BIM技術在地鐵工程施工質量管理中的應用研究

王春明　魏想明

[摘 要]城市地鐵是國家重要基礎設施、民生工程，除作為現代化城市主要公共交通工具外，還兼顧人防等功能，其百年工程質量直接關系到人民生命財產安全，施工質量管理無疑是整個建設工程項目管理成敗的關鍵。文章對上海地鐵13號線東明路站工程項目的特點及可能存在的質量管理問題進行分析，提出在BIM技術模型基礎上結合第三方信息管理平臺TOS系統的方式對工程施工質量進行管理，以期創新質量管理手段、提高項目質量管控水平和效率。

[關鍵詞]BIM；地鐵工程；質量管理；TOS

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.12.132

BIM（Building Information Modeling）技術是利用數字化技術在計算機中建立虛擬建筑工程信息模型，并為該模型提供全面的動態的建筑工程信息庫。[1]BIM技術應用的核心價值不僅在于建立虛擬模型和三維視圖，更在于整合建設工程項目全周期內各個參與方生產活動數據和信息，形成信息豐富的BIM模型提供各方查詢和調用，給參與工程項目的各方帶來極高的信息化應用價值。隨著國家行業主管部門對BIM技術的倡導和推廣，BIM技術近年來在國內發展迅速，已經成為行業潮流。目前已經應用在工業制造、建筑安裝、軌道交通等多個領域。從理論上講，用BIM技術結合移動終端設備和互聯網技術可讓工程項目參與方更高效地進行項目管理，進一步提高項目質量管控水平和效率，但目前還少有這方面的研究和應用。[2]本文以上海地鐵13號線東明路站工程項目為研究對象，將BIM模型與第三方信息管理平臺TOS系統結合，利用該管理平臺對項目進行施工質量等方面的管理，實現管理信息共享，優化工程質量控制流程，從而提高工程項目的管理效率和水平。

1 工程概況

上海地鐵13號線東明路站工程位于上海浦東新區，是13號線二期工程8個車站中的第二個車站，位于成山路與東明路交叉口東側，沿成山路東西向布置，與已建成運營的地鐵6號線東明路站呈“T”型換乘，車站基坑橫跨6號線運營車站。

2 工程特點分析

與一般建筑工程相比，地鐵項目施工具有規模大、風險高、專業復雜、涉及面廣、與工程周邊環境相互影響大等特點。本工程是城市繁華主干道下軟弱地層近接運營地鐵線路等復雜環境地鐵車站施工的典型案例，施工風險和技術難度在同類車站中少有，其圍護結構和支撐系統施工質量是保證整個工程建設安全的關鍵和前提。

2.1 工程重難點

2.1.1 車站施工對運營6號線車站保護

已運營的6號線車站為地下兩層雙柱三跨（局部單層）島式車站，車站全長167m，寬20.8m～26.2m，現澆框架結構，圍護結構采用800mm厚地下連續墻，預留與13號線換乘段位于地下三層，站臺中心處覆土厚度0.75m，底板埋深13.04m～14.92m。車站全部位于軟弱地層中，深度方向在13號線東明路站基坑中部。本工程新建車站基坑需緊貼上述6號線車站兩側開挖，在暗浜、淤泥質黏土等不良地質中開挖超深基坑，如何控制基坑變形和對運營車站影響既是重點又是難點。

2.1.2 合流污水管等重要管線保護

東明路站深基坑施工影響區域內除常規市政管線外，給水、燃氣等壓力管線密集，尤其是建于20世紀80年代的合流污水管對車站施工影響較大，其截面尺寸2.4m×1.8m，管底標高-3.10m～0.22m，管內污水水位較高，且受降雨影響大，距離車站西側地下連續墻最近1.2m，距離車站東側地下連續墻最近1.4m。車站深基坑施工除對上述影響區域內的密集管線和合流污水管保護是重難點，同時還要防止合流污水管破壞滲漏造成污水倒灌基坑影響基坑施工安全。

2.1.3 淤泥質黏土超深基坑施工

本工程車站主體全長197.3m，基坑寬22.8m～26.77m，開挖深度20.3m～22.4m，主體圍護結構采用1000mm厚地下連續墻（局部800mm），開挖地層主要為軟塑狀粉質黏土和淤泥質黏土，并存在大量暗浜等不良地質。車站共設3個出入口、1個消防出入口及3組風亭，開挖深度11.55m～13.1m。主體和附屬結構均屬于深基坑或超深基坑，均緊貼運營6號線車站開挖，施工技術難度和安全風險極高。

2.2 工程質量管理問題分析

由于地鐵施工各工序的隱蔽性均較強，質量問題不易檢測和及時發現，一旦發現質量問題，通常存在安全隱患大、修復難度大、成本高等問題。加之上述分析的工程施工重難點和風險，一旦施工過程中車站圍護結構及支撐系統等關鍵部位施工質量控制不到位，極易在深基坑開挖過程中發生水土流失、基坑變形影響運營6號線及周圍管線，甚至基坑坍塌等重大風險。因此風險越高的工程項目在施工過程中有效加強過程質量管控顯得更為重要，急需從優化質量管控流程、提高施工信息傳送和處理及時性等方面著手，改變傳統項目質量管理流程多、資料煩瑣、處理信息閉塞等問題。

2.2.1 管理信息傳遞交互時效性差

本工程項目施工階段現場質量管理直接參與方主要有建設單位、監理單位、施工單位等，在此前各參與方按照各自的管理模式和習慣對項目進行管控，各單位之間業務往來以人傳遞為主，管理痕跡均體現在各類紙質報告、函件、表格等，極易導致有價值信息衰減和嚴重滯后等情況，無法形成實時信息共享機制、信息交互滯后，嚴重阻礙項目管理效率和效果，且極易出現現場質量問題遺漏、處理不當或不及時等情況。

2.2.2 管理信息繁雜共享追溯性差

地鐵工程建設周期長、環境邊界條件復雜，在施工的過程中必須根據邊界條件變化靈活調整設計施工方案，由此產生大量數據信息更替和疊加；按照慣例，相關信息都是由管理人員記錄和發布，大多采用紙質文檔傳遞和保存，資料繁雜不方便保存傳遞和查閱；同時由于參與方多，大量的數據信息來源離散，對待同一質量問題的描述時間、方式、角度和深度可能不同，信息量極大。如果不進行有序的信息管控，造成數據流失，工序隱蔽或項目完工運營后一旦出現質量缺陷很難查明原因，無法及時進行修復補救和追究質量責任。因此建立一個有效的信息管理平臺，實現數據信息格式化、規范化、實時共享、打破信息孤島，是工程項目質量管理亟須解決的主要問題。

2.2.3 管控行為人為依賴性大

工程施工過程質量管控是一項系統性工作，不同部位需要不同的數據信息進行比對核查，傳統管理方式對設計圖紙及規范查閱量大，對質檢技術人員的要求較高，一方面要求其對項目的設計要求及總體質量標準有所了解；另一方面是要對各個施工工序和結構部件質量控制點非常了解，需要具備一定的施工經驗和專業技術水平，否則不僅效率低下，還可能出現不能發現或遺漏重大質量問題等情況。

3 利用BIM技術進行質量管理

3.1 管理平臺構建

基于上述分析，考慮利用BIM技術對工程項目進行質量管理，則可以很大程度避免上述問題。首先運用Revit等軟件和二維CAD設計圖紙對項目產品進行建模，建立的BIM模型中包含了工程項目質量管理所需的必要信息，例如構件的規格尺寸、材質坐標位置、質量標準、注意事項等，在施工過程質量管控驗收時不僅可以隨時查詢對照數據，還可以將工程實物與模型同部位進行形象對比，施工質量情況一目了然。

運用BIM技術對工程項目進行質量管理，其基礎是數據信息，數據信息是質量優劣的具體體現，同時也是進行質量控制的依據。由于地鐵項目建設周期長、設計變更頻繁等特點，在現場質量管理過程中產生大量數據信息，傳統管理方式下各參與方管理人員想要隨時查詢了解這些數據信息并進行對比分析是較難實現的。因此加強質量管理數據信息傳遞，提升質量管理的效率和管理痕跡的完整性是首要解決的問題。

在BIM技術的支持下，建立BIM模型完善相關信息后導入第三方管理平臺進行質量管理，項目管理人員通過電腦或移動終端即可對工程質量管理數據信息進行采集和錄入，通過網絡將信息實時上傳到管理平臺中，可與之前上傳到管理平臺中的BIM模型進行對比識別，動態提出質量問題和處理要求。各方管理人員均可通過不同職責權限的賬號和密碼登錄該平臺，隨時接收和查詢其他管理人員上傳的質量信息，系統按照責任分工提醒責任人對質量問題進行響應和處理，并接受監督人員的監督，直到質量問題得到妥善處理和消除。這樣既保證了工程質量信息傳遞的時效性、質量問題處理及時性、責任分工明確，避免了人為篡改數據或對質量問題處理不及時或不作為等問題，同時在一定程度上確保了工程質量信息的真實性、客觀性和完整性。圖2為運用BIM技術進行施工質量管理的基本流程。

3.2 質量管理平臺的應用

在上海地鐵13號線啟動開始，業主方發起了結合BIM技術的第三方信息平臺TOS系統，對項目安全、質量、進度、文明施工等進行管理，目前該管理模式正在試運行階段。下面以該地鐵線中的東明路站工程項目為例，闡述該模式下各參與方在質量管理方面的應用過程。圖3為東明路站的BIM模型。

3.2.1 施工單位

施工單位是工程項目建設的直接實施者，除按照合同約定提供合格的工程產品外，還要提供施工過程中記錄的質量管控過程、技術方案、材料設備、人員信息等，并按要求將必要信息傳遞給監理單位和建設單位，通知監理單位對工程各工序和分部分項工程進行驗收和審查，上一道工序驗收合格后才能進入下一道工序。

利用BIM模型結合TOS系統進行質量管理，施工單位完成某一工序即根據設計和規范要求自檢，自檢合格后，管理人員登錄TOS系統，在系統中選擇BIM模型對應的需要驗收的施工部位，然后按照格式填寫相關的驗收內容并上傳施工情況、施工照片、檢測數據、驗收評價等資料信息，最后提交保存并發送，即向監理單位發起報驗申請。系統隨即提示監理單位根據施工單位發起的報驗申請，在截止時間之前遠程或前往施工現場進行檢查驗收。圖4是施工單位利用TOS系統進行工序自檢管理流程。圖5為施工單位在TOS系統中向監理單位發起的關鍵工序驗收截圖。

3.2.2 監理單位

監理單位作為建設單位委托的工程項目現場管理代表，負責對工程項目現場施工質量進行全面管控和監督核查，主要利用專業技術知識對照設計規范標準檢查施工操作過程和成品（半成品）質量，并對檢查驗收情況進行記錄，并將檢查和驗收意見和指令反饋給施工單位。

監理單位在TOS系統接到系統提示的施工單位的驗收申請后，可遠程或到現場進行質量檢查驗收。監理人員可通過移動終端登錄系統，按照提示打開該項目的BIM模型和報驗申請數據信息、施工照片等進行查看，并與模型中對應部位的設計參數信息進行對比核查。若在檢查驗收過程中發現某個工序構件或者分項工程存在質量問題，即通過移動終端對質量問題進行描述和標記，并在現場采集照片或者拍攝視頻上傳系統，對施工單位提出整改指令和要求，系統隨即自動提醒施工單位相關責任人按照要求進行整改和回復，經監理單位確認整改合格后再同意進入下一道工序。

3.2.3 建設單位

建設單位是項目的發起者和投資者，負責建設工程項目全周期質量管理的指揮和協調，并按照合同約定要求工程項目各參與方兌現落實質量管理責任。

建設單位管理人員在“BIM模型+TOS系統”的管理模式中，利用電腦或移動終端等網絡設備，不受時間和地點的限制，即可通過相對較高權限的賬號和密碼登錄到TOS系統查看每個工序施工過程中，施工單位和監理單位質量管理行為所上傳的數據信息，或者完成相應管理任務。如果對其中任何一方的處理結果存在不同意見，可以直接在系統中選擇存在意見的整改信息，并提出整改要求和安排整改、驗收責任人，系統將按照要求提醒相關人員進行處理，處理結果通過系統再反饋給建設單位，確認合格后進入下一道工序。圖7為建設單位管理人員在TOS系統中查看到的項目質量管理信息部分匯總截圖。

4 結 論

本文以上海地鐵13號線東明路站項目為案例，簡述了利用BIM建模技術和第三方管理平臺TOS系統相結合對項目進行質量管理的模式，該管理模式尚在試運行階段，下一步計劃將該管理模式逐步延伸應用到項目安全、質量、進度、文明施工等多個方面，就目前試運行情況看，仍然可以得出以下結論。

（1）通過BIM技術和TOS系統，利用電腦或移動客戶端將現場出現的質量問題精確定位記錄在建筑物的BIM模型上，可直觀查閱問題出現的位置和結構，并配合現場拍攝照片、視頻和錄音等上傳至系統中，加快了質量信息的采集、傳遞、溝通和處理效率，使問題處理更加精確高效。

（2）TOS系統對工程項目質量管理等生產活動進行全過程格式化、精細化和規范化的記錄，形成共享數據信息庫，項目參與方管理人員查詢信息不受時間和空間限制，有效解決了傳統質量管理模式信息繁雜、交互共享性差等問題；同時數據信息規范化、格式化后可追溯性和邏輯性大大提高，為工程項目復查驗收和后期維護奠定了堅實基礎，有效打破了信息孤島現象。

（3）由于系統的精細化分工，管理責任到人，并具備任務實時提醒功能，對項目參與方管理人員履行管理責任具有促進和幫助作用，有效地提高了項目質量管理的參與度和效率。同時系統中的BIM模型中附著的大量設計規范和標準數據信息，項目參與方管理人員可隨時精準查閱調用，無論在施工還是驗收過程中均可以隨時調取相關數據信息進行參照對比或檢查驗收，一定程度上避免了反復查閱設計圖紙及規范標準，提高管理效率的同時相對弱化了質量管理對管理人員施工經驗及專業技術水平的過度依賴，大大降低了因個人原因無法發現或遺漏重大質量問題的可能性。

參考文獻：

[1]劉晴，王建平.基于BIM技術的建設工程生命周期管理研究[J].土木建筑工程信息技術，2010（3）：40-45.

[2]馬智亮，毛娜，劉喆，等.基于BIM技術的建筑工程質量監管系統框架設計[C].第十七屆全國工程建設計算機應用大會論文集：377-381.

[3]李亞東，郎灝川，吳天華.基于BIM 實施的工程質量管理[J].施工技術，2013，42（15）：21-22，112.

[作者簡介] 王春明（1985—），男，四川成都人，工程師、碩士研究生。研究方向：項目管理。