BIM技術(shù)在市政軌道工程建設(shè)中的應(yīng)用

徐建紅

摘 要：隨著近年城市政軌道建設(shè)需求的不斷增加，加之其復(fù)雜性的提升和新技術(shù)的出現(xiàn)，需要一個(gè)集成的系統(tǒng)來(lái)為工程管理者提供一種方便有效的信息交流方式。從BIM角度出發(fā)，利用多維建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向施工過(guò)程各方溝通和決策支持的集成系統(tǒng)。BIM系統(tǒng)是由與工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）和其他結(jié)構(gòu)代碼結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系的可視化工作單元對(duì)應(yīng)的3D模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣就可以在同一個(gè)3D模型中集成不同的信息。針對(duì)建設(shè)工程信息量大、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)的特點(diǎn)，利用BIM系統(tǒng)集成各方面的最新信息，可以方便地獲取必要的信息，幫助工程管理者進(jìn)行綜合決策。

關(guān)鍵詞：BIM;市政軌道;工程管理

1 介紹

城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展可以緩解城市交通壓力，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。根據(jù)規(guī)劃，杭州市預(yù)計(jì)2022年前建成13條492公里的軌道交通線(xiàn)路。由于軌道交通項(xiàng)目是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到大量的投資和眾多的專(zhuān)業(yè)，因此項(xiàng)目利益相關(guān)者有必要找到一種獲取更多信息的方法，以便做出正確的決策。

BIM模型包含三維幾何信息，當(dāng)添加到時(shí)間因素時(shí)，可以可視化地展示項(xiàng)目進(jìn)度，可以讓用戶(hù)動(dòng)態(tài)地觀察整個(gè)施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，同時(shí)也是一種控制和優(yōu)化施工進(jìn)度的方法，管理者可以獲得關(guān)于施工現(xiàn)場(chǎng)及其進(jìn)度的詳盡信息。再加入了成本、質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)等參數(shù)，成為一個(gè)多維模型，從而描述整個(gè)施工過(guò)程，允許直接從BIM模型中提取技術(shù)信息，如對(duì)象規(guī)范和屬性。BIM技術(shù)大大提高了決策的有效性，有助于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的多目標(biāo)優(yōu)化。

2 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)BIM系統(tǒng)的架構(gòu)，建筑信息建模（BIM）技術(shù)可以通過(guò)建立三維信息模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，被建設(shè)項(xiàng)目各個(gè)階段的利益相關(guān)者所理解，通過(guò)三維模型集成進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量等管理信息，為項(xiàng)目經(jīng)理提供有用的信息。實(shí)際上，BIM是大量工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)附加模型，它把所有的建筑設(shè)計(jì)都存儲(chǔ)在幾何信息和相應(yīng)的技術(shù)信息中。以進(jìn)度管理為例，由于基于BIM已經(jīng)包含了三維幾何信息，并且將時(shí)間因素加入到施工進(jìn)度可視化中，這使用戶(hù)可以看到工程的變化，幫助他們控制和優(yōu)化施工過(guò)程。

由于BIM已經(jīng)具備了豐富的基本元件信息，如幾何數(shù)據(jù)和工程技術(shù)數(shù)據(jù)。將不同的信息整合后，形成一個(gè)信息整合系統(tǒng)。而且可以應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到運(yùn)營(yíng)管理的全生命周期，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，以統(tǒng)一的方式使用和管理資源，消除不同設(shè)備和地理分布資源的異構(gòu)性。由于設(shè)計(jì)圖紙的交付標(biāo)準(zhǔn)是二維的，利用二維轉(zhuǎn)構(gòu)件三維模型作為信息控制單元，可以幫助管理者更準(zhǔn)確地了解施工的整體情況，施工管理和運(yùn)行管理采用表面模型。由于VRML是一種通用的圖形交換標(biāo)準(zhǔn)，將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為VRML文檔格式，并通過(guò)VRML控件顯示，直接在瀏覽器或移動(dòng)App上顯示虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)，并與設(shè)備組件和建筑元素（如門(mén)和窗）交互。

人們對(duì)建筑的感知是三維的，而二維圖形的性能是有限的，特別是在處理組件的形狀和大小以及組件之間的空間關(guān)系時(shí)?；贐IM的可視化可以更直觀地表達(dá)信息。實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。

3 功能描述

將工程代碼結(jié)構(gòu)與三維模型連接起來(lái)構(gòu)建多維模型，通過(guò)將三維模型與工程代碼結(jié)構(gòu)（如WBS、成本分解結(jié)構(gòu)（CBS）和風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)（RBS））相連接來(lái)構(gòu)建多維模型。以進(jìn)度管理為例，現(xiàn)場(chǎng)工程師通常通過(guò)WBS計(jì)劃來(lái)控制項(xiàng)目進(jìn)度。在WBS計(jì)劃中，每個(gè)活動(dòng)都有時(shí)間信息和相關(guān)資源。因此，將三維模型與WBS連接起來(lái)，可以直觀地顯示項(xiàng)目的進(jìn)度，同時(shí)顯示進(jìn)度和資源的狀態(tài)。同樣，三維模型和CBS之間的關(guān)系也可以用同樣的方式建立。CBS已經(jīng)被大多數(shù)工程管理者用來(lái)跟蹤成本信息。每個(gè)CBS項(xiàng)目都有相應(yīng)的采購(gòu)訂單。價(jià)格和承包商信息可以通過(guò)采購(gòu)訂單鏈接到CBS。在建立了CBS與3D模型的連接后，可以在3D模型的基礎(chǔ)上集成成本信息。質(zhì)量和安全信息將以類(lèi)似的方式添加到模型中。多維模型是可擴(kuò)展的，即在不影響現(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò)將相關(guān)的代碼結(jié)構(gòu)與3D模型相結(jié)合，可以集成任何擴(kuò)展信息。需要提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期不同階段不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。為了實(shí)現(xiàn)建模軟件的無(wú)縫集成，有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口來(lái)導(dǎo)入現(xiàn)有的由AutoCAD等常用工具設(shè)計(jì)的三維模型，然后在工具中給出尺寸信息。

需要包括可視化平臺(tái)，使所有參與者都能直觀地觀察到三維模型，并在統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上相互交換信息，有利于提高通信效率。使用多種數(shù)據(jù)表達(dá)形式，如圖表、報(bào)表等，提供已完成數(shù)量的統(tǒng)計(jì)和已完成的投資分析，以支持管理決策。

4 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

BIM系統(tǒng)的核心是建立工程的三維信息模型，為了使三維信息模型與實(shí)際工程數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，需要定義三維模型的最小控制單元，以保證三維模型能夠與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)交互。城市軌道交通建設(shè)由許多“視覺(jué)工作單元”實(shí)現(xiàn)，用來(lái)顯示項(xiàng)目進(jìn)度的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)組成部分，即城市軌道交通建設(shè)的實(shí)體組成部分具有一定的物理形態(tài)，可以用物理單位來(lái)衡量。例如，每個(gè)隧道施工的標(biāo)準(zhǔn)范圍包括“開(kāi)挖支護(hù)”、“結(jié)構(gòu)防水”等“視覺(jué)工作單元”以及“支撐二次襯砌”?！耙曈X(jué)工作單元”成為關(guān)鍵的組成部分，需要對(duì)“視覺(jué)工作單元”進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中的每一個(gè)“可視化工作單元”都設(shè)置了結(jié)構(gòu)屬性、幾何屬性、相關(guān)資源等信息?！翱梢暪ぷ鲉卧弊鳛槿S模型的最小控制單元，“可視化工作單元”的三維模型元素的建立是基于設(shè)計(jì)圖紙的。模型要素包括兩個(gè)方面的信息，即建筑要素的幾何信息和管理信息。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)圖紙的屬性定義幾何信息。將幾何信息提供給每個(gè)“可視化工作單元”后，可以通過(guò)將相關(guān)代碼結(jié)構(gòu)連接到三維模型。幾何信息在VRML軟件中定義，管理信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。幾何信息和管理信息通過(guò)一棵識(shí)別樹(shù)連接起來(lái)。

首先要進(jìn)行基于“可視化工作單元”的WBS分解，即軌道交通建設(shè)的“可視化工作單元”需要在項(xiàng)目WBS計(jì)劃中顯示。施工進(jìn)度管理涉及業(yè)主、監(jiān)理單位和施工單位，在整個(gè)項(xiàng)目體系中，施工單位控制著最為詳細(xì)的施工程序，這些程序是項(xiàng)目的最底層。管理者控制關(guān)鍵里程碑任務(wù)。施工單位管理人員每期末通過(guò)綜合系統(tǒng)上報(bào)最新的進(jìn)度信息和施工材料等資源信息。因此，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整施工進(jìn)度，并在三維模型中反映出來(lái)。管理員將“可視化工作單元”的三維模型與WBS中的施工程序、內(nèi)容和施工單位或供應(yīng)商聯(lián)系起來(lái)。因此三維模型的建立是隨著工程的進(jìn)展而進(jìn)行的。三維模型項(xiàng)目投資的投資維度隨著不同類(lèi)型合同的履行而變化。同時(shí)，最小信息單元是CBS碼結(jié)構(gòu)。為了在三維模型中反映建筑的投資狀況，第一步是將“可視化工作單元”與CBS聯(lián)系起來(lái)。隨著每期結(jié)算工程款的增加，工程投資逐漸增加，三維模型也隨之變化。通過(guò)實(shí)際投資與實(shí)際進(jìn)度的比較，根據(jù)建設(shè)總概算，采用不同的顏色來(lái)表示投資情況。由于城市軌道交通建設(shè)的復(fù)雜性，事故時(shí)有發(fā)生。安全在施工管理中占有重要地位。一種有效的方法是對(duì)施工過(guò)程中的重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工程管理者需要實(shí)時(shí)了解監(jiān)測(cè)情況。實(shí)際上，監(jiān)控項(xiàng)可以與RBS的“視覺(jué)工作單元”相關(guān)?？傮w上，通過(guò)統(tǒng)一的三維模型，實(shí)現(xiàn)了施工期的集成化、動(dòng)態(tài)化管理。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)管理中的應(yīng)用剛起步，目標(biāo)是逐步實(shí)行一體化設(shè)計(jì)與施工，推廣3D設(shè)計(jì)理念以避免在三維建模中重復(fù)性工作。BIM技術(shù)是一種很好的施工控制方法，最終實(shí)現(xiàn)一套完整的施工管理體系。

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