基于BIM技术的地铁工程项目管理平台设计与应用*

2022-09-07潘泽铎江宽

项目管理技术 2022年7期

潘泽铎江宽

(1.天津理工大学，天津 300384;2.中交隧道工程局有限公司，上海 201315)

0 引言

当前，我国城市轨道交通建设进入高峰期。截至2021年12月31日，我国内地累计有50个城市投运城市轨道交通线路9 192.62km，其中，地铁线路7 253.73 km，占比达78.9%[1]。地铁作为重要的城市基础设施和公共交通工具，承载着诸多社会功能。但是，地铁工程建设的快速扩展极易导致多线共建的问题。相较于传统的次序建设，多线建设项目施工难度大、涉及面广，对项目管理提出了更高要求[2]。

现阶段，多个城市地铁工程项目实现了信息化建设，且成果颇丰。例如，广州地铁立足财务视角，搭建了资产一体化信息管理平台[3]；宁波地铁信息系统通过将基础设施与平台相融合，实现了信息的高集成化，提升了项目整体运行效率[4]。由于地铁工程项目具有建设规模大、施工工艺复杂等特点[5]，在建设过程中容易出现关键信息收集不畅、干预控制不及时等问题，因此，急需建立集成化的项目管理平台。

信息技术的不断发展为地铁工程项目管理提供了有力的管理工具和手段，其中， BIM技术在国内外工程建设项目管理中发挥了积极作用,其应用范围和研究深度的延伸使得工程项目智能化管理水平逐步提高。同时，促进工程项目管理由串联工作模式转变为多主体协同耦合工作模式。

本文结合某市地铁联络线工程施工管理需求，借助BIM技术在信息集成、信息共享方面具有的完整性、流畅性等优势，整合施工阶段工程项目管理信息、施工信息，搭建基于BIM技术的地铁工程项目管理平台，以提高企业的施工现场远程管控水平，进而提升企业的项目管理水平和质量。

1 地铁工程项目概况及需求分析

某市地铁联络线工程建设线路全长约8.2km，施工工期紧、任务重。项目前期工程量大，涉及水电接入工程、施工便道工程、施工用地征拆工程、河道导流工程等。其中，施工区间管片外径为13.6m，盾构机盾体直径达14m，属于超大型泥水盾构，施工难度较大；盾构掘进长度较长，地质条件为软土质且承受水压较高，因此，关键节点技术攻关及施工优化面临严峻考验。此外，该工程建设涉及专业多、综合性强、工艺复杂，对工程筹划和组织要求较高。基于该项目实际情况，借助BIM技术、云平台、移动技术、物联网和大数据等信息化技术，将BIM模型与智慧工地相结合，综合考虑BIM模型工程数据、三维GIS、施工信息、进度需求、质量需求、安全需求、施工工艺可视化及视频监控管理等功能，在满足信息数据管理要求的基础上建立智慧建造施工信息管理平台。

2 地铁工程项目管理平台架构与主要功能

2.1 平台架构

基于BIM技术的地铁工程项目管理平台是收集、整理、存储、分析和处理项目信息的信息化管理平台，是BIM技术、云平台、移动技术、大数据等信息技术在智慧建造领域的应用，是BIM技术与智慧工地建造信息分析和处理技术的集成平台。基于BIM技术的地铁工程项目管理平台架构如图1所示。

2.2 平台主要功能

基于BIM技术的地铁工程项目管理平台架构分为采集层、汇聚层、处理层和显示层4个层级，利用J2EE架构能够实现多层级化数据交互，具有灵活性、易维护性等特点。同时，可以实现门户网站快速集成，满足信息共享的分布性、动态性等要求。平台系统层级划分及主要功能见表1。

表1 平台系统层级划分及主要功能

该平台各层级协同配合，通过调用内部功能模块，发挥平台集成管理和APP协同管理的优势，整合采集层中收集的图像、视频、文档、数据等信息。通过串联工程建设过程中的各类碎片信息，有效提高信息交互的灵活性、真实性与时效性，并通过多方信息共享、远程协同、智能化管控等功能实现对地铁工程项目质量、安全、进度等全方位、信息化、智慧化、有序化管控。

2.2.1 采集层功能分析

采集层作为平台信息数据最基础的层级，从项目人员、设备、材料及现场施工的智慧管理实际需求出发，包括工序报验管理、施工参数监控、混凝土温控系统、视频监控系统、人员定位管理、车辆定位管理、地磅管理系统、环保监控系统等模块。各模块主要功能及实现路径如下：

(1)工序报验管理。建立基于WBS结构树的工程质量信息数据库，实现质量报验程序的网上填报与签批，数据可追溯、管理可留痕。

(2)施工参数监控。将施工参数引入平台，实现在线监测、数据采集处理、数据远程交互等，能够实时监测盾构机工作状态、性能情况、推进情况等各项参数信息。

图1 基于BIM技术的地铁工程项目管理平台架构

(3)混凝土温控系统。利用数字式温度计、自动化采集、无线收发装置等设备自动采集和传输现场混凝土温度数据。通过对接试验室数字化监控系统数据接口，将数据集成至平台并实时显示，实现数据自动采集、网上填报、规范输出等功能。

(4)视频监控管理。实时对接项目部视频监控系统，将视频探头位置与三维GIS相结合，及时掌握现场施工动态；增加对作业人员的监管力度，规范其行为，提高安全生产水平；对重点防范区域建立专门的监测点位，并将该模型状态与监测数据库相连，实现动态跟踪和实时监控。监测人员除正常上报监测报告，还可以将人工测量的监测结果上传至安全监测与预警子系统，利用现场无线网络直接发送至监控系统，实现动态监测、主动监管、应急管理等功能。

(5)人员及车辆定位管理。利用手机实时定位技术，根据工地现场情况建立电子围栏，提供人员移动实时跟踪、人员移动轨迹回放、人员位置定位查找等数据，实现动态管理、越界管理、标签管理等功能。在运输车辆上安装定位终端和感应装置，提供车辆自动定位、实时采集空载/满载数据，完成覆盖施工区范围的运输车辆全程监控及调度管理。

(6)地磅管理系统。建立项目部地磅管理系统数据接口，将项目部地磅管理系统数据和视频监控数据集成至平台，实现数据实时显示，实现物资标准化、信息化、精益化管理。

(7)环保监控系统。将环保监控位置与三维GIS信息相结合，对接环保监控系统数据接口，将数据集成至平台并实时显示，实现污染实时监测、扬尘自动处理等功能。

2.2.2 汇聚层功能分析

该层级负责集成平台模块功能，实时收集项目质量、进度、安全、成本信息，并完成对数据的综合分析。

通过对信息进行处理和分类，将重要信息进行参数化转换，并关联项目BIM数据库，对照项目的重要阶段和重要节点进行分析，完成对项目质量、成本、进度及施工安全的多维度考核。同时，将考核结果形成相应报告或消息提醒反馈至平台，再下发至对应负责人。对于门户系统中的所有通知和变更操作，全部记入数据系统，利于信息溯源，规范现场管理。

2.2.3 处理层功能分析

处理层是该平台的核心层级，主要对质量、成本、进度、安全4个环节进行管理和监控。

(1)质量控制。基于BIM模型中各环节的参数化信息对项目质量目标有序划分，保证全环节质量控制落实到相应负责人。

(2)成本控制。在项目施工前，完成项目成本的分类、统计，生成工程量清单后上传至BIM数据库，通过模型关联成本及进度信息，实时进行成本核验等工作。同时，及时解决成本超支、支付逾期等问题，保证成本控制工作的有效性。

(3)进度控制。在WBS结构树基础上，融合BIM模型及时间轴形成施工动画。将实际施工进度与计划进度进行比对，不断优化工序逻辑、工作持续时间等指标。

(4)安全控制。通过分析监测点位的实时数据，将模型状态与监测数据库相连，实现动态跟踪和实时监控。监测人员除正常上报监测报告，还可以将人工监测结果提交至安全控制处理模块，实现人员行为分析、动态监测、主动监管、应急管理等功能。

2.2.4 显示层功能分析

显示层能够直观展示处理层的汇总数据，实时展示施工动态信息。其中，系统首页主要包含工程概况、三维GIS和项目控制面板模块，为绩效分析、待办信息、考核评价等各功能模块提供接口。

采用三维GIS展示项目的地理信息，使项目人员对项目的地理信息更加直观了解；通过连接专项施工技术方案的施工动画模拟，使项目人员直观理解专项施工技术方案；显示视频监控探头位置并连接视频数据；借助项目管理看板以可视化的图表形式展示项目总体进度、质量等各项关键数据，使进度、质量等施工状态一目了然，提高施工现场的管理质量和效率。

3 平台应用效果与改进措施

3.1 应用效果

搭建基于BIM的地铁工程项目管理平台，有利于对项目参与方进行整合化、规范化管理。该平台系统自投入使用至今，实现了与工程建设全过程的有机结合，完成了现场场地布置、关键节点施工仿真和优化等多项功能。通过关键节点工艺的仿真模拟以及关键工序的优化，提升约20%的施工效率，减少约30%的无效变更。基于BIM技术的地铁工程项目管理平台应用效果如图2所示。

图2 基于BIM技术的地铁工程项目管理平台应用效果

3.2 改进措施

该平台有效提高了项目施工阶段的信息传递和交互水平，增强了企业现场管理能力；业主方、监理方、施工方、设计方的协同效应随项目建设的推进不断凸显。但该平台在应用过程中也存在一些问题：首先，显示层中部分环节的人机交互界面较为新颖，使得新方法与传统交互方式产生冲突，导致实际应用率不高；其次，平台系统前期投入资金较多，且信息数据获取和处理负荷较大，对数据库变更、维护提出了较高要求；最后，随着项目建设过程不断融入新技术，需要有一定专业能力的人员参与工作。同时，该平台部分功能实用性欠佳。基于此，提出以下改进措施：

(1)在平台建立初期，由需求决定设计细节，应组织专家及相关技术人员评审平台框架和运行状态，保证平台设计的科学性、合理性。

(2)对于平台应用中发现的问题，应及时解决并进行功能优化。

(3)管理层应及时总结平台应用经验，形成标准的操作流程，推进基于BIM技术的工程项目管理平台落地应用。