)計(jì)、施工計(jì)劃或兩者更改的備選方案。任何選擇實(shí)施的選項(xiàng)都會(huì)添加到項(xiàng)目計(jì)劃信息中，從而生成新版本。修訂后的項(xiàng)目計(jì)劃信息繼續(xù)推動(dòng)施工本身，并重復(fù)規(guī)劃和控制周期，直到項(xiàng)目完成。

施工階段從場(chǎng)外組件預(yù)制開(kāi)始或現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)開(kāi)始以較早者為準(zhǔn)開(kāi)始。此時(shí)，監(jiān)控開(kāi)始積累構(gòu)成PSM的數(shù)據(jù)和信息。承包商使用項(xiàng)目計(jì)劃信息來(lái)指導(dǎo)材料和非現(xiàn)場(chǎng)組件的采購(gòu)，并控制鐵路建設(shè)的施工。場(chǎng)外的供應(yīng)鏈和現(xiàn)場(chǎng)的建筑工程體現(xiàn)了定義項(xiàng)目狀態(tài)的物理信息正在建造的建筑物、執(zhí)行的物理過(guò)程以及鐵路建設(shè)資源和設(shè)備是數(shù)字孿生。在此期間，應(yīng)用各種監(jiān)控技術(shù)來(lái)捕獲產(chǎn)品和過(guò)程的狀態(tài)（“監(jiān)控”），并生成原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，所有積累的信息和知識(shí)（項(xiàng)目計(jì)劃信息、項(xiàng)目計(jì)劃知識(shí)、項(xiàng)目狀態(tài)信息和項(xiàng)目狀態(tài)知識(shí)）都會(huì)被存檔。在傳統(tǒng)的施工實(shí)踐中，有條不紊地提取一組資產(chǎn)信息并準(zhǔn)備移交給客戶(hù)，以便進(jìn)行運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。這是可用信息的子集。其通常包括竣工產(chǎn)品信息（鐵路建設(shè)的土方工程、橋梁、隧道和車(chē)站等結(jié)構(gòu)，鐵軌及其機(jī)械、電氣和通信系統(tǒng)等設(shè)備以及沿線綠化），但不包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息和所有施工過(guò)程信息。任何有關(guān)活動(dòng)、資源、建筑設(shè)備或任何臨時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工程的信息都不會(huì)傳遞到資產(chǎn)模型中。設(shè)計(jì)信息、工藝信息以及從資產(chǎn)信息中排除的任何施工階段產(chǎn)品信息都可以存檔，以備將來(lái)在長(zhǎng)期系統(tǒng)反饋中使用。為了能夠利用以往數(shù)字化施工信息檔案的這一方面，需要確保將來(lái)可能受雇設(shè)計(jì)、建造、翻新或維護(hù)該建筑物或類(lèi)似建筑物的任何一方都能訪問(wèn)這些信息。

最后，存在一個(gè)廣泛的“計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—行動(dòng)”循環(huán)，每個(gè)項(xiàng)目都被視為一個(gè)設(shè)計(jì)-施工事件，之后數(shù)字建筑孿生信息被存檔，隨后用于組織或行業(yè)層面的學(xué)習(xí)（“檢查”），并在后續(xù)項(xiàng)目中改進(jìn)行動(dòng)?！坝?jì)劃—執(zhí)行—檢查—行動(dòng)”循環(huán)是實(shí)時(shí)反饋循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中，信息直接從項(xiàng)目狀態(tài)信息饋送到現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)理和工人。這包括質(zhì)量和安全監(jiān)控，在持續(xù)操作期間，必須提醒工人注意任何偏離設(shè)計(jì)意圖或安全行為的情況。安全監(jiān)控中，包括通過(guò)發(fā)出警報(bào)以提醒工人注意即將發(fā)生的潛在碰撞的技術(shù)，而在質(zhì)量控制反饋中，可在澆筑混凝土之前，使用激光掃描來(lái)指導(dǎo)橋墩中鋼纜錨插件的精確定位。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

盡管BIM技術(shù)的創(chuàng)新本身具有重要意義，但需要一個(gè)統(tǒng)一的概念框架來(lái)定義如何管理和執(zhí)行施工，并利用這些不同的創(chuàng)新來(lái)有效利用他們提供的數(shù)據(jù)和方法。本文的貢獻(xiàn)包括描述一個(gè)全面的以數(shù)據(jù)為中心的施工管理模式，基于BIM工具的施工管理模式與信息系統(tǒng)工作流程框架，并詳細(xì)審查實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)所需開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，將信息和監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于精益的閉環(huán)規(guī)劃和控制系統(tǒng)中。流程包含“計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—行動(dòng)”4個(gè)不同的周期，具有不同的時(shí)間分辨率，從監(jiān)控技術(shù)到安全和質(zhì)量控制的實(shí)時(shí)反饋，到通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)和基于案例的推理從存檔項(xiàng)目信息到正在進(jìn)行的項(xiàng)目的長(zhǎng)期反饋，將管理決策建立在可靠、準(zhǔn)確、徹底和及時(shí)的信息之上，從而形成閉合控制循環(huán)。BIM和監(jiān)控技術(shù)分別在建筑信息模型和獲取原始數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著作用，并被納入一個(gè)利用數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)來(lái)提供全面態(tài)勢(shì)感知的系統(tǒng)中。這項(xiàng)工作應(yīng)用概念分析來(lái)推導(dǎo)出核心信息和過(guò)程，闡述了鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工階段的以數(shù)據(jù)為中心的全面施工管理模式的未來(lái)發(fā)展，有助于擴(kuò)展對(duì)鐵路行業(yè)應(yīng)用BIM的現(xiàn)有理解，是推動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工管理從被動(dòng)到主動(dòng)轉(zhuǎn)變的重要組成部分。

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