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摘要:介紹了bim技術在重慶地鐵4號線黑石子站機電工程施工管理中的應用，包括可視化展示、碰撞檢測、管線綜合、支吊架深化設計、工程量統計、BIM項目管理平臺等。該技術的應用有助于更好地把控項目進度、降低項目風險、初步實現精細化管理、提高項目交付質量、縮短工期。
關鍵詞:BIM技術;地鐵;BIM項目管理平臺;精細化管理;機電工程;施工
0引言
在城市軌道交通機電工程施工過程中，存在交錯施工、信息化程度低、協同管理差、進度管理難度高、質量與安全管理難度大等問題。城市軌道交通工程的社會關注度高，其質量、安全和工期狀況不僅涉及市民的切身利益，還會影響到政府的公信力和城市形象，因此，需要在更短的時間內，優質、安全、科學地完成城市軌道工程項目的施工任務［1］。面對復雜的施工環境、繁重的施工任務和緊張的工期，基于傳統的管理方式已難以滿足城市軌道交通施工管理的需要［2］。BIM技術的應用為城市軌道交通項目建設提供了先進的管理理念，使各參建方圍繞著同一三維建筑數字模型開展工作。BIM模型存儲和管理著與項目相關的所有信息，在項目規劃、設計、施工和運維等全壽命周期過程中進行共享和傳遞數據，對建筑物進行可視化、分析、模擬、統計、計算等工作，從而實現降低成本、縮短工期、保證施工進度、降低投資風險、保證工程質量、輔助決策的目標。它具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點［3］。BIM技術的發展使得人們在不同行業和領域積極推進。2010年，濟南西客站廣場項目［4］開展了碰撞檢測、工程量統計及4D施工模擬，但對于管線碰撞的數據表述不夠詳細［5］；上海地鐵某車站進一步應用BIM技術進行了火災和人員疏散模擬，提供了可靠的車站環境設計數據，節約成本200萬元；北京某車站應用BIM技術后，設計變更比常規設計減少了86％，工期縮短34d［6］；美國密歇根大學運用BIM技術開展了工程量統計、4D施工模擬與仿真、自動提取施工數據等，提高了工作效率［7］；Zhang等人應用BIM的自動安全規則檢查安全隱患，并提出預防措施，做好施工中的墜落防護［8］；另外，BIM技術在混凝土供應鏈管理中擴展了空間，倫敦地鐵項目利用BIM解決了各個項目融合的問題［9］。目前，BIM技術在城市軌道交通工程領域應用仍處于初級階段，本文以重慶地鐵4號線黑石子站項目為研究對象，開展了可視化展示、碰撞檢測、管線綜合、支吊架深化設計、工程量統計、BIM項目管理平臺等應用，驗證具體效果與價值，探索提高城市軌道交通行業生產效率的應用方式與有效途徑，為類似項目應用BIM技術提供參考。
1工程概況
1．1項目介紹
重慶地鐵4號線黑石子站位于重慶市渝北區海爾路，為重慶市軌道交通4號線一期工程第4座車站，是連接港城站和寸灘站的交通樞紐。該項目總建筑面積為26144m2，其中地下1層為站臺層，地上1層為站廳層，地上2層為商業設施層。車站采用魚腹式站型，島式明挖方式，長262m，寬38m，相對高度18．1m。
1．2工程重難點分析
該項目位于長江邊、海爾路附近，交通擁擠，施工道路崎嶇且坡度較大，施工場地空間有限，專業面交叉作業多，給機電施工造成很大困難。機電工程施工工期緊，機電設備質量較大，管線排布復雜且較為集中，能源機房和配電間的空間相對狹?。?0］，如何在較短工期內完成項目施工與交付運營，對項目參與的任何一方都將是巨大的挑戰［11］。該項目參建方多、信息量大、管理模式粗放，項目參與人員無法全面、實時、動態地掌握項目信息，項目信息的不對稱性加大了項目的復雜性和不確定性［12］，生產效率較低。
2BIM模型建立
2．1建模軟件選擇
對比了市場上影響力相對較大和知名度較高的軟件公司的BIM核心建模軟件，選取在城市軌道交通領域應用較多的Autodesk公司產品建立了BIM模型，如Revit，Navisworks，3Dmax，斯維爾插件等。
2．2模型建立流程
在該項目施工準備階段，BIM模型的建立主要包括：BIM標準的制定、構件編碼命名規則、內部協同原則與方式、外部協同、數據交換規則等。根據設計圖紙出圖進度，實時更新BIM模型，在后期施工過程中，根據管線綜合實際排布、支吊架布置、相關設計文件，不斷優化和完善BIM模型。
3BIM技術在施工管理中的應用
3．1模型可視化展示
在項目施工階段，三維模型可視化可以快速直觀地查看建筑物的主體結構和布局，施工技術管理人員能夠更好地理解設計者意圖，快速查詢構件信息，優化施工方案模擬，精確查看施工進度與裝修方案等，為施工階段提供可視化決策。
3．2碰撞檢測
為了提前避免各專業構件之間的交叉碰撞問題，及時優化設計，該項目利用Navisworks軟件檢查了單一專業和多專業之間碰撞，共發現問題1426處，并及時反饋給設計單位進行變更，圖3，4給出了不同專業碰撞統計結果及反饋情況，避免了因圖紙帶來的停工及返工問題，提高了項目管理效率，為后期現場施工管理打下基礎。
3．3管線綜合
根據機電專業管線綜合圖紙，按照機電管線綜合排布總體策劃與避讓的原則，綜合考慮管道間距、垂直管線布置原則、各系統功能需求、機房空間、施工方便、美觀等因素，對黑石子站機電管線進行了合理地排布，共發現問題28處，并針對各項問題給出了相應的深化設計方案，經過設計和施工技術人員溝通、修改、簽字確認后，作為下一步施工的重要依據。合理布置各專業管線，最大限度地增加了建筑使用空間，減少了由于管線施工沖突造成的二次施工，保證了機電各專業施工有序進行。
3．4支吊架深化設計
由于該項目管線綜合圖紙出圖時間較晚，施工工期緊，施工任務較重，前期綜合管線支吊架的初步設計工作由生產廠家來完成，后期根據其提供的設計方案，按照風上、電中、水下的原則布置，即送風管、排風管道布置在上層，共用電纜橋架在中間，共用水管支架布置在下層。上下重疊敷設時，管線分支多、檢修維護多的放在下方，少的放在上方。其中，共用電纜橋架布置在車控室、弱電豎井、環控電控室、照明配電室一側，共用水管支架布置在另一側［13］。考慮到管線數量多，為防止橋架受彎變形，結合橫擔的受力特點，選擇支架間距為2m，局部管道拐彎處考慮應力突變，支架進行加強，間距一般按1．5m布置，將修改后的管線綜合支吊架方案反饋給生產廠家進行驗算和校核。在綜合支架施工前，現場勘察其安裝環境，根據對吊頂后的凈空要求，將支架的尺寸、安裝標高及管線路徑進行復核，確保現場順利安裝，管線布置合理規范。該項目共調整優化吊架詳圖18處，優化后管線綜合支吊架某斷面見圖6。
3．5工程量統計
斯維爾三維算量ForRevit軟件具備以下特點：第一，本身是基于Revit的插件，模型信息無縫對接，工程量計算快速、精準；第二，具備構件自動扣減功能，扣減計算符合國家標準清單以及地區定額規則，提高了數據的準確性，降低了工作強度，減少了工作時間；第三，計算結果可以追溯，計算過程可通過可視化進行直觀核查。該項目通過工程設置、模型映射、清單映射、分析計算等工作流程，對黑石子站機電專業進行了工程量統計，并將統計結果與傳統方式統計工程量數據進行了對比，雖然在單項統計結果上有偏差，但其差異在可控范圍之內，實現了對材料與設備采購成本的高效管控。
3．6BIM項目管理平臺
該項目針對地鐵車站施工管理難點，構建了基于BIM技術的項目管理平臺，主要是對工程項目施工階段進行了全方位精細化管理。在充分利用前期設計階段建立的BIM模型信息基礎上，進行建設階段的管理，并不斷積累設計、施工階段的信息，便于后期運營管理［14］。
3．6．1管理平臺功能
BIM項目管理平臺的核心為應用層，按照為業主提供建筑全過程BIM整體解決方案的原則，通過BIM管理平臺及APP客戶端，協助業主協調各參建方實施BIM技術、管理各階段的BIM成果和工程數據，將BIM模型與成本、進度、質量、安全等業務數據相結合，實現施工階段的信息共享、傳遞、多方協同、可視化管理，最終形成工程的數字化資產，為資產管理和設備運行維護提供基礎數據。
3．6．2管理平臺應用
通過搭建BIM項目管理平臺，實現了工程施工階段的進度管理、質量管理、安全管理、會議管理、成本管理、文檔管理及移動APP等功能應用，推出了創新工程例會模式，初步實現了精細化管理，降低了工程項目風險，提高了安全管理水平及項目交付質量。1）進度管理。進度管理應用為管理者提供了相關管理操作界面與工具層，利用該平臺，管理者可以上傳施工進度計劃，進行可視化模擬，實現對整體項目進度的動態控制。任意時間段的施工進度計劃可以關聯模型構件、查看施工狀態、統計工程量。圖8為施工計劃與構件關聯。根據工程量實際完成情況，進行實際進度情況統計，如圖9所示。通過平臺實時反饋進度計劃，在施工全過程進行檢查、分析、時時跟蹤，對比實際進度與計劃進度，明確兩者差異的原因，便于在計劃出現異常時及時對計劃或現場工作進行調整，保證施工進度和工期節點按時或提前完成。2）質量安全。利用BIM項目管理平臺的質量安全管理應用及移動端APP的質量安全模塊，實時同步反映現場質量、安全問題及隱患，對問題進行記錄整改，并可上傳與該問題相關的圖片和規范性文件，相關責任人收到提醒及時處理后反饋至發起人。在平臺上，對質量安全問題可以進行分類統計分析，自動生成報表，目的是對現場施工質量、安全等問題進行統一的、可追溯管理，避免再次發生類似的質量安全問題，保證了施工質量與安全。該項目已經完成處理質量問題85個、安全問題110個。3）會議管理。該平臺推出創新BIM工程會議模式，可以基于三維模型直觀地反映施工現場進度計劃與實際工況，結合現場進度照片和施工計劃及任務等相關事宜，進行項目管理和問題協調。具體特點表現在：①及時高效，現場問題及時反饋和解決，周例會時間縮短2～3h；②精確管理，通過督辦項、計劃、紀要等實現日常工作精細化管理；③信息存檔，工程建設信息的全程歸檔。平臺共錄入和處理督辦事項41項、周任務1765個、協調的問題23個，提高了項目管理效率，節約了100～110個工時。4）成本管理。通過成本管理實現了對黑石子站機電工程各標段每周的產值完成情況匯總統計，便于對整個工程的產值完成情況進行全面掌控，對偏離產值計劃的標段及時進行反饋和調整，為項目工程產值按時完成提供保障。平臺可實時填報成本情況，根據周／月／年／填報人／單位等統計及分析投資計劃和完成信息，對于計劃投資小于審核的情況，展示該項產值偏差分析和糾偏措施。目前，施工單位32家共錄入產值計劃640項，相關產值問題30個，保證了年度工程產值計劃進度。通過在黑石子站開展BIM管理平臺應用，提升了專業人員BIM建模、協同平臺應用能力，有助于進一步打造軌道交通BIM示范項目，提高整體管理與運作項目的信息化管控能力，為重慶城市軌道交通行業BIM項目管理平臺應用樹立了標桿。
4結語
本文針對城市軌道交通領域BIM技術應用開展了研究，以重慶地鐵4號線黑石子站為試點，在項目施工階段應用效果顯著，其中可視化為施工階段提供了決策的可行性，碰撞檢測減少了施工前出現變更的可能性，管線綜合最大限度保證了機電工程各專業施工的有序性，工程量統計為造價管理提供了工程量精確統計的可控性，支吊架深化設計確保管線布置合理規范性；同時，結合BIM項目管理平臺應用，有效控制了施工進度、成本、質量、安全、風險等，確保了各參建單位工程信息在實施過程中無障礙傳遞，初步實現了項目施工管理的精細化和信息化。通過該項目可以看到，BIM技術對提高地鐵項目管理水平有明顯效果。然而，該項目開展的一些應用僅僅是BIM技術體系很小的一部分，項目管理平臺的功能還需要更多項目來進行完善和開發。BIM技術在地鐵領域應用處于初級階段，BIM技術相關軟件本身也存在著一些問題需要解決，但BIM技術的潛力很大，還需要在更多實際工程中開展應用，才能有更大的技術突破。
作者:胡金杰 秦久運 張民才 單位:中車建設工程有限公司