BIM技術(shù)在地鐵機電安裝施工中的應(yīng)用★

呂友斌 周前國 王 凱

(1.重慶機電控股集團機電工程技術(shù)有限公司，重慶 404100； 2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

伴隨經(jīng)濟的迅猛發(fā)展與城市化進程的深入，城市交通擁堵問題也不斷地惡化升級，且城市建設(shè)用地逐年減少，開發(fā)城市地下空間拓展地下軌道交通便成了緩解城市交通擁堵的途徑之一。當(dāng)前，城市地下軌道交通的迅速發(fā)展及應(yīng)用，給市民的出行和生活帶來了便利，有效緩解了城市交通壓力。然而，城市地下軌道交通工程建設(shè)的系統(tǒng)性、施工環(huán)境的特殊性、施工要求的嚴(yán)苛性，給城市地下軌道交通的建設(shè)帶來了新的挑戰(zhàn)。此種狀況，在機電安裝工程施工階段表現(xiàn)更甚，不僅表現(xiàn)出施工的系統(tǒng)性、復(fù)雜性和專業(yè)性，而且施工空間受限，施工環(huán)境亦為艱苦，針對這些異常的施工條件，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)，有效地降低施工難度提升施工質(zhì)量與施工效率，已成為地鐵機電安裝施工人員亟待解決的問題之一[1,2]。鑒于此，本文以重慶軌道交通環(huán)線一期某地鐵車站機電安裝工程為依托，分析探討B(tài)IM技術(shù)在機電安裝施工中的應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)概述

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫，譯為“建筑信息模型”，此概念源于Chuck Eastman博士的一個理念，即：建筑信息模型涵蓋工程的所有專業(yè)信息、功能與性能要求等信息，把工程從設(shè)計到運營管理的全壽命周期內(nèi)所有工程相關(guān)信息全部整合到模型。

BIM技術(shù)是一種多維度(空間、時間、成本、安全等)模型信息集成技術(shù)[4]，在工程項目全壽命周期內(nèi)，BIM技術(shù)授權(quán)許可包括政府主管部門、業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運維等在內(nèi)的工程項目參與方對模型進行操作(包括提取運用、添加、修改完善模型信息與信息模型)，革新了相關(guān)從業(yè)人員憑借以文字、平面圖形符號為信息載體的圖紙進行工程建設(shè)與運維管理的工作方式，以此減少設(shè)計、施工錯誤，達(dá)到降低施工風(fēng)險、提升工作效率、提高工程產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

因此，BIM技術(shù)大致可以概括為：BIM技術(shù)是以集成了各種工程數(shù)據(jù)信息的三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，對工程項目實體及其功能特性的數(shù)字化展示；BIM技術(shù)可以將處在工程建設(shè)不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源進行有效關(guān)聯(lián)，并具有自動完成計算、查詢、組合與拆分?jǐn)?shù)據(jù)等功能，給工程項目各參與方作業(yè)、管理提供極大便利；工程數(shù)據(jù)源的單一性是BIM的特性之一，使得分布式、異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的一致性問題得以解決；BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息實時創(chuàng)建、管理、共享功能，也為工程建設(shè)管理提供了便利。

2 BIM技術(shù)在地鐵機電安裝施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

重慶市軌道交通環(huán)線一期某地鐵車站機電設(shè)備系統(tǒng)整體項目范圍為：供電設(shè)備(含電力監(jiān)控)、供電線路、通信、綜合監(jiān)控、自動售票、站臺門、電扶梯、車場設(shè)備、環(huán)控、低壓配電、給排水等設(shè)備集成采購及安裝和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試工作。

根據(jù)建設(shè)單位給定的施工圖紙，依據(jù)圖紙的工程數(shù)據(jù)信息，對整個風(fēng)水電安裝施工部分創(chuàng)建BIM模型，見圖1。

2.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1基于BIM技術(shù)的信息資源共享

地鐵機電安裝工程施工需要施工單位、供電單位、電梯安裝單位等多個項目參建方進行有效配合，若按傳統(tǒng)的工程施工管理模式，在施工信息量大而分散的條件下，容易形成工程數(shù)據(jù)信息孤島而造成信息不能在項目參建各方之間流動，嚴(yán)重影響機電安裝工程施工資源和信息的利用，從而造成質(zhì)量缺陷、進度滯后以及成本增加，如圖2a)所示[5,6]。根據(jù)前面對BIM技術(shù)的簡要概述，BIM技術(shù)可實現(xiàn)建設(shè)工程項目參與各方在同一平臺參與工程施工的管理功能，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)信息實時共享，從而可以有效提升工程項目各參與單位之間的配合度和默契度，確保工程信息資源得到充分利用，提高從業(yè)人員的工作效率和提升工程產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，如圖2b)所示。

此外，在工程施工前進行施工模擬，如果發(fā)生信息資源碰撞，各專業(yè)從業(yè)人員可以在統(tǒng)一模型標(biāo)準(zhǔn)下，共同擬定科學(xué)、合理的施工策略，對工程施工各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，達(dá)到降低信息資源碰撞對地鐵機電安裝施工影響的目的，確保工程施工的順利進行。

2.2.2基于BIM技術(shù)的可視化展示

根據(jù)各專業(yè)設(shè)計圖紙數(shù)字信息創(chuàng)建的BIM模型，可以全面系統(tǒng)的展示機電工程安裝工程的各個細(xì)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，并在安裝施工前發(fā)現(xiàn)設(shè)計方面存在的問題。進行安裝施工前，各BIM專業(yè)技術(shù)人員必須以風(fēng)、水、電、土建等施工圖紙，創(chuàng)建滿足施工要求精度的整體系統(tǒng)仿真數(shù)字模型，利用BIM軟件系統(tǒng)對數(shù)字模型進行管線錯、漏、碰、缺以及綜合結(jié)構(gòu)預(yù)留洞的檢查，然后導(dǎo)出檢測出的碰撞檢查報告和方案改進優(yōu)化的建議等[7]。這樣，可以防止施工階段發(fā)生管線碰撞問題，避免發(fā)生工程變更，提升安裝質(zhì)量和安裝效率，如圖3,圖4所示。

同時，可視化展示以及施工模擬的應(yīng)用，可使工程技術(shù)交底更清晰直觀，對施工質(zhì)量的提高發(fā)揮重要作用，見圖5。

2.2.3基于BIM技術(shù)的管線優(yōu)化布置

地鐵車站機電安裝工程施工，作業(yè)人員將面臨復(fù)雜的管線。為避免管線布置施工過程中出現(xiàn)不同管線間的相互交叉問題，施工人員可借助BIM技術(shù)進行管線碰撞檢測，通過建立不同專業(yè)管線三維模型的方式，對管線發(fā)生碰撞或交叉的情況進行檢測，同時可進行施工空間充足情況等相關(guān)信息的檢測[8,9],構(gòu)建管道三維模型后，施工人員可以直觀、清晰地觀察到不同管線的空間布置情況，進而對不同專業(yè)管線間的距離進行評估，并以此為基準(zhǔn)及時進行相應(yīng)的施工調(diào)整，避免發(fā)生管線布置錯誤、不合理等問題，綜合提高工程施工質(zhì)量和施工效率，如圖6所示。

2.2.4基于BIM技術(shù)的施工進度控制

按傳統(tǒng)方式編制施工進度計劃，其首要任務(wù)是建立工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)，再確定各作業(yè)任務(wù)之間的邏輯關(guān)系(工藝邏輯、組織邏輯)，并估算各作業(yè)任務(wù)的工期。同樣，基于BIM技術(shù)的施工進度安排，首要任務(wù)依然是運用相關(guān)軟件與系統(tǒng)完成工作任務(wù)結(jié)構(gòu)的分解，其次將作業(yè)任務(wù)的進度、資源等信息與三維模型圖元關(guān)聯(lián)，以完成BIM技術(shù)下進度計劃(4D)的制定，其編制流程如圖7所示。

由于地鐵機電安裝施工技術(shù)、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，且空間受限，如果按照傳統(tǒng)模式對施工進度進行管控，容易造成工期延誤、成本增加。針對這一問題，可借助BIM技術(shù)對施工進度進行科學(xué)管理，具體來說，借助BIM技術(shù)進行“先試后建”，利用BIM三維空間模型來展現(xiàn)整個機電安裝施工過程，并且模擬安裝施工現(xiàn)場，提高機電安裝施工進度計劃編制的科學(xué)性和合理性。施工過程中施工單位可借助BIM技術(shù)對已完工程量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對比現(xiàn)場實際完成情況、計劃完成工程情況，得到相應(yīng)的施工進度實際偏差，在此基礎(chǔ)上進行制定糾偏方案或調(diào)整施工進度計劃(如圖8所示)，可幫助施工單位有效提高施工效率及經(jīng)濟效益[10]。

基于BIM技術(shù)的施工進度計劃與管理的實現(xiàn)如圖9所示，圖9中左側(cè)字段為Navisworks Management軟件系統(tǒng)中工程構(gòu)件，圖9中右側(cè)為Project軟件系統(tǒng)中的外部字段，選取同步ID匹配相應(yīng)構(gòu)件，以此實現(xiàn)3D信息和進度信息的關(guān)聯(lián)。

2.2.5基于BIM技術(shù)的資源計劃與成本控制

資源及成本計劃控制是工程項目管理不可或缺的組成部分。建立融入進度信息、成本信息的三維模型是BIM技術(shù)成本控制的基礎(chǔ)(即BIM5D模型)。在施工準(zhǔn)備階段，能夠通過5D模型快速提取資源的需用量，以此做好勞務(wù)力、材料、設(shè)備需求計劃，進一步形成成本計劃[11]；在施工階段，依據(jù)5D模型提取的資源需用量，作為資源采購、進場的依據(jù)，可以有效避免材料設(shè)備、資源積壓與超支，勞動力的窩工與短缺；在計量計價時，利用5D模型計算得到的工程量并與相關(guān)參與方進行核算，可以提高計量與計價的工作效率[12],施工過程中，將工程實際成本與預(yù)算成本、合同收入進行對比分析，可以快速獲得盈虧數(shù)據(jù)，針對超支的情況分析原因，并制定有針對性的措施對超支進行管控，實現(xiàn)成本動態(tài)管理的目標(biāo)。

3 結(jié)語

BIM新技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展及其應(yīng)用，實現(xiàn)了平面向三維空間模型、到四維施工模擬、再到五維成本管控的工程項目管理模式的大變革，幫助工程項目建設(shè)與管理從業(yè)人員解決了施工階段中發(fā)生的較為復(fù)雜的問題，對我國現(xiàn)階段建設(shè)項目管理技術(shù)的發(fā)展起著積極的推動作用。地鐵機電安裝工程涉及建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、給排水等專業(yè)，表現(xiàn)出施工專業(yè)繁雜、管理面廣的特征，給項目管理帶來了較大困難，有效地利用BIM技術(shù)，不僅可以很好地指導(dǎo)項目現(xiàn)場施工作業(yè)，而且能夠?qū)κ┕みM度、資源與成本進行有效地管控，從而能夠很好地提高施工作業(yè)效率與降低施工成本。