北京地铁昌平线南延项目BIM 技术应用监理实践与创新

王之喆（中铁华铁工程设计集团城轨监理公司， 北京 100071）

1 概 述

随着我国经济的快速发展，城市轨道交通项目建设正步入繁荣时期，不仅改善了城市居民出行环境，还拉动了内需。截至 2019年 6月30日，我国累计有 37 座城市建成城市轨道交通，线路总长 6 126.82 km。其中地铁4 656.83 km、轻轨 255.40 km、单轨 98.50 km、市域快轨 691.27 km、现代有轨电车 356.72 km、磁浮交通57.90 km 以及自动旅客捷运系统 10.20 km。城市轨道交通工程不仅市场潜力巨大，而且新技术应用层出不穷。特别是 BIM 技术在“十二五”期间被住房和城乡建设部明确列入重点推广计划中，并于 2010年开始在国内部分城市的城市轨道交通工程建设中得到了初步应用。2018年5月，住房和城乡建设部出台了《城市轨道交通工程 BIM应用指南》（以下简称《指南》），旨在推进 BIM 技术在城市轨道交通工程的可行性研究、初步设计、施工图设计等阶段的全面应用，实现各参建方共享多维 BIM 信息，共用数字化交付工具，共同实施工程管理。

2 项目简介

北京地铁昌平线南延项目监理 02 合同段，由 2 座车站和 4 段区间组成。其中：西土城站 22 132 m2，学院桥站 20 564 m2；蓟门桥站—站后区间 0.610 4 km，西土城站—蓟门桥站区间 0.548 6 km，学院桥站—西土城站区间 1.3100 km，六道口站—学院桥站区间 0.979 3 km。工程造价约 16.3 亿元。合约计划工期为 2017年 8月至2020年 12月（40 个月），实际开工日期为 2018年 6月30日，预计完成日期为 2020年 9月。

本监理企业项目部（以下简称“项目部”）所辖标段具有风险源多、风险源等级高、地质条件差、地下水资源丰富、地表建筑物多和新工艺、新工法使用多等特点。目前已经确定采用的新工艺、新工法有 16 项。其中，重点科研 4 项：N-Jet 超高压咬合桩施工、西土城站大体积冷冻法施工、盾构始发井咬合桩和波纹板支护体系等。本监理项目一级风险 103 条；特级风险 1 条，即学院桥站－西土城区间下穿既有地铁 10号线西土城站，区间与车站最小竖向距离 2.2 m。同时，既有西土城站运营对土体扰动大，导致初支沉降大，施工风险更加突出。项目部结合所辖标段实际情况，重点对施工过程中的自身风险和环境风险进行把控，确保全工期施工安全零伤亡、施工质量零返工。

3 建立 BIM 监理审核工作体系

项目部依据《指南》中的要求，采取了由企业领导牵头、项目领导主责、专业 BIM 监理负责、现场监理人员配合的集中管理模式，成立了专业的 BIM 审核组。项目部除了实行集中管理模式以外，还采用全员普及模式、分散管理模式、BIM 应用业务外包模式和 BIM 应用技术外包＋技术培训模式等常见的管理模式。

3.1 BIM 监理审核组软硬件的选择方案

项目部 BIM 硬件环境一般包括：客户端（个人计算机）、服务器、网络和储存设备等。BIM 应用硬件初期资金投入相对集中，对后期的整体应用效果影响较大。在BIM 硬件环境建设中，考虑到 IT 技术的快速发展，对硬件资源生命周期的预估不能过长；同时，还应结合项目部的现实需要和未来的发展要求。BIM 应用对计算机运行性能，包括数据运算能力、图形显示能力和信息处理能力等要求较高。其软硬件的配置要求，如表 1 和表 2 所示。

表1 个人计算机硬件配置

表2 常用施工 BIM 应用软件

3.2 适度确定 BIM 模型细度

项目部只有准确理解 BIM 模型细度的划分原理，才能以前瞻性、预见性和指导性的既定方针开展 BIM 审查工作，并将其提高到一个全新的高度。BIM 模型细度主要是根据城市轨道交通工程建设过程中的各阶段特点进行划分的，一般分为方案设计模型、初步设计模型、施工图设计模型、深化设计模型、施工过程模型和竣工验收模型。本工程目前仅涉及施工阶段的 BIM 模型。

BIM 模型细度规范一般遵循适度的原则，涵盖模型造型精度、模型信息含量和合理的构件范围。

（1）施工图设计模型细度与传统二维施工图设计阶段所要求的设计深度对应。模型构件应表现对应的建筑实体的详细几何特征及精确尺寸，应表现必要的细部特征及内部组成；应包含项目后续阶段（如施工算量、材料统计和造价分析等应用）所要使用的详细信息，如构件的规格类型参数、主要技术指标、主要性能参数和技术要求等。

（2）施工深化设计模型细度与施工深化设计要求对应。模型应包含加工、安装所需要的详细信息，以满足施工现场的信息沟通和协调，为施工专业协调和技术交底提供支持，为工程采购提供支持。

（3）施工过程模型细度与施工过程管理要求对应。模型应包含时间、造价信息，以满足施工进度、成本管理。

（4）竣工验收模型细度与工程竣工验收需求对应。模型应包含（或链接）分部、分项工程的质量验收资料，以及工程洽商、设计变更等文件。

3.3 编制 BIM 监理审查细则

BIM 监理审查细则是项目部 BIM 审核组工作的基本依据。主要内容如下。

（1）BIM 监理审查细则概述。阐述 BIM 监理审查细则制定的总体情况，以及 BIM 监理审核组目标。

（2）项目信息。阐述项目的关键信息，如项目位置、项目描述和关键的时间节点。

（3）项目目标和 BIM 监理审查目标。详细阐述 BIM监理审查要达到的目标和效益，以及具体制定步骤。

（4）BIM 监理审查流程设计。以流程图的形式清晰展示 BIM 监理审查的整个应用过程，以及具体制定步骤。

（5）BIM 信息交换。向施工单位明确模型传输交换过程中的各项标准和要求。

（6）协作规程。详细描述项目团队协作的规程，主要包括模型管理规程（如命名规则、模型结构、坐标系统、建模标准、文件结构和操作权限等），以及关键的协作会议日程和议程。

（7）模型质量审查控制要点。详细描述高质量完成BIM 模型审查而要达到的质量审查要求和对项目参与者的素质要求。

3.4 建立 BIM 监理审核与应用的动态管理体系

为了充分发挥 BIM 技术的作用，项目部除了要认清划分模型细度和制定 BIM 监理审查细则的重要性以外，还要建立起一套项目部 BIM 审核组（见图 1）和现场监理动态管理体系（见图 2）。项目部 BIM 监理审核组根据建设单位要求，对施工单位所建立的 BIM 模型进行全面审查。审查细度要根据工程进展情况，依据《指南》中的具体划分标准来进行。经项目部 BIM 审核组审查通过的 BIM 模型被下发给现场监理员，作为其开展现场监理工作的辅助工具。若施工单位 BIM 模型未通过 BIM 审核组的审查，则项目部要求施工单位依据《指南》中的要求重新完善 BIM 模型，再报送项目部 BIM 审核组，并且根据情况签发监理指令。

图1 项目部 BIM 审核组组织结构图

图2 现场监理动态管理体系图

4 项目监理 BIM 技术的具体应用

4.1 审查施工组织设计、专项施工方案

项目部 BIM 技术的应用，除了有助于现场施工阶段对现场安全质量的管控之外，对施工单位的施工组织设计方案、专项施工方案的审查也具有巨大的应用价值。项目部可以用 BIM 模型对施工单位的施工组织设计方案、专项施工方案进行动态模拟，从而判断施工组织设计方案、专项施工方案的编制是否满足施工进度要求，是否完全满足设计意图，是否符合现场实际情况和规范要求。

4.2 进行可视化监理交底

监理交底是项目部对现场监理人员管理的重要措施和必要手段。与传统交底相比，可视化交底具有以下优势。

（1）传统交底往往通过大篇幅的文字叙述表达交底内容，不但不能直观地与现场实际情况相结合，而且不易于记忆由文字描述的交底信息。可视化交底运用 BIM 技术，建立了直观的交底模型，既解决了传统交底不够直观、不够全面的问题，又便于记忆交底信息，有利于全面掌握质量控制。

（2）传统交底信息不易携带、不便保存，而可视化交底可将工序或构件模型转发至手机，使得监理能够快速熟悉现场工序要点，以便现场施工管理。

4.3 模拟工法

新工法应用和风险源较多的车站、区间一直是监理管控的重中之重。本标段所辖的西土城站，采用大体积冻结止水法；蓟门桥站—站后区间 73 m 的 8 个渐变面转化，都存在工序复杂、风险源较多的情况。为此，项目部实施BIM 模拟并取得如下效果。

（1）在以往的监理工作中，现场监理往往由于业务能力薄弱，只能通过施工方案和图纸对工程有一个初步认识，不能全面了解整个施工过程。项目部采用 BIM 模型对新工法、风险源进行模拟，使得现场监理能够接受到立体的、可视化的施工工艺培训，从而全面提高自己的思想认识和质量管控能力。

（2）根据 BIM 模型中所反映的风险部位，现场监理明确了质量控制要点，并以此监督施工单位落实加固措施，使监理工作达到事半功倍的效果。

4.4 碰撞检测

本项目西土城站采用冻结止水法。因其冻结孔密集，循环液管路布置复杂，作业地下空间狭小。项目部应用建模软件对循环液管路进行建模布置，应用碰撞软件对循环液管路、结构等与其他现场临时布设的设备、管路等进行碰撞模拟。与传统功法相比，BIM 模型法使得管线布置情况更加清晰直观，有利于施工初期的排管布线，以免因循环管路改移、返工或影响冻结效果而耽误工期。具体作用如下。

（1）运用 BIM 模型对“错”“漏”“碰”“缺”等情况进行全面排查。新工法涉及专业多，需多家单位联合作业。在以往的施工过程中，各专业独立作业，容易出现碰撞现象；而应用 BIM 模型能够集中发现问题，提前谋划并且解决问题。

（2）因受技术的限制，各专业的二维图纸中所隐含的潜在问题往往容易被忽视。这也是导致碰撞的一个重要因素。另外，在生成了设计图纸的情况下，一旦发现问题再去修改，不仅会影响施工进度，还会造成窝工问题。由BIM 技术建立起的三维模型具有良好的可视性、模拟性和协调性。通过三维模型模拟来检测不同专业之间的碰撞问题，可以提前发现并快速解决问题，避免了因设计问题无法一次性被全部发现而带来的难题。

5 项目监理 BIM 技术应用成果

5.1 在落实《指南》规定方面监理工作内容效果显著

按照《指南》中监理单位主要工作内容的规定，在运用 BIM 数据集成与管理平台辅助施工监理工作方面，项目部进行了现场监理三维交底 87 份，涉及现场施工的安全、质量、风险和隐患等方面，均取得了良好的效果。主要成果如下。

（1）在现场监理应用 BIM 可视化交底之后，现场报检验收平均用时下降了 16%。

（2）2019年 1月，在未使用 VR 技术对现场监理员进行安全可视化交底的情况下，项目部现场月均发现安全问题 40 条；在 2019年 2月实施可视化交底之后，月均发现安全类问题约 59 条，安全问题发现率提高了 47%。

（3）2019年 1月，西土城站未采用三维立体报检，月均发现质量问题 56 条；2019年 2月，现场监理开始全面采用三维立体交底进行验收巡视，月均发现质量问题136 条，质量问题发现率提高了 142%。在随后的几个月内，报检巡视发现问题逐月下降。这充分说明了三维立体交底应用于报检验收，能充分发现并及时解决现场问题，是提高现场质量管理的重要措施。

5.2 项目监理适度延伸 BIM 技术应用范围

项目部运用 BIM 技术在图纸会审前建立施工模型，在建模过程中发现和解决了部分问题，进而促使在图纸会审中提出的合理化建议的采纳率平均提高 12%，提高了监理服务水平。同时，在进度管控方面，项目部模拟建设单位要求的工期节点，并与现场实际进度进行比较，发现差距，及时查找原因并采取补差措施，确保了工程按期完工。

6 对今后 BIM 技术应用的建议和展望

虽然 BIM 技术在本项目应用中取得了一些成果，但仍存在 BIM 应用工作欠具系统性、各参建单位领导重视不够、BIM 技术人才不足、应用效果不突出等问题。为了进一步扩大 BIM 技术的应用优势，笔者结合本工程 BIM 技术应用的经验，对今后 BIM 技术应用提出以下建议。

（1）加强人员专业化培养，提高监理 BIM 应用能力。BIM 技术只有向更深入、更基础、更广泛的方向发展，才能最大限度地发挥作用，才能全面提高监理的管理水平和服务质量。要想真正将 BIM 技术融入现场施工管理过程中，就必须让现场大部分监理员基本掌握运用 BIM 技术的能力。在现场工作中，即使在开展 BIM 应用的监理企业项目部中，也只有个别人员懂得 BIM 技术。为此，当务之急是在培养一批 BIM 专业技术人员的同时，大力提高现场监理员的 BIM 应用水平，最终形成由 BIM 监理审核组牵头、全体监理参与的新格局。

（2）进一步发挥建设单位的推动作用。根据《指南》提出的意见，建设单位在 BIM 应用中的工作内容众多、责任艰巨，明确列明的工作内容就有 9 条之多。建设单位是系统推进 BIM 技术应用的第一责任人。在工程实施过程中，建设单位要始终主导工程 BIM 技术应用的各个方面，要结合项目特点，在相关招标文件中明确 BIM 应用的工作内容和技术指标。为此，应尽早制订《工程建设项目 BIM应用方案》，统筹 BIM 应用各项工作，明确工程建设各阶段的 BIM 应用目标；建立 BIM 应用的组织架构和管理体系，明确各参建单位的 BIM 技术应用工作职责，明确各阶段、各参建单位的 BIM 交付成果的审核、管理和归档要求，包括审核竣工验收模型与工程实体、竣工图纸的一致性等。BIM 应用涉及的专业广、单位多，只有建设单位全力引导，其才能走向新阶段。

（3）发挥总体设计的引领作用。在总体设计招标阶段，明确总体设计 BIM 应用的工作内容、工作要求和工作目标，明确考核项目和标准，同时将 BIM 应用费用纳入报价项目中。总体设计 BIM 应用的主要内容应包括：协助建设单位建立组织架构和 BIM 应用管理体系，完成总体设计建模；组织和管理各工点、各专业设计，充实总体设计模型；指导施工单位按实际情况修正模型，组织进行竣工验收模型与工程实体、竣工图纸的一致性审核工作。

城市轨道交通工程市场的进一步发展，将给 BIM 技术拓展出更大的应用空间。尤其在临边防护、消防安全，以及临时作业平台的搭设和车站二衬施工中的预留预埋等场合，BIM 技术将呈现出巨大的应用价值。我们相信，随着BIM 技术的开发与应用的不断深入，传统的建设单位、设计单位、施工单位和监理单位的管理模式都将发生相应的改变，并且 BIM 技术将给城市轨道交通工程市场带来巨大的经济效益和社会效益。