基于BIM的VR技术在地铁施工管理中的应用

马勇军, 尹紫红, 高 雪, 吕晓楠

(1. 中铁十二局集团电气化工程有限公司成都地铁5号线一、二期机电安装及装饰工程2标段，天津 300308; 2.西南交通大学，四川成都610031)

基于BIM的VR技术在地铁施工管理中的应用

马勇军1, 尹紫红2, 高 雪2, 吕晓楠2

(1. 中铁十二局集团电气化工程有限公司成都地铁5号线一、二期机电安装及装饰工程2标段，天津 300308; 2.西南交通大学，四川成都610031)

地铁机电安装施工过程中遇到的问题复杂多样，信息的实时共享、施工进度的协调推进、工作人员的行为管理都是当今亟待解决的难题。文章以成都地铁5号线(与1号线的换乘站)杜家碾站为例，分析了BIM、VR技术的应用发展，提出如今地铁机电安装施工风险管理存在的问题，最后基于建筑信息化模型(BIM)的数据平台，综合运用虚拟现实(VR)技术，针对该项目的施工风险管理进行探究。BIM+VR技术的综合应用加强了项目风险识别的能力，提高了作业人员的安全意识，对于地铁安装项目的风险管理研究有着重要的意义。

地铁机电安装； BIM； VR； 风险管理

在加快经济发展的国家政策背景下，交通压力也日益凸显。近几年来，我国地铁建设速度明显加快，地铁建设规模不断扩大，而地铁机电安装施工工艺复杂，涉及与其他专业相交叉，不可控因素多，造成了施工风险增大，给施工管理带来了极大的困难。我国地铁施工风险管理专业人才相对缺乏，使得项目的进度、质量把控和风险的规避工作缺乏相应的经验，如何结合利用现今已有的新技术针对地铁机电安装施工风险进行系统、科学、合理、高效的管理是需要解决问题。

BIM技术，一种基于数字化技术和可视化技术集成和管理与信息的方法，于20世纪70年代由计算机辅助设计的先驱者查理斯·伊斯曼(Charles Eastman)最先提出。近几年，BIM技术在国内建筑设计、施工过程及后期运营管理当中应用广泛，利用BIM可以进行三维碰撞检查、工程算量、模拟施工等。BIM技术的发展也为地铁施工项目风险管理带来了突破口。地铁安装施工项目因为施工复杂、风险因素多，施工安全关键点不易控制，通过BIM的VR技术进行工程信息集成管理与项目方案模拟，可以捕捉项目风险管理的关键节点，简化项目质量安全分析的过程，能够使项目的风险预测与控制变得更准确、可操作性更强。因此基于BIM的VR技术在地铁安装施工中的风险管理研究对于地铁安装施工风险管理有着重要的意义。

1 工程概况

成都地铁5号线一、二期工程线路北起新都区香城大道，南至天府新区回龙路，自北向南沿天柏路-敬成路-蓉北商贸大道-北站西二路-一环路北一段-一环路西三段-一环路西二段-一环路西一段-高升桥东路-九兴大道-紫荆西路-神仙树路-万象路-剑南大道-元华路敷设。沿线途径新都区、金牛区、青羊区、武侯区、高新区、天府新区、双流县等辖区。车站自北向南，起于商贸城北站，止于回龙站，线路全长49.018 km。其中地下段长42.327 km，高架及过渡段长6.691 km，平均站间距1.209 km，共设车站41座(其中高架站5座、地下站36座)、全线共设综合维修基地1座、停车场2座、主变电站4座，控制中心与在建的7号线合设于7号线崔家店停车场内。

本文主要以成都地铁5号线2标段十站十区间的施工内容为依托，施工范围为九道堰、九道堰站-杜家碾站区间、杜家碾站、杜家碾站-大丰站区间、大丰站、大丰站-石犀公园站区间、石犀公园站、石犀公园站-皇花园站区间、皇花园站、皇花园站-古柏站区间、古柏站、古柏站-泉水路站区间、泉水路站、泉水路站-洞子口站区间、洞子口站、洞子口站-福宁路站区间、福宁路站、福宁路站-五块石站区间、五块石站的通风空调系统、给排水及消防系统、低压配电与照明系统、装饰装修(含钢结构雨棚装饰、路引、站外牌及车站附属设施、防火封堵)等工程(图1)。

图1 成都地铁5号线机电安装及装饰工程2标段

2 基于BIM的VR技术在地铁机电安装施工风险管理的应用

2.1 地铁机电安装施工风险管理存在的问题

地铁机电安装施工过程中的风险管理是指项目的负责人根据对工程施工情况，对施工各阶段进行风险识别、风险评价及风险控制措施制定的一个过程，负责人需对项目风险进行连贯管理，这样才能使工程顺利完整地进行。

地铁机电安装工程常在土建工程收尾前展开工作。此时，土建部分未能全部完成，并且可能存在主体结构质量缺陷，多专业工作之间存在交叉，相互协调难度大，因此地铁机电安装工程存在诸多安全风险。

(1)结构复杂、施工管理困难。地铁设备安装结构复杂，传统的平面图纸导致放样部分工作难度高。同时与其他专业相协调难度大，造成施工管理困难，从而易导致相应的质量问题，增加了工程的质量风险。

(2)交互信息量大，交叉施工作业多。信息传递的效率对于地铁机电安装工程的周期与成本有直接的影响。地铁安装交叉施工作业多，信息交叉量大，机电设备安装工程与主体结构、牵引供电、通信、信号、接触网、自动售检票、扶梯、屏蔽门、公共区装修等系统和专业都有交叉，存在多专业衔接和交叉施工的问题。目前的施工信息传递方式是CAD二维图纸，对大量图纸进行处理的工作量大、直观性不强、专业要求高，处理困难，无疑多项目的控制造成了影响，增加了项目施工的风险。采用BIM可视化技术将二维图纸转化为三维动态模型，对于各专业的协调配合起到了一个良好的促进作用。

(3)不可控风险因素多。地铁机电安装施工过程中涉及的风险影响因素较多，存在安全管理体制不完善、信息交流不畅、防护不良等诸多隐患。再者设备安装施工作业点多、施工人员不集中、线网风险相互关联、施工环境不良等，风险因素数量多且不易把控，安全隐患不易察觉，故对整个施工过程利用BIM的VR技术进行可视化管理尤为重要。

2.2 BIM的VR技术在地铁施工风险管理中的应用

地铁设备安装施工项目风险管理可分为多个阶段，即决策阶段、设计阶段、施工阶段。其风险管理也是多阶段的，管理者针对各阶段可能出现的风险作出分析决策，导致忽视了风险的反馈与交流，各参与方也缺乏彼此间的沟通交流。利用BIM技术搭建共享平台(图2)，使用BIM的VR技术将信息直观反馈给各参与方，将能够促进各参与方的信息交流，达到信息实时共享，降低项目施工风险。

图2 BIM共享平台

(1)决策阶段。借助BIM的VR技术，可对各方案进行后阶段的过程模拟，并且各参与方可及时将意见反馈给决策方从而对各方案各个方面进行分析论证，找到其中可能存在的风险因素，决策方统筹考虑，综合选取最优方案并制定相应的风险控制策略。

(2)设计阶段。BIM技术可利用三维信息模型来表示整个地铁项目。用BIM三维模型将各信息统一关联起来，可对各信息进行动态的管理与控制，地铁安装模型中可进行碰撞模拟，节约了传统二维图纸无法解决的碰撞问题，设计人员根据模拟结果可及时对管线进行调整，降低后期返工的风险。碰撞模拟过程如图3所示。

图3 碰撞模拟过程

(3)施工阶段。传统的施工图纸很难反映施工场地布局的动态化变化，在施工现场布置过程中，工程师只能通过工程经验进行调配，加之地铁安装工程复杂，一旦考虑不周，容易引发各专业之间的各种冲突，甚至导致安装工程中出现不良事故。BIM的VR技术以4D施工模型，即空间+时间模型为基础，有效地对施工进度及实际进度进行动态化模拟并进行动态比较，能够动态显示场地的布局情况，对工程的进度控制起到极大的促进作用(图4)。

图4 BIM的VR技术在施工阶段的工作过程

通过虚拟现实环境，人们能更好地理解地铁安装施土过程，特别是工艺复杂、安全风险大的施工部分。BIM的VR技术将施工过程进行动态模拟，能让作业人员直观感受到施工过程中存在的风险，从而提高了作业人员的风险意识，加强 了风险教育。同时，动态数据的实时跟踪与可视化也能促进施土人员的安全行为，降低施工安全风险。

3 结论

地铁机电安装施工过程进行可视信息化管理，能够直观地检测出在施工过程中遇到的风险，便于施工风险的控制，将各类风险的发生率降到最低甚至能够排除一些风险。从真正意义上实现建筑结构、机电设备、工作人员的本质安全化，有效地减少了传统施工中各专业协调困难带来的一系列风险，有利于控制项目进度、质量以及安全问题，有效控制了建设成本并增加安全经济效益。

[1] 李钰，吕建国.基于BIM和VR/AR技术的地铁施工信息化安全管理体系[J].工程管理学报，2017(8).

[2] 王梦洁，潘芳芳，黄天宇.基于BIM和VR技术的建设项目全面质量管理[J].技术交流，2016(8).

[3] 张登伦.机电安装工程项目施工安全风险管理研究[D].中国矿业大学，2013.

[4] 钟荣华.BIM技术在地铁施工安全方面的应用研究[J].安全工程，2016(6).

[5] 路曦.BIM结合VR技术在土建类专业中的应用研究[J].技术探讨，2017(10).

[定稿日期]2017-10-13

国家重点研发计划课题(编号：2016YFC0802203-3)

马勇军(1974～)，男，本科，高级工程师，从事地铁机电安装工程工作。

U231.3

A