BIM技術在地下綜合體工程全周期風險管理中的應用分析
——以地鐵為例

（福州外語外貿學院，福建 福州350202）

引言

近年來城市人口密度將越來越大，建筑密也度越來越大，隨之而來出現了一些地下大型城市綜合體，城市大型地下綜合體的出現對有效緩解土地緊張和交通堵塞，如城市地鐵交通，根據有關數據顯示，截止2019年，中國已有36個城市開通地鐵，在地鐵客流量方面，統計數據顯示，我國城市軌道交通年客運量2019年底是22.76億人次，日均7340萬人次。然而，地鐵項目從決策、施工、運營不同時期參與方多，信息量龐大、不確定因素繁多，存在大量的不確定性風險。具有其獨特優勢的BIM技術能夠有效解決該地下綜合的新問題和挑戰。

一、地下綜合體工程全周期風險管理分析

1 地下綜合體工程風險管理

風險管理最早由同濟大學的丁士昭教授應用與地鐵施工項目，丁士昭教授在1992對我國廣州地鐵首期工程、上海地鐵一號線工程等地鐵建設中的風險進行了一定研究。在丁士昭教授之后，天津大學的白峰青(1996)、香港的 L.McFeat-Smith(2000)、同濟大學的黃宏偉等專家學者對地鐵建設中風險管理領域的相關問題進行了進一步的深入研究探討[1]，雖然取得了一定的研究成果，但也存在一些不足。

（1）風險管理系統性不足，現階段風險管理多將目光投入到地鐵地下綜合體建筑結構本身或施工人員的安全上，而未對實際施工過程中其他重要的因素，如：資金投入，工期延誤，社會影響等加以重視，而這些因素恰恰是業主和建設單位最為關注的。

（2）全周期的概念不足，僅僅對施工階段的風險管理與控制給予了一定的關注，但是對相對更加重要的決策期、運營期卻并沒有足夠的重視。

（3）科學化、信息化不足，信息化這一概念已經不再是遙不可及的技術名詞，而已經逐步開始進入我們日常生產生活中來，在“十三五”規劃綱要中要求全面提高信息化水平。地鐵工程作為一項關乎民生的大型地下綜合體建設項目，在運用數字化信息化手段進行風險管控這一方面，較西方先進國家仍有較大差距。很多地鐵項目的風險管理仍然停留在傳統的依靠人工經驗進行管理的階段，對于先進的數字信息化風險管理技術運用仍顯不足。

2 地下綜合體工程風險管理的全生命周期分析

安全致因理論的相關研究發現：導致安全事故發生的根本原因為物質（人、物）的不穩定狀態和能量的意外釋放。將這一理論運用到全生命周期風險管理中，認為不同階段內風險的產生是由于系統內人、物的不穩定而導致其具有的某種能量意外釋放，破壞了系統原有的結構穩定狀態而產生異常。地下綜合體工程建設具有投資大、施工周期長、項目多、施工技術復雜、不可預見風險因素多等特點。在工程的不同階段，會不斷有不同的“物質”“能量”介入、撤出，而不同的“物質”“能量”具有各自特點，可能導致的風險也不相同。綜上所述，本論文提出地下綜合體工程全生命周期風險演化模型，用來分析地下綜合體工程各個階段的風險變化及其風險管理過程中三個時期的具體劃分。

在工程進入施工期后，隨著施工隊伍以及施工設備的進場，產生了新的物質和能量的流入，導致系統原有的穩定狀態發生改變，這時工程主要風險表現為：由于施工人員的不安全行為和施工設備的不穩定狀態而導致的施工安全風險和施工工期風險；在施工期結束，運營期開始后，隨著施工人員和施工設備的撤出(原有的物質能量流出)，同時大量乘客和地鐵運營管理人員的進入 （新的物質能量流入），工程風險又主要表現為：運營期可能發生的公共安全風險。由此可以看出，在對地鐵工程進行風險管理時，不能簡單籠統的對所有風險一概而論，必須針對各個階段內主要風險進行辨識和分析，針對其特點制定預控措施，才能更大程度的在全生命周期的范疇內降低風險，減少損失。

基于以上分析，本文提出了地鐵工程全周期風險管理的概念，將整個項目風險管理周期分為三個階段，分別為：決策期（主要包括規劃和設計階段），施工期（主要指施工作業階段），與運營期（地鐵使用運營階段）。這三個時期各具特點，缺一不可。

二、BIM技術在地下綜合體工程風險管理中的應用分析

1 BIM技術介紹

BIM全稱為Building Information Modeling或者Building Information Model，意為“建筑信息模型”。BIM模型是將真實建筑物不同周期信息輸入電腦中建立數字化模型的記錄。當決策期、施工期、運營期等各方人員需要獲取建筑信息時，可以從該模型中快速提取出來。BIM是由三維CAD技術發展而來，BIM致力于通過計算機建立三維模型，并在模型中存儲了設計師所需要的表達的所有信息，同時模型會根據信息的更新而實時關聯，改善建筑項目全生命周期的性能表現和信息整合[2]。

2 地下綜合體工程全生命周期中BIM技術的應用

2.1 應用分析

地下綜合體工程項目與民用建筑及一般的市政建設項目相比具有點多、線長、面廣、規模大、投資高、建設周期長的特點，且機電系統復雜設備繁多，建設、運營風險高、社會責任大。因此，建立一套完善的信息化系統來提高風險管理效率和水平，提高系統可靠性和應急處理能力，以降低安全風險顯得尤為必要。

BIM技術的信息化優勢在于：可以構建基于建筑信息模型的信息處理平臺，在這個平臺之上，我們可以將有關建筑工程的所有資料進行收集、匯總、分析、交流與共享，并將其應用于整個項目全生命周期的設計、施工和運營管理等階段，達到保證數據資料的完整性、真實性、準確性和連續性的目的。

基于以上分析，本論文嘗試將BIM項目全生命周期管理與地下綜合體工程風險管理的三個不同階段進行結合，針對地下綜合體工程各階段內的工作特點，通過運用安全系統工程的理論方法對三個工程不同時期（決策期、施工期和運營期）中可能存在的主要風險進行辨識，并根據辨識結果進行“原因——后果”分析，尋找可能導致嚴重后果的風險原因，然后嘗試BIM技術運用于各階段的風險管理過程中[3]，結合其可視化、信息化、智能化的技術優勢制定切實可行的控制措施，達到控制風險，降低風險的目的。

在決策期，有資金風險，由于地下綜合體工程施工方案涉及不可控因素多，選擇不合適的施工方案，導致資金的不當使用和浪費；各專業間信息的協調溝通不足，導致設計圖紙出現問題，無法施工，導致出現返工的現象，浪費資金。有工期風險，地下綜合體工程施工環境復雜，地下水、地下土質等因素對不同施工方案的影響較大，選擇不合適的施工方案，導致工期浪費。有安全風險，未對應急通道，安防設備等進行有效規劃，在運營期發生突發事件時無法進行及時的控制和處理。BIM在技術風險控制中的應用如下：

（1）可以運用BIM的3D可視化功能，對整個工程的結構、布局、外形進行初步了解；運用BIM技術的4D模擬施工對整個施工過程進行動態模擬，了解整個工程方案的施工流程；可以借助BIM構建工程項目的信息庫（5D功能）詳細了解各個不同方案的工程造價，對整個項目進行造價管理，有助于業主進行施工方案的優選，減少不必要的資金浪費和工期延誤。

（2）通過構建BIM信息模型，并建立類似PW的數據共享平臺，將不同專業之間的信息進行整合，可以有效避免各個專業之間的溝通協調不足，增強各專業間的協同合作，提高工作效率，及時發現問題并予以解決，避免由于停工返工等所造成的資金和工期的浪費。

（3）通過構建BIM信息模型，實際建筑結構的信息進行整合模擬，借助于pathfinder人員疏散模擬、FDS煙氣模擬等軟件在構建的完整模型內進行高仿真的數值模擬分析，對可能導致運營安全的設計缺陷進行辨識和修改，做到提前發現危險，消除危險。

在施工期，有安全風險，地下綜合體工程工藝復雜，作業內容種類繁多和技術要求極高，容易導致不同工種之間交叉作業時溝通不暢、安全技術交底不明確，培訓效果不理想可能，施工過程中容易發生安全事故[4]。有工期風險，地下綜合體工程施工場地有限，施工過程中對施工設備和材料未進行有效規劃和調度、現場施工進度管理不當，項目施工各方溝通不暢，施工現場混亂，進度緩慢，影響工期。有資金風險，地下綜合體施工材料設備種類和數量繁多，采購不當，施工現場管理難以進行有效管理和看護，施工材料的不必要浪費、丟失，導致資金浪費。BIM在技術風險控制中的應用如下：

（1）通過運用 4D（3D+時間）模擬施工技術，從宏觀和微觀兩個角度提前對將要進行作業進行模擬。宏觀上，提前對施工流程進行了解，有利于管理人員進行協調管理（尤其交叉作業），保證正確施工流程，避免資金浪費和工期延誤；微觀上，對風險性較大的作業內容可進行以秒、分、時為單位的施工模擬，輔助進行施工方案的分析和優化，同時對作業人員進行視覺上直觀的交底，有利于施工人員正確施工，避免出現錯誤。

（2）通過構建BIM信息模型，可以借助于統一的數據管理平臺將所有工程信息進行集成，有利于進行統一協調管理，提高傳遞項目信息的效率，降低出錯概率。同時有助于管理人員及時了解實際的施工狀態和工作進度[5]。

（3）通過運用 5D（3D+時間+資金）模擬施工技術，可對材料設備的采購進行信息化管理，確保資金的有效使用，并利用所建立的信息庫對已建工程進行投資造價分析，有利于業主對整個工程的資金運用現狀進行了解，同時對將要進行工程的資金使用有初步規劃，避免資金的濫用，合理控制預算。

（4）同時通過建立基于BIM模型的數據信息平臺，可以將施工中有關建筑物的所有信息集成保存，為之后運營期可能進行的結構改造，設備更新，系統升級等及時提供可靠的數據信息。

在運營期，有安全風險，在運營階段發生火災等重大安全事故，沒有進行有效的處理，造成重大人員損失。有資金風險，設備等沒有及時保養更新，導致無法正常使用，影響正常營運，造成資金損失。BIM在技術風險控制中的應用如下：

（1）BIM模型與安防系統的實時鏈接，保證對地鐵內的實時監控和穩定的安全防范，及時發現突發事件，并采取有效措施。

（2）在BIM模型的基礎上，通過運用數值模擬軟件進行人員應急疏散分析模擬，輔助安全應急方案的編制。如：在發生突發事件后，通過空間定位、實時人數統計和結構可視化等技術實施應急綜合指揮。

（3）通過構建BIM信息模型，將建筑物及其包含的所有設備、材料及其備品的信息集中管理，當建筑物需要進行擴建改造或設備需要更新時對所需信息進行準確高效的調取，保證工程順利進行，減少不必要資金的浪費。

2.2 工程應用

（1）規劃與設計

項目的構建思路來源多方，在這個過程必然會產生大量的數據信息，見這些信息有效利用，建立這個階段的BIM模型，直觀展示項目的數據信息，為之后項目設計，施工提供基礎。該階段的成果還會幫助業主查看建筑師的初步設計是滿足要求，大大減少以后大量修改設計的巨大浪費。同時可以協助業主可以直觀指導自己投資的項目是什么[6]。

（2）碰撞檢測

通過搭建各專業的BIM模型，設計師能夠在虛擬的三維環境下方便地發現設計中的碰撞沖突，從而大大提高了管線綜合的設計能力和工作效率。這不僅能及時排除項目施工環節中可以遇到的碰撞，減少由此產生的變更申請單，更大大提高了施工現場的生產效率，降低了由于施工協調造成的成本增長和工期延誤[7]。

（3）工程量統計

BIM是一個富含工程信息的數據庫，可以真實地提供造價管理需要的工程量信息，計算機可以快速對各種構件進行統計分析，減少繁瑣的人工操作和潛在錯誤，實現工程量信息與設計方案的完全一致。

（4）施工現場利用

通過將BIM與施工進度計劃相鏈接，將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D(3D+Time)模型中，按月、日、時進行施工安裝方案的分析優化[8]。有利于對施工中重要節點和關鍵部位及現場的平面布置等進行模擬和分析，以便于制定合理的施工計劃、掌握精確的施工計劃和減少不必要的風險隱患。同時項目參與各方也能夠通過該數據信息模型掌握項目的實施情況，制定合理的項目方案，減少變更的產生，降低成本的增加，提高施工質量。

綜上所述，在地下綜合體工程全生命周期的不同階段內，可以分別借助于BIM的3D可視化、4D施工模擬、數據互動共享等先進的數字信息化技術，有效控制各類主要風險，減少事故的發生，在保證工期、避免資金損失的同時更能有效降低人員傷亡，具有極高的實際應用價值和社會經濟效益[9]。

三、總結

將BIM技術與地鐵工程全生命周期風險管理相結合，可以有效控制各個不同階段內的主要工程風險。根據工程現場的實際情況來看，BIM技術的應用在很大程度上提高了整個地鐵工程的風險管理水平，有效減少了不必要的經濟損失和工期延誤，達到了控制風險的目的。但是由于現有技術和相關規范不健全等因素的限制，現有的實際工程中并沒有對BIM技術的優勢進行充分利用，這也是我們在下一步研究中所要解決的主要問題。