基于PDCA 的地铁工程BIM 施工管理模式研究与应用

孙策

（中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司，广东深圳 518083）

1 引言

近年来，我国城市化建设速度迅猛提升，地铁已成为城市公共交通系统中不可或缺的重要组成部分。然而，随着地铁建设规模的不断扩大，其结构形式也愈加复杂，对施工管理水平提出了更高的要求。如何提高地铁工程建设协同管理水平以适应现代化建设的要求，成为地铁工程施工领域亟须解决的关键问题。

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是基于三维数字模型的建筑业信息化发展技术，具有强大的三维协同性的特点[1]。应用BIM 技术，结合地铁施工协同管理需求，能够很好地解决多专业地铁协同施工问题。学者们从场地规划[2]、质量管理[3]、设备安装[4]、竣工交付等方面对其进行了系统的研究，以提前发现施工活动中存在的问题，对施工管理方案及时优化，实现地铁工程建设的高效管理。然而，现有BIM技术在地铁工程施工管理的研究中与施工管理理论结合较少，导致尽管质量、进度、成本等方面均有应用，但无法从计划、执行、检查和处理全过程对地铁工程施工管理进行跟踪检查和优化管理[5]。

因此，本文基于PDCA 管理理论，将BIM 技术应用的地铁工程施工质量、进度和成本管理与PDCA 的计划、实施、检查和改进循环管理流程相融合，从而形成基于PDCA 的地铁车站BIM 施工管理模式。

2 基于PDCA 的BIM 施工管理体系搭建

基于PDCA 的地铁车站BIM 施工管理体系如图1 所示。

图1 基于PDCA 的地铁车站BIM 施工管理流程图

3 实例分析

3.1 工程概况

深圳地铁16 号线天健花园站位于深圳市龙岗区，车站主体采用明挖法施工，基坑长218 m，标准段基坑宽度20.2 m。盾构段基坑宽度23.8 m，基坑开挖深度16.5～17.6 m，基坑安全等级较高，且地处主干道，路面车流量大，交通繁忙，整体工程施工难度加大。

3.2 BIM 技术在地铁车站施工策划中的应用

3.2.1 项目应用需求分析

1）检查图纸问题。二维设计图纸存在较多错、漏、缺的问题，为施工过程带来困难，降低工作效率，需要在三维模型建立过程中查漏补缺。

2）优化多专业交叉施工方案。项目涉及管线改迁、周边房屋拆迁、绿化景观迁改等多项系统工程，相互穿插施工较多，通过施工仿真进行方案优化，保证现场施工顺利进行。

3）精细化材料管理。项目涉及材料众多，施工过程中劳动力、物资、设备等施工资源调配频繁，需利用BIM 技术为快速提取工程量、实施限额领料、准确结算工程量提供便利。

4）精准化施工指导。现场施工过程中，将二维图纸转化成三维模型，其中混凝土方量、钢筋量以及钢筋搭接等能够让现场人员通俗易懂，简洁直观。

3.2.2 BIM 参数化建模

在地铁车站施工之前，先根据施工图纸建立车站BIM 模型（见图2、图3），并结合施工方案进行附属施工模型的构建，并对附属结构模型按照施工需求进行整合，以辅助施工需求。

图2 天健花园站BIM 模型

图3 区间隧道快速建模

3.2.3 地铁车站问题分析

1）施工场地布置。根据施工场地及周边道路情况，模拟施工场地布置，合理安排现场布置，以减少施工用地、保证现场运输道路畅通、方便施工人员的管理，有效避免二次搬运及事故的发生。

2）施工图纸审核。将各个专业的模型叠加进行碰撞检测“碰、漏、缺”点，确定施工中不合理的地方，及时反馈给设计人员，优化施工方案与解决办法，减少施工变更、返工，提高施工效率和质量，缩短工期。

3）施工仿真模拟。为提高多专业交叉施工时的作业效率，提前进行关键施工过程模拟，让技术人员更加直观了解施工过程，并论证施工方案的可实施性，为现场顺利施工奠定基础。

3.3 BIM 技术在地铁车站施工实施中的应用

通过视频监控对施工现场进行科学化安全管理，实时反映现场施工情况，方便管理人员对施工质量、进度和成本问题源的监控，降低施工风险，提高施工效率。施工现场监控和BIM 施工管理分析，如图4 和图5 所示。

图4 施工现场监控

图5 BIM 施工管理分析

3.4 BIM 技术在地铁车站施工检查中的应用

利用BIM 平台对施工现场重要生产要素的状态进行绘制和控制，有助于实现施工质量、进度和成本问题源的辨识和动态管理，加强现场策划工作。确保项目的效益目标得以实现。

3.5 BIM 技术在地铁车站施工改进中的应用

3.5.1 施工质量优化措施

1）砌体工程优化。通过BIM 技术优化砌体排砖，如图6所示，可直观展示砌体排布方案，避免因技术方案交底不清造成的损失，并利用排砖图将每层及整体的砌块用量精确统计，确保每个材料堆场满足施工区域的用量需求，提高了质量管理效率。

图6 砌体工程优化图

2）基于二维码可视化交底。针对施工信息琐碎、沟通困难问题，将构件的施工信息制作成二维码，布置在现场管理构件中，优化沟通方式，将书面与口头的信息利用网络传达到施工人员，丰富施工管理的沟通手段，提高了现场管理的信息沟通效率。

3）预留预埋定位。每个预埋件和预留洞口均带有一个标签，所带的标签提醒管理人员针对性的检查，如图7 所示。现场施工时，现场技术员对所做的预埋件或预留洞口拍照上传，清楚直观查看现场是否预留或预埋，完成闭合的管理流程，避免预留洞口或预埋件的遗漏。

图7 预留预埋构件定位

4）移动端应用。针对现场质量管理数据管理问题，将构件、图纸、人员等信息提前存储到云端，通过手机App 可以移动查看，并上传质量、安全检查情况，将工作内容通知整改人，完成闭环管理，提高管理效率。

3.5.2 施工进度优化措施

1）施工进度模拟。建立BIM 模型将施工中所需的数据进行收集、采纳、存储，再关联时间维度(即4D)形成BIM 4D 进度管理模型，配合相关的BIM 软件对项目进行进度施工模拟，合理制定施工计划、精确掌握施工进程，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，对整个工程的施工进度进行统一管理和控制，以缩短工期，降低成本，提高质量。

2）辅助测量放线。通过将施工点位同步传输至BIM 模型中，管理人员可通过App 端快速查看放线点位，并实时复核点位偏差，提高施工效率。

3）VR 安全教育。利用VR 技术的沉浸式交互体验，将施工安全隐患进行真实场景模拟，便于施工人员实时深度体验，了解安全事故发生原因，感受事故过程，从而提高安全防范意识，减少因作业人员的不安全行为和施工结构的不安全状态导致的安全事故。

4）车站快速建模。针对地铁车站施工需求，利用地下管线快速建模工具快速读取管线探测数据，导入获取的TXT 数据文件，选择合适的单元模型，创建管线模型，从而实现管片及区间隧道的快速建模。

3.5.3 施工成本优化措施

1）钢筋节点优化。通过将局部复杂节点，导入鲁班节点软件进行优化调整，如图8 所示，快速获取到钢筋节点，方便项目算量核量及指导现场钢筋帮扎，加快现场工作流程。

图8 钢筋节点优化

2）工程量提取与复核。根据地铁车站结构特点，将车站按仓室划分，根据墙、柱、梁、板分类汇总工程量及围护结构钢筋量，如图9 所示，辅助工程量核算，强化成本控制。

图9 主体结构混凝土工程量提取复核

3）经济对比分析。利用BIM 模型提取各专业工程量，将BIM 量与项目手算量进行对比分析，发现错算、漏算C35 混凝土308 m3，钢筋109 t，经测算，预计节约经费约106 万元。

3.6 应用分析

本项目通过基于PDCA 的地铁车站BIM 施工管理体系进行地铁车站协同施工管理应用和优化，充分发挥BIM 技术的协同管理优势，提高了施工管理效率，具体表现在以下方面。

1）施工质量管理。通过图纸问题审核及碰撞检查，发现图纸问题34 处，其中围护结构8 处，主体结构26 处，降低质量风险，减少返工窝工、工期风险和施工组织难度。通过施工仿真模拟，论证了施工方案可实施性，优化设计及方案、提高工程质量。并通过可视化二维码交底，解决复杂构造交底，提高工作效率和工程质量。

2）施工进度管理。通过4D 模拟施工进度，提前发现施工管理问题，提高工程进度控制效率，有利于整体工期的掌控。并开发室外管线、盾构管片、附属结构快速建模插件，提高建模效率，节约人工成本。利用BIM 辅助测量放线，保证测量控制点的准确性和效率。

3）施工成本管理。通过工程量提取与复核，核查错算、漏算工程量，涉及C35 混凝土308 m3，钢筋109 t，并通过统计人员、机械进出场时间等方式，精确控制人员成本，最终实现成本节约。

4 结语

本项目基于PDCA 的地铁车站BIM 施工管理体系，对地铁车站的施工结构快速建模、算量比对、监控管理等方面进行了优化，并对人员统计、人员定位等方面的技术难点进行精确管理，实现了地铁车站施工降本增效，取得了较好的经济效益和社会效益。