基于BIM的城市軌道交通工程施工風險控制

趙廣武 張博倩

(1.北京房地集團有限公司，北京 100101； 2.首都經濟貿易大學，北京 100070)

0 引言

隨著社會現代化的快速推進，城市人口的急劇增加導致了交通擁擠、事故頻發等一系列問題，原有的交通運輸系統已滿足不了日益增長的需求，快速、安全、效率高以及污染小的城市軌道交通的產生、發展成為必然的趨勢[1]。我國的城市軌道交通從理論到現場施工經驗都相對落后，不僅項目工程量大、施工技術及施工環境復雜，而且在施工過程容易受到施工周邊條件的制約。正是由于這些原因，軌道交通施工過程中的事故頻率相對較高，威脅人們的生命安全，給國家造成巨大的經濟損失[2]。

軌道交通建設事業的發展要求我們必須解決在施工過程中面對的各種問題，減少事故的發生。BIM作為一種技術，在全壽命周期內，通過集成項目信息，實現各參與方之間以及相關應用軟件之間的信息交流和共享，提高項目整體質量。結合當前BIM技術的研究現狀，文章提出基于BIM技術的城市軌道交通工程施工風險控制的研究，以期為BIM技術解決城市軌道交通工程施工風險管理中遇到的問題提供流程和方法參考。

1 城市軌道交通施工模式下BIM技術的應用

1.1 BIM技術簡介

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，包含了跟建筑項目相關的立體幾何關系、空間相對位置關系、周邊環境地理信息、建筑各組成單元的性質及參數。BIM為大家呈現的是整個建筑生命周期內與項目相關的信息，能夠為項目各參建方提供各種與建筑項目相關的信息[3]。

BIM技術能夠在建筑領域興起并很快的得到廣泛重視和迅猛的發展，主要是因為BIM具有其特有的特點[4,5]：可視化程度高、沖突協調性、虛擬先行性、全局優化性和可出圖性。

1.2 BIM技術應用于軌道交通工程風險控制的適用性

1)技術適用性。軌道交通工程項目的BIM模型包含了整個建設周期的全部信息，可以使風險控制的過程更加準確化、動態化、全面化。工程項目涉及眾多參建單位、建設周期長、工程資料繁多等，BIM將為項目風險管理者提供強大的數據支持。BIM技術將項目的各參與方集中起來，使大家在同一個平臺上合作，溝通交流更加便捷直觀。BIM技術具有建筑物的三維實體建模和項目進度控制計劃相結合的計算功能，將進度控制計劃相關時間節點加入到動態三維實體構件上以實現4D模擬分析技術。BIM技術還具有信息時效性功能，相比于傳統的風險管理方法，在模型內基于整體建筑模型數據發生任何小小的改變，則所有與之關聯的各類全部信息也將自動隨之更新，這樣得到的是動態的風險控制的結果，增加了信息的時效性，提升了項目風險管理水平，確保了建設項目各大目標的實現。

2)經濟適用性。我國對城市軌道交通行業的投資每年都呈上漲趨勢，并且不少已有地鐵的城市提出將在原有地鐵線路基礎上進行改擴建，經濟投入更是驚人。然而在飛速發展和巨大投資的背后，每年軌道交通工程項目由于各種管理不善造成的不必要的經濟損失在總投資金額中占有相當大的比重，這樣的不必要的損失貫穿建設項目整個建設周期中。美國SERA Architects的一份基于20個項目的研究數據研究和實踐BIM應用效益評估的資料，對設計時間、施工時間、變更成本等指標進行了統計分析，結果顯示BIM技術的引進將帶來極大的經濟效益，并且隨著該項技術的逐步完善和成熟，其應用前景不可估量。

3)環境適用性。BIM技術在國內雖然起步較晚，推廣和普及相對落后，但該技術正在逐漸引起政府相關部門的注意，北京奧運會主體育場鳥巢項目，上海中心大廈等工程復雜、施工難度大的建筑項目中均引進了BIM技術的元素。國內許多知名建筑類學校開始設立各類BIM學習相關專業，將BIM技術的學習和推廣加入到課程體系中。無論從BIM技術的推廣速度，還是從相關部門對該技術的認可程度來看，BIM技術的推廣和迅速發展營造的環境已經相當成熟，所以文章的研究將BIM技術應用到軌道交通工程施工風險控制中是可行的。

2 BIM技術工程應用實例

2.1 項目概況

本項目為某新建地鐵站，北側為高層建筑，南側為綠地及一條河，東西向布置。為地下兩層結構，車站設計為島式車站，站臺寬度11 m，車站有效站臺中心里程DK17+666.632，總長262 m，寬21 m(站臺中心處)，車站標準段基坑深度為15.66 m～16.33 m，西段頭井深度為17.95 m，東段頭井深度為18.4 m，采用明挖順做法施工。車站設3個出入口、2個消防疏散口，在主體施工完畢后再施工出入口、風道及疏散通道，其中西北出入口過和平路采用暗挖施工，其余附屬結構均采用明挖法施工。公共區采用兩層單柱雙跨、設備區采用兩層雙柱三跨箱型結構，本工程主體結構設計使用年限為100年，車站耐火等級為一級。車站結構共計A,B,C,D四種斷面形式，A斷面設計為公共區，兩層單柱雙跨結構；B斷面設計為設備區，兩層雙柱三跨箱型結構；C斷面位于車站端頭，兩層單柱雙跨結構，活塞風井設置于此；D斷面為單層段。

2.2 BIM技術在風險控制中的應用實踐

該項目從初期設計階段、招標階段、合同簽署再到施工階段均采用BIM技術保駕護航，在進入施工階段時BIM模型仍需繼續完善項目的施工信息。創建項目施工風險監控管理信息平臺，提高項目施工管理水平。項目各參與方可登陸平臺隨時查看預警信息，根據各類數據進行工作調整，制定風險應對措施。下面將針對項目施工過程中遇到的一些代表性風險進行分析以及BIM技術在這些風險控制中的應用。

沖突檢查：BIM軟件執行碰撞檢查命令的程序是首先通過相關軟件進行本專業內部的沖突核查，在解決自身內部沖突的基礎上，將各專業模型擬合成一個綜合模型，然后將Revit里面的整體模型導入Navisworks軟件中進行整個模型的沖突檢查，并生成碰撞檢測報告，最后依據檢測報告修改模型。通過碰撞檢查，共發現27 100個碰撞點，設計人員根據報告進行核對，檢查出的沖突碰撞基本都存在。然后組織各方進行碰撞修改意見交流，最終對全部碰撞點進行了設計修改，圖1為部分碰撞檢查生成的碰撞報告。BIM在進行沖突檢查并完成方案修改定稿整個過程消耗了2 d時間，對比以前人工檢查和修改的方法明顯的提升了工作效率，避免了后期變更設計帶來的各類風險。

施工方案優化：本工程建設項目施工現場受限，潛在風險因素眾多。在施工方案實施前，運用BIM技術對施工場地的平面布置進行了合理優化，同時對施工場地內機械的位置都進行了合理規劃，保證施工作業空間盡可能大，不影響各作業的同時進行，對項目的進度起到一定的促進作用。圖2為本基坑側壁支護施工模擬。通過施工方案模擬進行方案比選，使得本項目在進度、成本控制上爭得不少時間和資金。

4D進度控制：BIM技術在輸入的各工序時間節點的基礎上，根據各分部分項工程的實時施工狀況，及時錄入各工程的實際開始和結束時間，并在模型中用不一樣顏色的進度條區別出來，并與進度計劃進行對比，使得進度控制更直觀具體，將延誤工程直接暴漏出來，項目各參建單位都能隨時了解項目進度情況，并對延誤工程進行實時調整。保證進度計劃的順利實施，圖3為進度完成情況的直觀圖。

5D成本控制：本工程在運用BIM技術進行成本風險管理的過程中，主要從下面幾個方面體現出來：

工程量計算精確，避免了繁雜的耗時費力的人工計算。

成本動態控制：在施工過程中發生設計變更，模型將自動重新生成新的工程量清單，造價管理人員將對工程的成本計劃進行必要的調整。

與進度計劃相關聯：在4D進度控制的模型基礎上加入成本信息形成5D成本控制模型，如圖4所示。

2.3 主要成果指標

合理評估專業設計碰撞使項目專業設計布局更加合理。通過使用BIM技術進行的碰撞檢測與分析，共避免了各種專業設計碰撞27 100多處，有效解決了專業之間碰撞的問題，避免了因碰撞發生的窩工返工增加的成本投入。

搭建工程建設安全風險監控平臺使施工更加高效。通過使用BIM技術模型創建的軌道交通工程建設安全風險監控平臺幫助項目各參與方溝通更加方便快捷，提高了整體的工作效率。使得項目整體的人力投入相比于同類工程減少了20%左右，工作協調問題導致的會議次數減少了60%，促使管理成本大幅下降。

通過BIM施工模擬功能使施工組織與資源安排更加優化。目前，BIM技術的模擬功能已幫助項目減少人力、物力資源浪費約20%，工期比計劃提前13%，減少設備二次釆購量的10%，工程實際進度比計劃進度提前了4個月，有效控制施工階段的各類風險。

3 結語

本文以研究傳統風險管理模式中存在的問題為出發點，分析了BIM技術在城市軌道交通工程風險管控中的絕對優勢，并通過該技術的適用性分析將BIM技術引入到城市軌道交通工程項目風險管理的工作上來。通過研究得出了以下結論：

BIM技術能有效解決城市軌道交通工程項目風險管理孤立滯后、工作協調難度大、預警機制不完善等系列問題。在技術上，通過4D進度控制模型，5D成本控制模型等實現模擬優化，沖突檢測，虛擬先行；在經濟上，精確計算工程量，可視化進度管理等手段減少設計變更造成的成本增加。

通過BIM技術在該項目的成功實踐，使項目整體的人力投入相比于同類工程減少了20%，工作協調問題導致的會議次數減少了60%，管理成本大幅下降，工程實際進度提前了4個月，節約造價約500萬元，進而驗證了BIM技術在該類工程風險控制中的有效性、適用性、優越性。

BIM技術在軌道交通工程施工風險的控制作用效果明顯，在對項目施工過程中存在的成本風險、質量風險、進度風險等主要風險控制中優越性突出，若能持續有效地推廣應用，必將有效提高我國城市軌道交通工程建設項目的風險控制水平。

參考文獻:

[1] 劉西洋.我國城市交通方式結構研究現狀分析[J].建筑工程技術與設計,2015,3(6):11-13.

[2] 李皓燃,李啟明,陸 瑩.2002—2016年我國地鐵施工安全事故規律性的統計分析[J].都市快軌交通,2017,5(1):15-16.

[3] 李雙喜,周 瀅.BIM技術在軌道交通工程設計中的應用[J].地下空間與工程學報,2014,10(S1):135.

[4] 王廣斌,張 洋,譚 丹.基于BIM的工程項目成本核算理論及實現方法研究[J].科技進步與對策,2009,26(21):47-49.

[5] 肖良麗,方婉蓉,吳子昊,等.淺析BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢[J].工程建設與設計,2013(1):74-77.