BIM技術在市政軌道工程建設中的應用

徐建紅

摘 要：隨著近年城市政軌道建設需求的不斷增加，加之其復雜性的提升和新技術的出現，需要一個集成的系統來為工程管理者提供一種方便有效的信息交流方式。從BIM角度出發，利用多維建模技術實現面向施工過程各方溝通和決策支持的集成系統。BIM系統是由與工作分解結構（WBS）和其他結構代碼結構有直接關系的可視化工作單元對應的3D模型來實現的，這樣就可以在同一個3D模型中集成不同的信息。針對建設工程信息量大、動態性強的特點，利用BIM系統集成各方面的最新信息，可以方便地獲取必要的信息，幫助工程管理者進行綜合決策。

關鍵詞：BIM;市政軌道;工程管理

1 介紹

城市軌道交通建設的快速發展可以緩解城市交通壓力，促進國民經濟的發展。根據規劃，杭州市預計2022年前建成13條492公里的軌道交通線路。由于軌道交通項目是一個復雜的系統，涉及到大量的投資和眾多的專業，因此項目利益相關者有必要找到一種獲取更多信息的方法，以便做出正確的決策。

BIM模型包含三維幾何信息，當添加到時間因素時，可以可視化地展示項目進度，可以讓用戶動態地觀察整個施工過程的動態模擬，同時也是一種控制和優化施工進度的方法，管理者可以獲得關于施工現場及其進度的詳盡信息。再加入了成本、質量、風險等參數，成為一個多維模型，從而描述整個施工過程，允許直接從BIM模型中提取技術信息，如對象規范和屬性。BIM技術大大提高了決策的有效性，有助于實現項目的多目標優化。

2 關鍵技術

根據BIM系統的架構，建筑信息建模（BIM）技術可以通過建立三維信息模型來實現，被建設項目各個階段的利益相關者所理解，通過三維模型集成進度、成本、安全、質量等管理信息，為項目經理提供有用的信息。實際上，BIM是大量工程信息數據庫的一個附加模型，它把所有的建筑設計都存儲在幾何信息和相應的技術信息中。以進度管理為例，由于基于BIM已經包含了三維幾何信息，并且將時間因素加入到施工進度可視化中，這使用戶可以看到工程的變化，幫助他們控制和優化施工過程。

由于BIM已經具備了豐富的基本元件信息，如幾何數據和工程技術數據。將不同的信息整合后，形成一個信息整合系統。而且可以應用于建筑設計、結構設計到運營管理的全生命周期，實現統一管理，以統一的方式使用和管理資源，消除不同設備和地理分布資源的異構性。由于設計圖紙的交付標準是二維的，利用二維轉構件三維模型作為信息控制單元，可以幫助管理者更準確地了解施工的整體情況，施工管理和運行管理采用表面模型。由于VRML是一種通用的圖形交換標準，將實體模型轉換為VRML文檔格式，并通過VRML控件顯示，直接在瀏覽器或移動App上顯示虛擬施工現場，并與設備組件和建筑元素（如門和窗）交互。

人們對建筑的感知是三維的，而二維圖形的性能是有限的，特別是在處理組件的形狀和大小以及組件之間的空間關系時。基于BIM的可視化可以更直觀地表達信息。實現了施工過程的實時可視化。

3 功能描述

將工程代碼結構與三維模型連接起來構建多維模型，通過將三維模型與工程代碼結構（如WBS、成本分解結構（CBS）和風險分解結構（RBS））相連接來構建多維模型。以進度管理為例，現場工程師通常通過WBS計劃來控制項目進度。在WBS計劃中，每個活動都有時間信息和相關資源。因此，將三維模型與WBS連接起來，可以直觀地顯示項目的進度，同時顯示進度和資源的狀態。同樣，三維模型和CBS之間的關系也可以用同樣的方式建立。CBS已經被大多數工程管理者用來跟蹤成本信息。每個CBS項目都有相應的采購訂單。價格和承包商信息可以通過采購訂單鏈接到CBS。在建立了CBS與3D模型的連接后，可以在3D模型的基礎上集成成本信息。質量和安全信息將以類似的方式添加到模型中。多維模型是可擴展的，即在不影響現有數據的情況下，通過將相關的代碼結構與3D模型相結合，可以集成任何擴展信息。需要提供標準的數據接口，以實現建設項目全生命周期不同階段不同系統間的數據交換。為了實現建模軟件的無縫集成，有一個標準的數據接口來導入現有的由AutoCAD等常用工具設計的三維模型，然后在工具中給出尺寸信息。

需要包括可視化平臺，使所有參與者都能直觀地觀察到三維模型，并在統一模型的基礎上相互交換信息，有利于提高通信效率。使用多種數據表達形式，如圖表、報表等，提供已完成數量的統計和已完成的投資分析，以支持管理決策。

4 實現過程

BIM系統的核心是建立工程的三維信息模型，為了使三維信息模型與實際工程數據相關聯，需要定義三維模型的最小控制單元，以保證三維模型能夠與實際施工現場數據交互。城市軌道交通建設由許多“視覺工作單元”實現，用來顯示項目進度的項目結構組成部分，即城市軌道交通建設的實體組成部分具有一定的物理形態，可以用物理單位來衡量。例如，每個隧道施工的標準范圍包括“開挖支護”、“結構防水”等“視覺工作單元”以及“支撐二次襯砌”。“視覺工作單元”成為關鍵的組成部分，需要對“視覺工作單元”進行詳細的設計。在設計過程中的每一個“可視化工作單元”都設置了結構屬性、幾何屬性、相關資源等信息?！翱梢暪ぷ鲉卧弊鳛槿S模型的最小控制單元，“可視化工作單元”的三維模型元素的建立是基于設計圖紙的。模型要素包括兩個方面的信息，即建筑要素的幾何信息和管理信息。根據設計參數和設計圖紙的屬性定義幾何信息。將幾何信息提供給每個“可視化工作單元”后，可以通過將相關代碼結構連接到三維模型。幾何信息在VRML軟件中定義，管理信息存儲在數據庫中。幾何信息和管理信息通過一棵識別樹連接起來。

首先要進行基于“可視化工作單元”的WBS分解，即軌道交通建設的“可視化工作單元”需要在項目WBS計劃中顯示。施工進度管理涉及業主、監理單位和施工單位，在整個項目體系中，施工單位控制著最為詳細的施工程序，這些程序是項目的最底層。管理者控制關鍵里程碑任務。施工單位管理人員每期末通過綜合系統上報最新的進度信息和施工材料等資源信息。因此，系統可以自動調整施工進度，并在三維模型中反映出來。管理員將“可視化工作單元”的三維模型與WBS中的施工程序、內容和施工單位或供應商聯系起來。因此三維模型的建立是隨著工程的進展而進行的。三維模型項目投資的投資維度隨著不同類型合同的履行而變化。同時，最小信息單元是CBS碼結構。為了在三維模型中反映建筑的投資狀況，第一步是將“可視化工作單元”與CBS聯系起來。隨著每期結算工程款的增加，工程投資逐漸增加，三維模型也隨之變化。通過實際投資與實際進度的比較，根據建設總概算，采用不同的顏色來表示投資情況。由于城市軌道交通建設的復雜性，事故時有發生。安全在施工管理中占有重要地位。一種有效的方法是對施工過程中的重要結構進行監測，工程管理者需要實時了解監測情況。實際上，監控項可以與RBS的“視覺工作單元”相關?？傮w上，通過統一的三維模型，實現了施工期的集成化、動態化管理。

5 結語

BIM技術在城市軌道交通建設管理中的應用剛起步，目標是逐步實行一體化設計與施工，推廣3D設計理念以避免在三維建模中重復性工作。BIM技術是一種很好的施工控制方法，最終實現一套完整的施工管理體系。

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