基于PDCA 的地鐵工程BIM 施工管理模式研究與應用

孫策

（中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，廣東深圳 518083）

1 引言

近年來，我國城市化建設速度迅猛提升，地鐵已成為城市公共交通系統中不可或缺的重要組成部分。然而，隨著地鐵建設規模的不斷擴大，其結構形式也愈加復雜，對施工管理水平提出了更高的要求。如何提高地鐵工程建設協同管理水平以適應現代化建設的要求，成為地鐵工程施工領域亟須解決的關鍵問題。

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是基于三維數字模型的建筑業信息化發展技術，具有強大的三維協同性的特點[1]。應用BIM 技術，結合地鐵施工協同管理需求，能夠很好地解決多專業地鐵協同施工問題。學者們從場地規劃[2]、質量管理[3]、設備安裝[4]、竣工交付等方面對其進行了系統的研究，以提前發現施工活動中存在的問題，對施工管理方案及時優化，實現地鐵工程建設的高效管理。然而，現有BIM技術在地鐵工程施工管理的研究中與施工管理理論結合較少，導致盡管質量、進度、成本等方面均有應用，但無法從計劃、執行、檢查和處理全過程對地鐵工程施工管理進行跟蹤檢查和優化管理[5]。

因此，本文基于PDCA 管理理論，將BIM 技術應用的地鐵工程施工質量、進度和成本管理與PDCA 的計劃、實施、檢查和改進循環管理流程相融合，從而形成基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理模式。

2 基于PDCA 的BIM 施工管理體系搭建

基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系如圖1 所示。

圖1 基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理流程圖

3 實例分析

3.1 工程概況

深圳地鐵16 號線天健花園站位于深圳市龍崗區，車站主體采用明挖法施工，基坑長218 m，標準段基坑寬度20.2 m。盾構段基坑寬度23.8 m，基坑開挖深度16.5～17.6 m，基坑安全等級較高，且地處主干道，路面車流量大，交通繁忙，整體工程施工難度加大。

3.2 BIM 技術在地鐵車站施工策劃中的應用

3.2.1 項目應用需求分析

1）檢查圖紙問題。二維設計圖紙存在較多錯、漏、缺的問題，為施工過程帶來困難，降低工作效率，需要在三維模型建立過程中查漏補缺。

2）優化多專業交叉施工方案。項目涉及管線改遷、周邊房屋拆遷、綠化景觀遷改等多項系統工程，相互穿插施工較多，通過施工仿真進行方案優化，保證現場施工順利進行。

3）精細化材料管理。項目涉及材料眾多，施工過程中勞動力、物資、設備等施工資源調配頻繁，需利用BIM 技術為快速提取工程量、實施限額領料、準確結算工程量提供便利。

4）精準化施工指導。現場施工過程中，將二維圖紙轉化成三維模型，其中混凝土方量、鋼筋量以及鋼筋搭接等能夠讓現場人員通俗易懂，簡潔直觀。

3.2.2 BIM 參數化建模

在地鐵車站施工之前，先根據施工圖紙建立車站BIM 模型（見圖2、圖3），并結合施工方案進行附屬施工模型的構建，并對附屬結構模型按照施工需求進行整合，以輔助施工需求。

圖2 天健花園站BIM 模型

圖3 區間隧道快速建模

3.2.3 地鐵車站問題分析

1）施工場地布置。根據施工場地及周邊道路情況，模擬施工場地布置，合理安排現場布置，以減少施工用地、保證現場運輸道路暢通、方便施工人員的管理，有效避免二次搬運及事故的發生。

2）施工圖紙審核。將各個專業的模型疊加進行碰撞檢測“碰、漏、缺”點，確定施工中不合理的地方，及時反饋給設計人員，優化施工方案與解決辦法，減少施工變更、返工，提高施工效率和質量，縮短工期。

3）施工仿真模擬。為提高多專業交叉施工時的作業效率，提前進行關鍵施工過程模擬，讓技術人員更加直觀了解施工過程，并論證施工方案的可實施性，為現場順利施工奠定基礎。

3.3 BIM 技術在地鐵車站施工實施中的應用

通過視頻監控對施工現場進行科學化安全管理，實時反映現場施工情況，方便管理人員對施工質量、進度和成本問題源的監控，降低施工風險，提高施工效率。施工現場監控和BIM 施工管理分析，如圖4 和圖5 所示。

圖4 施工現場監控

圖5 BIM 施工管理分析

3.4 BIM 技術在地鐵車站施工檢查中的應用

利用BIM 平臺對施工現場重要生產要素的狀態進行繪制和控制，有助于實現施工質量、進度和成本問題源的辨識和動態管理，加強現場策劃工作。確保項目的效益目標得以實現。

3.5 BIM 技術在地鐵車站施工改進中的應用

3.5.1 施工質量優化措施

1）砌體工程優化。通過BIM 技術優化砌體排磚，如圖6所示，可直觀展示砌體排布方案，避免因技術方案交底不清造成的損失，并利用排磚圖將每層及整體的砌塊用量精確統計，確保每個材料堆場滿足施工區域的用量需求，提高了質量管理效率。

圖6 砌體工程優化圖

2）基于二維碼可視化交底。針對施工信息瑣碎、溝通困難問題，將構件的施工信息制作成二維碼，布置在現場管理構件中，優化溝通方式，將書面與口頭的信息利用網絡傳達到施工人員，豐富施工管理的溝通手段，提高了現場管理的信息溝通效率。

3）預留預埋定位。每個預埋件和預留洞口均帶有一個標簽，所帶的標簽提醒管理人員針對性的檢查，如圖7 所示。現場施工時，現場技術員對所做的預埋件或預留洞口拍照上傳，清楚直觀查看現場是否預留或預埋，完成閉合的管理流程，避免預留洞口或預埋件的遺漏。

圖7 預留預埋構件定位

4）移動端應用。針對現場質量管理數據管理問題，將構件、圖紙、人員等信息提前存儲到云端，通過手機App 可以移動查看，并上傳質量、安全檢查情況，將工作內容通知整改人，完成閉環管理，提高管理效率。

3.5.2 施工進度優化措施

1）施工進度模擬。建立BIM 模型將施工中所需的數據進行收集、采納、存儲，再關聯時間維度(即4D)形成BIM 4D 進度管理模型，配合相關的BIM 軟件對項目進行進度施工模擬，合理制定施工計劃、精確掌握施工進程，優化使用施工資源以及科學地進行場地布置，對整個工程的施工進度進行統一管理和控制，以縮短工期，降低成本，提高質量。

2）輔助測量放線。通過將施工點位同步傳輸至BIM 模型中，管理人員可通過App 端快速查看放線點位，并實時復核點位偏差，提高施工效率。

3）VR 安全教育。利用VR 技術的沉浸式交互體驗，將施工安全隱患進行真實場景模擬，便于施工人員實時深度體驗，了解安全事故發生原因，感受事故過程，從而提高安全防范意識，減少因作業人員的不安全行為和施工結構的不安全狀態導致的安全事故。

4）車站快速建模。針對地鐵車站施工需求，利用地下管線快速建模工具快速讀取管線探測數據，導入獲取的TXT 數據文件，選擇合適的單元模型，創建管線模型，從而實現管片及區間隧道的快速建模。

3.5.3 施工成本優化措施

1）鋼筋節點優化。通過將局部復雜節點，導入魯班節點軟件進行優化調整，如圖8 所示，快速獲取到鋼筋節點，方便項目算量核量及指導現場鋼筋幫扎，加快現場工作流程。

圖8 鋼筋節點優化

2）工程量提取與復核。根據地鐵車站結構特點，將車站按倉室劃分，根據墻、柱、梁、板分類匯總工程量及圍護結構鋼筋量，如圖9 所示，輔助工程量核算，強化成本控制。

圖9 主體結構混凝土工程量提取復核

3）經濟對比分析。利用BIM 模型提取各專業工程量，將BIM 量與項目手算量進行對比分析，發現錯算、漏算C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，經測算，預計節約經費約106 萬元。

3.6 應用分析

本項目通過基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系進行地鐵車站協同施工管理應用和優化，充分發揮BIM 技術的協同管理優勢，提高了施工管理效率，具體表現在以下方面。

1）施工質量管理。通過圖紙問題審核及碰撞檢查，發現圖紙問題34 處，其中圍護結構8 處，主體結構26 處，降低質量風險，減少返工窩工、工期風險和施工組織難度。通過施工仿真模擬，論證了施工方案可實施性，優化設計及方案、提高工程質量。并通過可視化二維碼交底，解決復雜構造交底，提高工作效率和工程質量。

2）施工進度管理。通過4D 模擬施工進度，提前發現施工管理問題，提高工程進度控制效率，有利于整體工期的掌控。并開發室外管線、盾構管片、附屬結構快速建模插件，提高建模效率，節約人工成本。利用BIM 輔助測量放線，保證測量控制點的準確性和效率。

3）施工成本管理。通過工程量提取與復核，核查錯算、漏算工程量，涉及C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，并通過統計人員、機械進出場時間等方式，精確控制人員成本，最終實現成本節約。

4 結語

本項目基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系，對地鐵車站的施工結構快速建模、算量比對、監控管理等方面進行了優化，并對人員統計、人員定位等方面的技術難點進行精確管理，實現了地鐵車站施工降本增效，取得了較好的經濟效益和社會效益。