BIM技術在地鐵車站施工進度管理中的應用

劉楊祿

中鐵二局第四工程有限公司 四川 成都 610300

地鐵工程的建設受外界各種狀況變化影響可能致使工期延誤，傳統的地鐵建設項目施工進度管理法體系存在缺陷，也嚴重地限制了施工管理技術的發展。BIM建筑應用技術的發展與應用實現了施工生命周期的全程參與和施工參與方之間管理經驗積累的全面信息的共享，可確保進一步的提高的施工技術與施工進度管理技術。

1 地鐵施工進度管理的關鍵影響因素

地鐵工程地質條件極為復雜，且要求工期內不可對地下既有建筑物使用造成較大影響，施工工期也須全面考慮沿線城市規劃情況和現代化城市建設中的發展需要；在施工過程中施工作業人員素質一般參差不齊，難以做到正確分析理解各種復雜工序的圖紙設計及圖紙，對各施工設備工藝過程的理解熟悉了解程度差異和現場操作工人技能水平差別，均對施工能否安全按時完成有著重要影響[14-15]。

2 傳統地鐵施工進度管理方式的不足

(1)由于其圖像性較弱，二維CAD的設計圖形難以滿足不同專業的同步學習需求;同時，某些地鐵項目的三維設計模型涵蓋多種關聯領域，這使得負責施工管理的工作人員可能會感到困惑和誤解。各個與之相關的專業團隊只在二維設計的基礎階段上進行交流和協商，導致工作效率較低且需要多次修訂。

(2)對于純粹基于圖紙的設計與工程實施進程以及時間規劃來說，其視覺呈現效果并不理想，無法實時追蹤并反饋項目的真實進展情況。它僅能以一種簡化且概括的方式描述出項目的時間流程，當需要制定或修訂優化的項目進度方案時，由于計算方式較為繁瑣，很難精確找出可能存在的不足之處，并且通常也不能清楚明了地即刻實現有效的建設項目實際進度的動態監控和預判分析。

(3)在實際施工環境中，各種不穩定因素的增加使得安全管理難以及時達到規范化和精細化的操作。

3 基于BM的地鐵施工進度管理實現方法

3.1 基于BIM的4D虛擬建造技術

利用BIM技術的4D虛擬構建方法是把時間和空間結合到3D建筑數據模型中，然后使用相關工具將其兩者之間的信息互相轉化和連接，從而可以生成實時的、動態的三維4D建筑數據模型，以便于后續項目從設計至完工及管理的全程都能進行實時化的模擬操作。

3.1.1 基于BIM的進度計劃編制

主要榮譽：榮獲“2014全國兒童攝影優秀名師”稱號，榮獲“2014全國兒童攝影杰出攝影師”稱號，榮獲“2015第八屆全國人像攝影十杰提名”稱號

為了有效地將三維模型與進度計劃相連接，通常需要先采用橫道圖模型來協助制定進度計劃。主要的技術步驟應包括編制項目進度計劃：

(1) 確定項目的目標和范圍，并能夠對每個項目進行拆分；

(2)定義工程活動參數，并可以據此通過計算來確定其實際完成工作量；

(3)確定各分項工作活動內容間對應的工作邏輯關系，即要確定對每一項具體工作承擔的工作前置性任務類型；

(4)可根據各期工程活動總的實際工作量數和工程資源投入量數等計算參數來計算出其工作持續累計時間。

3.1.2 3D建筑信息模型的創建

通過使用三維BIM數字建模仿真軟件，我們可以創建一個3D建筑信息模型系統。為了實現建筑4D數字虛擬仿真的三維目標，模型系統需要滿足以下基本條件：

(1)需要依據項目的實際施工設計，對施工區域進行劃分并確定各個施工作業單元之間的責任分配；

(2)所編制的進度計劃中的各個部分要與模型中對應的部分名稱統一；

(3)依據虛擬建設的精確性，挑選出適宜的模型準確度。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

工農大路站是一座地上地下雙層兩跨島式站房，長度215.4m，站場長度為14m，標準段站場的長度達到22.9m。主體建筑采用了暗挖法進行施工，是一種現澆鋼筋混凝土結構的雙層兩跨箱型框架。這個結構由側墻、梁、板和柱等部分組成，并且沿著車站的縱向布置了縱梁系統。在車站中心的距離處，覆蓋的土壤大約有10.196m，底板埋深約26m。車站所在場地土層自上而下分別為：填土層、粉質粘土層，結構底板位于粉質粘土層中，現狀地下水位標高為地面以下2.1m。

4.2 基于BIM的圖形化施工進度管理

管理建筑進度涉及到制定和監督建筑進度，這包括對實際建設進度與預計建設進度的比較，通過比對施工計劃來修正建設過程中出現的錯誤。控制工作的關鍵是實際施工進度信息的獲取與計劃進度的對比，傳統的施工進度管理方式采用橫道圖、網絡圖對進度進行對比，用百分比來表示進度缺乏直觀性，需要閱讀大量文本信息以了解情況，浪費時間。BIM圖形化施工進度管理是通過圖像、模型、動畫和表格等方式來展示實際進度與預計的進度之間的差異，這種方法相較于傳統的方式更為直觀和生動，能夠提升施工進度控制的效率。

4.3 基于BIM的可視化施工模擬

4.3.1 工程地質條件模擬

由于地鐵建設屬于地下的建筑活動，其面臨著許多不可預測的風險和挑戰，如果遇到更復雜的地理環境，那么施工過程可能會變得更加困難。通過使用與工程地質相關的信息來模擬復雜的地形情況，可以為各類地下建設的隱藏結構提供指引，從而降低因為人為的環境變化等對項目建設周期造成的可能負面效果。

4.3.2 施工工藝模擬

如果實踐中的操作指南者無法系統性的理解工程進展，他們可以借助電腦上的三維模擬動畫工具直接協助工人安排和執行他們的任務。這種施工與流程工藝的效果模擬動畫是基于預先已經構建好的各類機器、部件、建材模型等的仿真模型基礎之上，然后使用該軟件為這些模型添加適當的形式效果，形成一個對應的三維模擬動畫。接著，這個動畫會經過電腦的三維后期處理以獲得更完美的視覺體驗和真實感，這便是三維施工模型和三維施工進程動畫圖像，如圖1所示。

圖1 三維施工過程動畫

圖2 車站主體結構

4.4 基于BIM的圖形化施工進度管理的實現

在本項目開始之前，我們利用BIM模型中的不同色彩對已經實施或尚未執行的構建進行了標記，以便清晰地展示項目的進程。同時，我們將實時的進度數據輸入到4D建筑信息模型中，并使用各種顏色的標簽來標識按計劃完成、超期完成或者延遲完成的項目任務。此外，我們在BIM模型內關聯了與這些構建相關聯的所有工程文件，從而向管理者提供了詳盡的信息支持，這可以從圖3中看到，即工農大路站的主體結構部分。

5 結論

由于多種原因如環境條件、技術問題和人為操作等可能導致地鐵建設項目進展受到阻礙，因此傳統的以靜態二維設計圖紙信息為主導的靜態工地進度監控方法存在著明顯的局限性，這使得城市地鐵項目的標準化與精細化的動態施工進程和實時的進度跟蹤變得困難。然而，通過應用BM技術構建的城市地鐵工程項目建設進度控制系統成功地解決并改善了這些問題，有效抵抗了諸如工程環境、技術難題和人工管理的負面影響，展現出其獨特的優點如下：

(1)利用三維BIM技術構建的全圖形化的建筑施工進度計劃管理系統為我們提供了實時的和直接的數據比較，包括項目的實際進度和預定進度信息。這使得我們能夠迅速地整合和管理進度相關的基本資料庫，并且可以為高層管理者提供關于公司真實建設進度的精確且完整的參考信息，以便他們做出相應的調整策略。

(2)通過基于三維BIM軟件的全圖形化建筑施工企業進度計劃管理平臺實現提供了工程實際完成進度指標與項目計劃進度信息的全方位實時與直觀數據對比，并同時能快速實現管理人員對進度相關基礎資料數據庫的可視化集成及管理，可為各級管理人員跟蹤分析企業實際施工進展指標情況、采取各種糾偏改進措施時提供較為準確及全面及時的進度決策依據。

(3) 利用BIM軟件和現場施工全可視化的數字模型來實現對問題的預測是有效的手段。同時，我們也可以借助BIM的數據庫進行碰撞測試系統的研究，以便于我們在項目開始之前就能識別出潛在的問題并采取相應的預防措施，從而避免了因施工環境、技能或人員操作不當等問題所帶來的影響。