基于BIM的城市軌道交通工程施工與管理

程韻如

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

城市軌道交通工程是關系人民群眾切身利益的重大建設工程,其建筑品質、安全性不但關乎廣大群眾的生命安全和切身利益,同時,也影響著企業的公信力和社會形象，所以各界對城市軌道交通施工有著很大的關注度,高效率、高質量是第一條件。傳統的城市軌道交通工程施工技術水平與管理模式,已無法滿足當代城市中軌道交通施工的管理需求,急需轉型。BIM 技術作為一個完整的工程數據化工具,主要在應用設計和施工管理等領域,通過參數模式對工程項目中所有數據進行綜合分類,以獲得最有價值的數據信息,從而在工程規劃、設計、執行和維護等各環節中實現資源共享,并由此來協助施工管理人員即時了解建設項目施工狀況,并做出有助于項目施工順利進行的合理決定。BIM 技術具備了可視化、協調性、仿真性、優化性和可出圖性等特征,通過BIM 平臺,可以在各個不同階段使工程項目的所有參與方都實現無縫銜接,并進行資源共享,以便于對項目實施更加精確的質量管控。綜上所述,BIM 技術在城市軌道交通這一類相對復雜的建設項目施工中有著巨大的優越性。

1 城市軌道交通工程施工與管理存在的問題

城市軌道交通工程施工管理是指由作為工程項目承包商的建筑施工公司,從工程招投標階段開始,直到驗收移交的全過程管理工作,其目的是在符合建設項目工期要求、成本要求和品質要求等的前提下,達到對公司收益的最優化。在整個管理工作流程中,以工程項目管理為核心內容的管理隊伍必須對整個工程建設項目管理的方法、技能、時間、資金、人力、原物料和機具等方面進行全面的組織與協調,并將重點在施工進度、施工成本和施工品質等方面加以管理。而由于計算機技術的廣泛應用與普及,目前工程項目施工管理理論與管理方法都有了很大的提高,并且也因為城市軌道交通工程項目的特點,其具有了較大的社會影響力。在整個項目建造過程中,由于建設周期較長,參加的人士和專業人員繁多,直接導致了各方的協同工作難度相當大。

第一，傳統的施工進度管理中出現的問題。傳統進度管理一般分為進度規劃制訂與進度計劃管理兩部分的工作。在項目開展之前,進度管理人員首先按照項目的進展目標制訂和優化進度規劃。在整個項目執行過程中,進度管理采用了不同的進程管理方式,把項目各階段所形成的實際進展數據和已制定的進度規劃進行比較,并分析進度偏差原因,及時采用了相應措施，并對工程進度進行了調整糾偏。通過持續地對工程不同階段實施“反饋—對比—分析—糾偏”,從而確保了建設工程項目都可以在目標工期內順利完成，不過,在實際推進管理的過程中,還是面臨著若干問題需要克服[1]。

第二，監督管理方式亟待完善。傳統的施工進度管理方式一般以動態時間管理方式為主,在施工過程中,時間管理通常在施工的實際時間與原規劃進度或目標出現偏離時才發現問題,進而再分析問題,并提出補偏救弊的方法,不過這一事后管理方式并沒有從根本上消除工期延誤問題,嚴重者甚至會危害工程質量和建筑成本。

第三，信號傳輸效能較差。傳統的工程施工進度信息管理一般以甘特圖或網絡圖的方式,由施工單位管理人員利用建筑圖樣獲取有關的工程項目信息。但由于工程項目信息大多是采用二維形式進行傳輸,難免由于個人認識偏差或是對圖紙表達有誤導致了工程信息傳輸中的丟失和低效,從而造成了工程返工和進展的滯后。

第四，建設時各方協調困難。傳統的施工進度管控流程中,各專業技術人員之間的交流與合作往往是以點對點的方式開展,而施工企業與進度管理者的個人經驗對工程項目進展的影響很大,各專業技術人員之間的規范化與精細化管理協同工作也相對困難。

第五，成本核算不精確。傳統的施工成本管理體系,一般都是在二維圖基礎上以報表的形態出現,無法對外清晰直觀地表達各階段施工實體和所消耗資料之間的關聯，而管理人往往依靠個人經驗來統籌和分配施工資料,很容易導致施工資料浪費,從而提高了施工成本。

第六，成本數據更新滯后。在建設項目施工過程中,各個施工階段、各個參建專業單位都需要形成大量與成本管理工作有關的數據信息，而傳統的建筑施工成本管理大多是采用人工手動方法實現對成本數據的收集、管理與儲存,這一管理方法不但工作效率低,而且無法確保成本數據管理的完整性與準確度,也無法對成本數據管理信息進行即時變更,從而使得成本管理的工作結果產生了偏差。

第七，成本精細管理的困難。傳統的建筑成本核算管理流程中,因為建筑施工階段牽涉的機關與人事相對繁雜,產生的成本核算數量信息豐富,而各類人、材、機等消耗量及成本費用支出狀況錯綜復雜,使得建筑成本核算的精細化管理工作無法順利完成。

第八，傳統的施工質量管理體系出現的問題。傳統的建筑施工質量管理體系一般是根據PDCA 動態控制原理實施的,其工作過程一般可總結為:發現質量問題、檢查記錄問題、通知整改、問題解決、整改復查、問題終止。不過,在實際的建筑施工過程中因為工程人員素質、建筑質量和技術工藝等因素,往往需要在工程質量問題產生后才能夠及時對其做出分析和解決,這就可能會造成工期拖延和成本增加。

2 BIM 技術在城市軌道交通工程項目中的技術優勢分析

第一，有助于確保施工質量和安全。城市軌道交通項目建造過程中品質和安全的重要前提與關鍵點,可以通過BIM 技術將實際施工數據直接注入到所搭建城市的軌道交通模型中。通過模擬展示不僅可以讓各參建單位明確地掌握整個工程設計意圖,確定施工關鍵點,排查施工風險,并提出有針對性的應對舉措,從而保證城市地鐵項目的施工安全和品質，同時還可以讓各參建方得以更直接、清晰地了解施工過程中出現的問題。同時通過城市軌道交通建模技術可以進行多維互動,對施工方案做出即時調控,使得實際施工情況與施工設計目標相符,從而提高施工品質和安全性[2]。

第二，優化建設項目施工進度。一方面，在利用BIM 技術構建城市軌道交通系統3D 模型的基礎上,將實際工程進度和BIM 模式有機組合起來,并由此來建立正交保護的信息化模式。另一方面,通過將實際的建設項目施工進度和模型模擬進度進行比較,并分析二者是否存在差距,由此來確定項目實際的建設工序、施工進度等是否合理。一旦出現了誤差就能夠運用模型對建設項目的局部施工規劃做出適當調整,并對建筑場地進行優化選擇,從而使得建設項目整體施工進度達到了預期。另外,使用BIM 建筑模擬軟件可以自動檢測碰撞點的正確位置,以便獲得在原工程圖紙設計階段隱藏的技術問題和設計缺陷,并及時地對原設計存在的碰撞點問題和不合理的原設計加以優化調整,從而避免因在后期的工程建設階段進行返工而拖延工期。

第三，有效控制施工成本。隨著社會經濟的日益發達,人們對市政基礎設施建設的施工成本關注度也與日俱增,通過應用BIM 技術可以對分包工作量進行合理分攤,同時還針對工期提出更加細致的原物料供應計劃和資金規劃,從而真正提升了軌道交通建設項目的預算精度。同時,還可以對工程項目投資情況進行動態化管理,更加直觀快捷地進行工程項目的總預算,從而合理管理工程建設的總成本。

3 基于BIM 技術的精細化施工管理平臺框架設計

城市軌道交通建設在施工階段中存在著建設周期長、參建單位數量多、建設資料耗費大和對社會環境影響廣等特點,為確保建設項目信息的高效傳輸與資源共享,結合施工預備階段和工程建設階段的施工特征,在實際生產過程中，還可以使用基于BIM 技術的城市精細化建筑信息管理平臺。該平臺是基于可視化技術的施工信息模型,主要由BIM 仿真施工管理系統和BIM 數字施工管理系統兩個部分構成[3]。

第一，采用BIM 技術開發的虛擬建筑信息系統。采用BIM 技術開發的仿真施工管理系統,能夠在施工前準備階段對工程實施可視化的虛擬施工,在提前考慮施工過程中可能發生的時間、成本、質量和安全等問題后,對施工方法進行調整優化,進而完成對工程的精細化施工模擬。

第二，數據層。通過對來自業主方、工程方和供應商等工程參與者的基本數量信息,包括三維空間信息(包括構件尺寸和位置關系)、進度信息(包括總進度計劃、月進度計劃、周進度計劃和日常工作計劃)和資源信息(包括人、材、機信息)等加以采集、編碼與記錄,從而形成基礎信息庫。

第三，應用層。主要工作是將在數據層記錄的施工數據信息添加至仿真施工系統,以建立可供仿真、研究的施工模式，同時,也可以接受應用終端操作命令,并調用、管理有關的數據信息,最后將結果回復至操作層。

第四，操作層。重點工作則是在電腦終端、移動端等終端設備上,供有權限的用戶(包括業主、設計人員和施工人員等)完成碰撞檢測、建筑仿真、進度模擬和資源分配等作業,以優化施工方法,為工程建設階段的專案工作進行技術輔導。

4 基于BIM 技術的城市軌道交通工程精細化施工管理

第一，技術標的可視化演示。在項目招投標階段,建筑施工公司時間緊、任務重、競爭激烈,其可利用精細化施工項目管理平臺對技術標中的施工進度規劃與主要施工方法進行可視化動態仿真,并直觀地將工程項目總體部署與配套資源的實際投入狀況進行展示,從而全面地揭示了施工組織設計的科學性和可行性。

第二，施工組織設計的合理優化。在工程項目規劃階段,建筑施工公司必須對按照工程項目的進度規劃的勞動強度資源做出合理分配,同時針對施工現場的實際情況對現場資源做出合理規劃與使用。借助精細化建筑項目管理平臺的運用,公司能夠對建筑的時間規劃進行優化與校核,即在建筑施工之前先對整個建筑運營流程進行仿真,并按照建筑資源供給調配的情況規劃建筑區域與施工流水段,從而進行人才、機具、原材料等資源的優化分配與合理安排，同時運用建筑動態曲線圖,針對曲線的波峰與波谷,從建筑成本的視角對建筑工程規劃做出優化。

第三，對過程進行實時監控。在工程項目執行階段,施工公司可利用精細化施工管控平臺對每天進行的任務進行詳細分析,全面呈現工地發展狀況,總結偏差,減少任務重復和遺漏,為工程項目的成功執行提供管控與數據分析支撐。

第四，快速校核招投標工程量清單。使用BIM 模式進行的工程量可以快速計算或校核招投標的工程量,對商務招投標進行參考，同時在招投標前期對融資進行把控,以提高對后期融資的成本管控,便于后期融資周轉。

5 結語

根據當前城市軌道交通施工技術發展的新契機,以及BIM 技術在精細化施工質量管控方面的優勢,本文主要從如下幾個方面展開了剖析:第一,系統剖析了我國城市軌道交通工程施工階段中在時間、成本以及工程質量管理等方面出現的重大問題；第二,形成了基于BIM 技術的城市軌道交通工程精細化施工管控平臺,該平臺結構區分為數據層、應用層和操作層,包含了虛擬施工模型和數字施工模型兩種BIM 體系；第三,在此平臺基礎上,提供了基于BIM 技術的工程精細化時間、成本與品質管控的新方法,并希望為城市軌道交通工程項目的精細化施工管理模式提供借鑒。