基于BIM的城市轨道交通工程施工与管理

程韵如

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

城市轨道交通工程是关系人民群众切身利益的重大建设工程,其建筑品质、安全性不但关乎广大群众的生命安全和切身利益,同时,也影响着企业的公信力和社会形象，所以各界对城市轨道交通施工有着很大的关注度,高效率、高质量是第一条件。传统的城市轨道交通工程施工技术水平与管理模式,已无法满足当代城市中轨道交通施工的管理需求,急需转型。BIM 技术作为一个完整的工程数据化工具,主要在应用设计和施工管理等领域,通过参数模式对工程项目中所有数据进行综合分类,以获得最有价值的数据信息,从而在工程规划、设计、执行和维护等各环节中实现资源共享,并由此来协助施工管理人员即时了解建设项目施工状况,并做出有助于项目施工顺利进行的合理决定。BIM 技术具备了可视化、协调性、仿真性、优化性和可出图性等特征,通过BIM 平台,可以在各个不同阶段使工程项目的所有参与方都实现无缝衔接,并进行资源共享,以便于对项目实施更加精确的质量管控。综上所述,BIM 技术在城市轨道交通这一类相对复杂的建设项目施工中有着巨大的优越性。

1 城市轨道交通工程施工与管理存在的问题

城市轨道交通工程施工管理是指由作为工程项目承包商的建筑施工公司,从工程招投标阶段开始,直到验收移交的全过程管理工作,其目的是在符合建设项目工期要求、成本要求和品质要求等的前提下,达到对公司收益的最优化。在整个管理工作流程中,以工程项目管理为核心内容的管理队伍必须对整个工程建设项目管理的方法、技能、时间、资金、人力、原物料和机具等方面进行全面的组织与协调,并将重点在施工进度、施工成本和施工品质等方面加以管理。而由于计算机技术的广泛应用与普及,目前工程项目施工管理理论与管理方法都有了很大的提高,并且也因为城市轨道交通工程项目的特点,其具有了较大的社会影响力。在整个项目建造过程中,由于建设周期较长,参加的人士和专业人员繁多,直接导致了各方的协同工作难度相当大。

第一，传统的施工进度管理中出现的问题。传统进度管理一般分为进度规划制订与进度计划管理两部分的工作。在项目开展之前,进度管理人员首先按照项目的进展目标制订和优化进度规划。在整个项目执行过程中,进度管理采用了不同的进程管理方式,把项目各阶段所形成的实际进展数据和已制定的进度规划进行比较,并分析进度偏差原因,及时采用了相应措施，并对工程进度进行了调整纠偏。通过持续地对工程不同阶段实施“反馈—对比—分析—纠偏”,从而确保了建设工程项目都可以在目标工期内顺利完成，不过,在实际推进管理的过程中,还是面临着若干问题需要克服[1]。

第二，监督管理方式亟待完善。传统的施工进度管理方式一般以动态时间管理方式为主,在施工过程中,时间管理通常在施工的实际时间与原规划进度或目标出现偏离时才发现问题,进而再分析问题,并提出补偏救弊的方法,不过这一事后管理方式并没有从根本上消除工期延误问题,严重者甚至会危害工程质量和建筑成本。

第三，信号传输效能较差。传统的工程施工进度信息管理一般以甘特图或网络图的方式,由施工单位管理人员利用建筑图样获取有关的工程项目信息。但由于工程项目信息大多是采用二维形式进行传输,难免由于个人认识偏差或是对图纸表达有误导致了工程信息传输中的丢失和低效,从而造成了工程返工和进展的滞后。

第四，建设时各方协调困难。传统的施工进度管控流程中,各专业技术人员之间的交流与合作往往是以点对点的方式开展,而施工企业与进度管理者的个人经验对工程项目进展的影响很大,各专业技术人员之间的规范化与精细化管理协同工作也相对困难。

第五，成本核算不精确。传统的施工成本管理体系,一般都是在二维图基础上以报表的形态出现,无法对外清晰直观地表达各阶段施工实体和所消耗资料之间的关联，而管理人往往依靠个人经验来统筹和分配施工资料,很容易导致施工资料浪费,从而提高了施工成本。

第六，成本数据更新滞后。在建设项目施工过程中,各个施工阶段、各个参建专业单位都需要形成大量与成本管理工作有关的数据信息，而传统的建筑施工成本管理大多是采用人工手动方法实现对成本数据的收集、管理与储存,这一管理方法不但工作效率低,而且无法确保成本数据管理的完整性与准确度,也无法对成本数据管理信息进行即时变更,从而使得成本管理的工作结果产生了偏差。

第七，成本精细管理的困难。传统的建筑成本核算管理流程中,因为建筑施工阶段牵涉的机关与人事相对繁杂,产生的成本核算数量信息丰富,而各类人、材、机等消耗量及成本费用支出状况错综复杂,使得建筑成本核算的精细化管理工作无法顺利完成。

第八，传统的施工质量管理体系出现的问题。传统的建筑施工质量管理体系一般是根据PDCA 动态控制原理实施的,其工作过程一般可总结为:发现质量问题、检查记录问题、通知整改、问题解决、整改复查、问题终止。不过,在实际的建筑施工过程中因为工程人员素质、建筑质量和技术工艺等因素,往往需要在工程质量问题产生后才能够及时对其做出分析和解决,这就可能会造成工期拖延和成本增加。

2 BIM 技术在城市轨道交通工程项目中的技术优势分析

第一，有助于确保施工质量和安全。城市轨道交通项目建造过程中品质和安全的重要前提与关键点,可以通过BIM 技术将实际施工数据直接注入到所搭建城市的轨道交通模型中。通过模拟展示不仅可以让各参建单位明确地掌握整个工程设计意图,确定施工关键点,排查施工风险,并提出有针对性的应对举措,从而保证城市地铁项目的施工安全和品质，同时还可以让各参建方得以更直接、清晰地了解施工过程中出现的问题。同时通过城市轨道交通建模技术可以进行多维互动,对施工方案做出即时调控,使得实际施工情况与施工设计目标相符,从而提高施工品质和安全性[2]。

第二，优化建设项目施工进度。一方面，在利用BIM 技术构建城市轨道交通系统3D 模型的基础上,将实际工程进度和BIM 模式有机组合起来,并由此来建立正交保护的信息化模式。另一方面,通过将实际的建设项目施工进度和模型模拟进度进行比较,并分析二者是否存在差距,由此来确定项目实际的建设工序、施工进度等是否合理。一旦出现了误差就能够运用模型对建设项目的局部施工规划做出适当调整,并对建筑场地进行优化选择,从而使得建设项目整体施工进度达到了预期。另外,使用BIM 建筑模拟软件可以自动检测碰撞点的正确位置,以便获得在原工程图纸设计阶段隐藏的技术问题和设计缺陷,并及时地对原设计存在的碰撞点问题和不合理的原设计加以优化调整,从而避免因在后期的工程建设阶段进行返工而拖延工期。

第三，有效控制施工成本。随着社会经济的日益发达,人们对市政基础设施建设的施工成本关注度也与日俱增,通过应用BIM 技术可以对分包工作量进行合理分摊,同时还针对工期提出更加细致的原物料供应计划和资金规划,从而真正提升了轨道交通建设项目的预算精度。同时,还可以对工程项目投资情况进行动态化管理,更加直观快捷地进行工程项目的总预算,从而合理管理工程建设的总成本。

3 基于BIM 技术的精细化施工管理平台框架设计

城市轨道交通建设在施工阶段中存在着建设周期长、参建单位数量多、建设资料耗费大和对社会环境影响广等特点,为确保建设项目信息的高效传输与资源共享,结合施工预备阶段和工程建设阶段的施工特征,在实际生产过程中，还可以使用基于BIM 技术的城市精细化建筑信息管理平台。该平台是基于可视化技术的施工信息模型,主要由BIM 仿真施工管理系统和BIM 数字施工管理系统两个部分构成[3]。

第一，采用BIM 技术开发的虚拟建筑信息系统。采用BIM 技术开发的仿真施工管理系统,能够在施工前准备阶段对工程实施可视化的虚拟施工,在提前考虑施工过程中可能发生的时间、成本、质量和安全等问题后,对施工方法进行调整优化,进而完成对工程的精细化施工模拟。

第二，数据层。通过对来自业主方、工程方和供应商等工程参与者的基本数量信息,包括三维空间信息(包括构件尺寸和位置关系)、进度信息(包括总进度计划、月进度计划、周进度计划和日常工作计划)和资源信息(包括人、材、机信息)等加以采集、编码与记录,从而形成基础信息库。

第三，应用层。主要工作是将在数据层记录的施工数据信息添加至仿真施工系统,以建立可供仿真、研究的施工模式，同时,也可以接受应用终端操作命令,并调用、管理有关的数据信息,最后将结果回复至操作层。

第四，操作层。重点工作则是在电脑终端、移动端等终端设备上,供有权限的用户(包括业主、设计人员和施工人员等)完成碰撞检测、建筑仿真、进度模拟和资源分配等作业,以优化施工方法,为工程建设阶段的专案工作进行技术辅导。

4 基于BIM 技术的城市轨道交通工程精细化施工管理

第一，技术标的可视化演示。在项目招投标阶段,建筑施工公司时间紧、任务重、竞争激烈,其可利用精细化施工项目管理平台对技术标中的施工进度规划与主要施工方法进行可视化动态仿真,并直观地将工程项目总体部署与配套资源的实际投入状况进行展示,从而全面地揭示了施工组织设计的科学性和可行性。

第二，施工组织设计的合理优化。在工程项目规划阶段,建筑施工公司必须对按照工程项目的进度规划的劳动强度资源做出合理分配,同时针对施工现场的实际情况对现场资源做出合理规划与使用。借助精细化建筑项目管理平台的运用,公司能够对建筑的时间规划进行优化与校核,即在建筑施工之前先对整个建筑运营流程进行仿真,并按照建筑资源供给调配的情况规划建筑区域与施工流水段,从而进行人才、机具、原材料等资源的优化分配与合理安排，同时运用建筑动态曲线图,针对曲线的波峰与波谷,从建筑成本的视角对建筑工程规划做出优化。

第三，对过程进行实时监控。在工程项目执行阶段,施工公司可利用精细化施工管控平台对每天进行的任务进行详细分析,全面呈现工地发展状况,总结偏差,减少任务重复和遗漏,为工程项目的成功执行提供管控与数据分析支撑。

第四，快速校核招投标工程量清单。使用BIM 模式进行的工程量可以快速计算或校核招投标的工程量,对商务招投标进行参考，同时在招投标前期对融资进行把控,以提高对后期融资的成本管控,便于后期融资周转。

5 结语

根据当前城市轨道交通施工技术发展的新契机,以及BIM 技术在精细化施工质量管控方面的优势,本文主要从如下几个方面展开了剖析:第一,系统剖析了我国城市轨道交通工程施工阶段中在时间、成本以及工程质量管理等方面出现的重大问题；第二,形成了基于BIM 技术的城市轨道交通工程精细化施工管控平台,该平台结构区分为数据层、应用层和操作层,包含了虚拟施工模型和数字施工模型两种BIM 体系；第三,在此平台基础上,提供了基于BIM 技术的工程精细化时间、成本与品质管控的新方法,并希望为城市轨道交通工程项目的精细化施工管理模式提供借鉴。