軌道交通信息模型管理系統(tǒng)在廣州地鐵廣佛線鶴洞站與石溪站的應用與實踐

薛志剛　黃偉雄　 陳廣浩　張　雄　洪毅生

(1. 廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司，廣州　510010；2. 廣州地鐵集團有限公司建設事業(yè)總部機電中心，廣州　510060；3. 五礦二十三冶建設集團有限公司，長沙　410000；4. 廣州市水電設備安裝有限公司，廣州　510000)

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軌道交通信息模型管理系統(tǒng)在廣州地鐵廣佛線鶴洞站與石溪站的應用與實踐

薛志剛1黃偉雄2陳廣浩1張雄3洪毅生4

(1. 廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司，廣州510010；2. 廣州地鐵集團有限公司建設事業(yè)總部機電中心，廣州510060；3. 五礦二十三冶建設集團有限公司，長沙410000；4. 廣州市水電設備安裝有限公司，廣州510000)

【摘要】本文研究了BIM技術在廣州軌道交通工程質量安全管理方面應用現狀，闡述廣州地鐵利用BIM技術在廣佛線鶴洞站與石溪站實現了三維模型碰撞檢測、基于二維碼的機電設備過程信息管理、基于3D模型的“按圖釘”質量安全管理以及基于派工單的質量安全管理體系。本系統(tǒng)的應用表明：該研究有助于實現項目參與方信息共享、多專業(yè)協(xié)同、縮短施工工期，降低運維成本，提高了地鐵建設過程中施工效率以及提升了地鐵建設過程中的質量安全管理技術和管理水平。

【關鍵詞】BIM；質量安全；軌道交通；施工管理；機電工程

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.05

1工程概況

1.1項目簡介

珠江三角洲城際快速軌道交通廣佛線西朗至瀝滘段為地下線，全長11.4 km，設7座車站(依次為：鶴洞、沙涌、沙園、燕崗、石溪、南洲和瀝滘站)，其中沙園站和南洲站與2、8號線延長線換乘，瀝滘站與已建成的3號線換乘。整體線路走向如圖1所示。

1.2工程特點和難點

石溪站位于工業(yè)大道下，鶴洞站所在地區(qū)為廣州市荔灣區(qū)芳村，項目都在地段交通擁擠區(qū)域，商業(yè)較為繁華。施工范圍包括本站內的低壓配電與照明系統(tǒng)、給排水及消防系統(tǒng)、通風空調系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、氣體自動滅火系統(tǒng)、設備區(qū)裝修專業(yè)。

石溪站、鶴洞站整體模型如圖2所示。

2BIM組織與應用環(huán)境

2.1BIM應用目標

(1)基于BIM的多方協(xié)同工程管理

在同一個BIM數據庫的基礎上，開發(fā)建設方、監(jiān)理方和施工方等多方參與的協(xié)同工作平臺，實現多方之間的信息共享。同時，通過流程定制，實現BIM與各方工作流程的深度結合，本地日常工程資料與BIM數據庫的實時同步，使平臺能夠滿足實際工程管理的需要。

(2)基于BIM的三維可視化工程管理

在BIM數據庫中存儲工程的三維模型，通過BIM模型與WBS的關聯，WBS與施工過程信息的關聯，改變過去以文檔資料為主的工程管理方式，實現以4D模型為主的三維可視化工程管理，并結合4D模擬、工序模擬等，使工程管理更加形象、容易管控。

(3)施工管理向運維管理平滑過渡

通過統(tǒng)一的BIM平臺和數據庫，將建設方、監(jiān)理方和施工方緊密聯系在一起。在施工階段，通過全面應用BIM系統(tǒng)進行施工管理，實現施工過程信息的數字化存儲；在竣工交付階段，通過集成的BIM模型進行竣工信息的數字化移交，實現工程信息從施工到運維的無損傳遞，為運維管理提供全面的信息支撐和管理手段。

(4)信息管理和信息應用相結合

通過分布式關系數據庫，實現基于云計算技術的工程信息管理，建立集成信息平臺，便于項目信息的共享、集成與提取，為施工資源、質量、進度、安全、驗交以及運維期的管理提供支持。同時，與已有的一體化平臺、監(jiān)理OA系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全管理預警平臺、誠信評價系統(tǒng)等進行信息共享。

(5)基于BIM的工程預知預判

基于BIM數據庫，研究工程預知預判算法，對設備材料不能及時到貨影響施工、施工任務完成滯后造成工期延誤、施工質量問題未及時整改、施工過程的不安全狀態(tài)等情況進行預知預判，便于工程管理人員及時了解工程狀態(tài)，保證工程進度和質量。

2.2實施方案

(1)設計系統(tǒng)網絡架構

由于本項目涉及建設過程中的建設方、監(jiān)理方、施工方和第三方，并且目標是可以覆蓋今后各條待建線路，因而系統(tǒng)硬件的物理結構設計需同時支持通過互聯網或各線VPN內網的訪問，所以將數據存儲的物理結構設計為“中心-各線”的二級存儲模式。

(2)多種主流BIM建模軟件合模

將多類型BIM建模軟件所建立的模型進行精確合模。廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司BIM研發(fā)團隊使用不同軟件建模后，在系統(tǒng)中實現了基于IFC的合模。

(3)機電設備信息管理

通過設備廠商及供貨商提供設備模型文件及模型附加文件信息，從出廠到交付運維的過程中，通過二維碼的追蹤管理，實現設備安裝、調試及驗收的全過程信息記錄可視化管理，從而為運維方提供真實可靠的數據支持。

(4)模型的變更與質量管理

施工過程中，不可避免地出現實際完工與設計不相符的情況。通過添加設計變更，可以有效保證BIM模型的正確性，避免模型信息落后導致的決策失誤。系統(tǒng)中提供了設計變更的添加與查詢功能，每次變更的BIM模型版本以及相關的設計文件都將記錄在系統(tǒng)內，形成歷史信息以便回溯和查閱。

(5)以派工單為核心的施工進度管理

2.3團隊組織

軌道交通信息模型管理系統(tǒng)BIM應用團隊主要包括業(yè)主單位、系統(tǒng)應用團隊、軟件研發(fā)團隊、施工單位、監(jiān)理單位等。

2.4應用措施

軌道交通信息模型管理系統(tǒng)在廣州地鐵廣佛線的應用上覆蓋了整個工程的各個方面，從碰撞檢查、管線優(yōu)化、質量安全管控、二維碼管理、派工進度管理等方面對整個工程進行全面監(jiān)管，體現了模型管理系統(tǒng)的協(xié)調與信息化的水平。

(1)碰撞檢查，減少返工，提高施工質量，節(jié)約施工工期，降低建造成本

在各專業(yè)BIM模型創(chuàng)建審核完成后，機電項目施工前利用創(chuàng)建好的建筑結構BIM模型與機電BIM模型進行集成整合，對各個專業(yè)進行空間碰撞檢查，自動輸出碰撞報告，可以提前發(fā)現設計缺陷，優(yōu)化工程設計，進而減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，加快施工進度，減少人工材料物資浪費，降低建造成本。同時根據BIM三維可視化的特點按要求進行優(yōu)化管線排布，進而達到優(yōu)化凈空的目的。施工單位技術人員還可以利用碰撞優(yōu)化后的三維管線方案，進行施工交底、施工模擬，提高施工質量、同時也提高各參建方的溝通效率。

(2)綜合管線優(yōu)化

根據碰撞檢查報告和管線優(yōu)先排布原則，BIM團隊在考慮各業(yè)平衡優(yōu)先級的原則下，對電氣、給排水、暖通、消防等專業(yè)BIM模型進行全面優(yōu)化調整。管線發(fā)生沖突時，一般避讓原則是： ①有壓管讓無壓管，小管線讓大管線，施工容易的避讓施工難度大的；②電纜橋架不宜在管道下方；③綜合支架的布置及安裝空間；④吊頂高度等，逐一消除碰撞點。地鐵管線排布密集且復雜，對凈空要求較高，BIM團隊在技術負責人的指導優(yōu)化管線位置、標高及走向，提升凈空，以滿足美觀、凈空、施工等要求。管線綜合優(yōu)化方案得到項目技術負責人及設計單位的審核同意后，作為施工依據投入施工。

(3)BIM資料管理

擋土墻廣泛應用于水利、土木和交通等行業(yè)當中，其上的土壓力是擋土墻設計的重要依據。目前，擋土墻土壓力的計算理論仍不完善，一是擋土墻絕大多數情況下回填土體處于非極限狀態(tài)[1]，二是由于地基不均勻沉陷和水壓力的作用等，使擋土墻可能發(fā)生平移（T）、繞墻頂轉動（RT）、繞墻底轉動（RB）或組合移動[2]，這使得擋土墻土壓力計算沒能形成系統(tǒng)理論。對不同墻體位移模式的非極限狀態(tài)土壓力進行研究，具有一定的實際價值和理論意義。本文擬對繞墻頂轉動（RT）位移模式的擋土墻非極限狀態(tài)被動土壓力計算進行探討。

采用軌道交通信息模型管理系統(tǒng)平臺，可將運維階段需要的信息包括設備和材料信息、設備材料維保手冊、掃描資料、維護計劃、檢驗報告、竣工檔案驗收資料、各工序針對性照片、維修說明書、操作說明書等列入BIM模型中，實現高效管理與協(xié)同。竣工交付時，不僅交付實體建筑，更是將富含大量運維所需的BIM資料庫一并交付運營方，進行后期運營維護使用，實現數字化移交。

(4)質量安全管理

質量始終是施工單位關心的三大根本問題之一，利用軌道交通信息模型管理系統(tǒng)，項目現場人員對現場的質量、安全隱患問題拍照，并且根據實際問題的不同選項、不同車站、軸線位置等參數，將照片傳送到系統(tǒng)中，與BIM模型掛接，項目管理人員無論在什么地方，通過系統(tǒng)即可以了解項目現場的即時問題，快速將現場質量、安全、文明施工等信息直接反映到項目管理層，避免質量、安全隱患，讓問題解決在萌芽狀態(tài)。

(5)二維碼信息管理

將二維圖紙轉換成三維模型的同時，對每個需要進行編碼的設備及材料進行編碼并生成二維碼，將編碼作為BIM系統(tǒng)標識碼添加到BIM模型里面。采用二維碼技術，實現了對材料及設備的檢測、檢驗及驗收等方面的信息運維管理工作。

(6)派工單管理

利用軌道交通信息模型管理系統(tǒng)，結合BIM模型及各專業(yè)、各工序的WBS，實現施工組織設計(含專項施工方案)的可視化，計劃可細化到天，WBS可細化到每一根軸網。將人員與門禁系統(tǒng)掛鉤，實現更加智能地施工現場準入管理，提前規(guī)劃設備材料、作業(yè)區(qū)域，通過派工單的形式將每天的施工量推送到監(jiān)理審核，經監(jiān)理確認后再派發(fā)給各個施工班組進行現場施工，進一步保證施工的精細化管理。

2.5軟硬件環(huán)境

硬件環(huán)境方面，BIM服務器中心機房的硬件設備主要包括服務器、工作站、路由器、交換機和電源等。中心機房是整個項目的數據中心，負責存儲各線路數據并通過互聯網對外提供數據服務。單線機房的硬件設備主要包括服務器、工作站、路由器、電源等，單線機房是該線路的數據中心，負責存儲該線路的全部數據，同時對該線路內網用戶提供數據服務，同時，在全線數據發(fā)生變更時及時將變更同步到中心數據庫。

軟件環(huán)境方面，需要完成服務器端和客戶端軟件環(huán)境的部署。針對中心機房服務器和單線機房服務器，需要進行操作系統(tǒng)的搭建，數據庫及NetOffice支撐程序的安裝，公共功能Web服務、移動應用程序Web服務及網站Web服務的部署，線路數據庫的創(chuàng)建等。

3BIM應用

3.1BIM建模

3.1.1建模范圍

(1)臨時設施模型

包括地面臨時設施模型(加工區(qū)域、材料堆放區(qū)域、設備轉運區(qū)域、辦公區(qū)域、門禁、視頻監(jiān)控等)與車站(軌道)內臨時設施模型(待安裝材料堆放區(qū)域、安全防護設施、臨時綜合線槽、臨時消防設施、臨時應急疏散設施、門禁、視頻監(jiān)控等)。

(2)工程模型

應包含但不限于如下專業(yè)，建筑裝飾與裝修(設備區(qū)、公共區(qū))、通風與空調、給排水及消防、氣體滅火、建筑電氣、智能建筑(BAS、FAS、ACS)、廣告燈箱、導向、屏蔽門、電扶梯、防淹門、變電所、環(huán)網、接觸網、疏散平臺、雜散電流、綜合監(jiān)控、軌道、軌道附屬工程、通信、信號、乘客信息顯示系統(tǒng)(PIDS)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、鋼結構及屋面工程。

(3)設備交付模型

應包含但不限于如下專業(yè)，通風與空調、給排水及消防、氣體滅火、建筑電氣、智能建筑(BAS、FAS、ACS)、廣告燈箱、導向、屏蔽門、電扶梯、防淹門、變電所、環(huán)網、接觸網、疏散平臺、雜散電流、綜合監(jiān)控、通信、信號、乘客信息顯示系統(tǒng)(PIDS)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)。

3.1.2顆粒度

在BIM實際應用中，根據項目的不同階段以及項目的具體目的來確定建筑信息模型的精細程度(簡稱LOD，亦稱模型顆粒度)，按精細程度共分為五個等級。根據不同等級所概括的模型精度要求來確定建模精度。

3.1.3模型交付

模型交付內容主要包括：

(1)臨時設施模型交付包含地面臨時設施模型文件及車站(軌道)內臨時設施模型文件；

(2)工程模型交付包含工程模型的源文件及工程模型的導出文件；

(3)設備模型交付，包含設備交付模型的源文件、設備交付模型的導出文件、設備交付模型的附屬文件、設備構件模型的源文件、設備構件模型的導出文件、設備構件模型的附屬文件。模型文件交付方式為分專業(yè)提交。

3.2BIM應用情況

在施工階段 BIM 應用的核心不僅僅是動態(tài)的BIM模型，而是 BIM 模型與實際項目的實時對比。在廣佛線地鐵建設過程中，BIM技術應用達到了以模型為基礎，參比實際項目施工進展，對整個項目實現海量工程數據的管理；實現動態(tài)模型和數據的實時共享，實現項目參與方的協(xié)同作業(yè)；實現進度計劃與工程實際進展的對比糾偏，實現了模型與施工現場一一對應，以模型指導施工的精細化管理。

在廣州地鐵廣佛線鶴洞站與石溪站的BIM應用上，我方搭建了軌道交通信息模型管理系統(tǒng)，將模型與派工單計劃緊密結合，實現人員、設備材料、計劃、安全等多方位的全程管控，將精細化管理、數字化管理落實到每一個專業(yè)、每一個班組中。廣州地鐵業(yè)主項目組定期組織施工單位召開BIM技術及派工單應用專題會，對在應用中發(fā)現的問題及時反饋并解決，保證了BIM技術及4D管理系統(tǒng)切實到位的應用。

建模完成后，以BIM模型為平臺，可以對各專業(yè)管線進行軟、硬碰撞檢查，石溪站建模完成，第一次碰撞報告生成1 608個碰撞點。檢查出碰撞點后隨即進行管線優(yōu)化，合理布局，直至消除每一個碰撞點。與傳統(tǒng)的人工加綜合管線圖的對比，在效率和準確率上，BIM技術遙遙領先。BIM技術助力圖紙會審，提前發(fā)現問題，指導現場施工，在廣佛線的施工管理中，做到了工期與施工材料的雙節(jié)省。

建立BIM 模型與進度計劃結合，模擬施工進度計劃，直觀快速地將項目施工計劃與實際進展進行對比，檢查進度偏差，模擬施工工序，并制訂合理的改進措施。通過BIM平臺虛擬建造，檢查各施工方案、工序安排的合理性、可實施性。技術、施工人員通過模型，可以提前預知施工難點，進而提高協(xié)同效率，加快施工進度。

在廣州地鐵廣佛線的BIM技術應用中，實現了數字化、智能化、精細化的施工管理。細化到天的施工作業(yè)計劃以及詳細、準確地甲、乙供設備材料到貨計劃，人員管理直接與BIM管理平臺對接，實現了自動化的現代化施工管理水平。

4應用效果

通過軌道交通信息模型管理系統(tǒng)對地面臨時場地及站內臨建進行優(yōu)化布局；運用模型進行三維圖紙會審、管線綜合優(yōu)化；通過派工單對工程進度實時管控；通過管理系統(tǒng)對工程安全、質量進行全過程管控，對兩個地鐵站在施工材料、人員、進度等方面進行了實時地監(jiān)督與管控，實現了在建設過程中信息同步、進度提升、數據同時更新。在建設過程中，通過信息模型管理系統(tǒng)對工程進度的節(jié)省、成本的節(jié)約、后續(xù)運營的管理提升，真正意義上實現了廣州地鐵軌道交通的數字化、信息化的新型管理理念。

5總結

5.1創(chuàng)新點

(1)工序模擬，進度優(yōu)化

建立BIM 3D模型與進度計劃結合，模擬施工進度計劃，直觀快速地將項目施工計劃與實際進展進行對比，檢查進度偏差，模擬施工工序，并制訂合理的改進措施。通過BIM平臺虛擬建造，檢查各施工方案、工序安排的合理性、可實施性。技術、施工人員通過模型，可以提前預知施工難點，進而提高協(xié)同效率，加快施工進度，工序3D模擬、進度優(yōu)化的實現引領了地鐵施工的新走向。

(2)派工單的研發(fā)與應用

派工單是指施工單位根據審批過的周計劃創(chuàng)建派工單，將施工任務以工單的形式創(chuàng)建出來，派工單中包含進入車站作業(yè)的人員、設備、材料，工序指引以及安全防范措施等。對于日常施工過程管理，系統(tǒng)以派工單運行為核心，為建設方、監(jiān)理方和施工方提供施工過程信息跟蹤控制功能。具體過程包括： ①通過派工單指定施工任務、人員、所需設備材料等并提交監(jiān)理審核，審核通過后開始施工；②派工單完成后需要在系統(tǒng)內提交相應的交付物，并可在模型中顯示施工完成情況，對未及時完成施工任務及時預警；③系統(tǒng)從派工單中提取實際進度數據，并與計劃進度比較，分析工期延誤情況，同時定量分析任務完成的質量和數量。此外，系統(tǒng)將根據每日派工單內容自動生成施工日志等檔案資料以形成后期運維知識庫。

以派工單為核心的施工管理體系是廣州地鐵項目的一種超越工序級別的精細化管理方式，其特點是： ①以監(jiān)理方的角色來主導基于BIM的施工管理，使得整個管理過程能在作業(yè)層面真正的實現精細化管理，由于派工單的約束存在，材料必須檢查合格才能使用，工人必須授權才能進入作業(yè)區(qū)；②以信息化的方式，對施工過程進行完整、真實而實時的記錄。

5.2經驗教訓

通過軌道交通信息模型管理系統(tǒng)在廣州地鐵的正式上線應用，對工程的進度管理、安全管控及質量監(jiān)管、后續(xù)運營維護等方面都起到了較大的作用。總結來說，軌道交通信息模型管理系統(tǒng)的應用帶給地鐵工程管理的主要是以下五點：

(1)主動

讓施工單位能主動圍繞準備派工為目的，制定詳細可行的總體計劃和設備、材料清單，極大地推動了派工單的有效運行。

(2)積極

全新派工單的上線，給各參建單位帶來了學習的機會，在程序的研發(fā)和應用上，承包商參與其中，給其帶來了積極的動力，也保障了平臺的技術支撐和數據服務，保證了系統(tǒng)功能的正式上線。

(3)思考

思考是進步的動力，BIM信息系統(tǒng)本是全新的管理系統(tǒng)，在應用的過程中也是邊適應、邊摸索、邊提高，借助龐大而高效的BIM管理平臺實現對工程精細化的實時管控。在BIM應用中需思考如何才能讓派工單的效果發(fā)揮到極致，如何才能讓派工單在工程管理過程中實現最大的價值。

(4)快捷

派工單讓施工單位按照計劃施工，將人員、設備、材料編制詳細的計劃，列出相應的WBS。在日常的派工單過程中，選取相應的WBS施工項，保證各項施工進度如期進行，確保施工節(jié)點按時完成。為施工單位的精準、有效地派單提供了快捷、高效地管控。

(5)便利

將模型和管理系統(tǒng)相結合，在施工過程中保持模型信息的不斷更新，確保現場與模型的一致性，為后續(xù)運營管理提供了較大的便利和幫助。

參考文獻

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Rail Transit Information Model Management System used in Hedong Station and Shixi Station of Guangzhou-Foshan Line

Xue Zhigang1, Huang Weixiong2, Chen Guanghao1, Zhang Xiong3, Hong Yisheng4

(1.GuangzhouRailwayConstructionSupervisionCo.,Ltd.,Guangzhou510010,China;2.ElectromechanicalCenterofConstructionBusinessHeadquarters,GuangzhouMetroGroupCo.,Ltd.,Guangzhou510060,China;3.The23rdMetallurgicalConstructionGroupCo.,Ltd.,ofMinmetals,Changsha410000,China;4.GuangzhouWaterandElectricityEquipmentInstallationCo.,Ltd.,Guangzhou510000,China)

Key Words：BIM；Quality and Safety；Rail Transit；Construction Management；Mechanical and Electrical Engineering

Abstract:The article aims to analyze how BIM technology is applied in Guangzhou Rail Transit Project for quality and safety management. BIM technology has been used successfully in Hedong Station and Shixi Station of Guangzhou-Foshan Line by Guangzhou Metro Company. Now we have realized the collision detection in 3D model, the process information management of mechanical and electrical equipment based on QR code, the “Thumbtack” quality safety management based on the 3D model, and the quality and safety management system based on dispatch list. According to the system, this research helps to realize information sharing among project participants, coordination of multiple disciplines, reduction of construction period and operation and maintenance costs. It also improves both quality and safety management technology and management level during the metro construction process.

【作者簡介】薛志剛(1989-)，男，工程師，學士。主要研究方向：工程管理、信息管理、BIM。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)02-0032-06