BIM平臺在沿海地區地鐵車站施工管理中的應用研究

孫前偉，熊 同，曹世偉，王美佳，劉昱彤

(中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春 130033)

1 引 言

我國沿海地區經濟的快速發展使得沿海區域城市吸引了大量外來人口，在進一步推動經濟發展的同時也帶來了交通擁堵、人均基礎設施占有量不足的問題[1]。為了緩解相關壓力，目前各大城市普遍大力發展城市地下軌道交通[2]。然而，伴隨著全國地鐵建設規模的擴大，地鐵車站施工安全事故層出不窮。據不完全統計，僅在2019年就有廈門、青島、杭州、廣州、佛山等地出現由于地鐵施工所導致的地面塌陷事故，造成嚴重的生命財產損失和惡劣的社會影響[3-7]。

地鐵車站在施工中涉及到多種專業搭配，需要多個施工面在同一時間段內交錯配合，同時還涉及到了進度管理、質量控制、風險識別、成本控制等多維度內容，對施工團隊的工程管理能力和協調能力提出了極高的要求[8]。由于人為誤差難以避免，地鐵車站施工極易出現施工安全事故。因此亟需采用先進的信息化管理系統，通過構建項目的三維信息模型，對地鐵車站施工進行空間和時間管理。

近些年來BIM技術在基礎建設領域的廣泛應用，在推動我國基礎設施建設能力提升的同時也反哺了BIM技術的發展。BIM技術已從單一的建模工作逐漸向應用模型的平臺化發展，在復雜基礎工程施工管理能力方面得到了極大的提升[9]。孟柯[10]通過總結BIM技術在上海軌道交通17#線中的應用，提出一種統一的地鐵BIM平臺管理模式和標準；張波等[11]通過掛接多種插件，在杭州地鐵5號線中實現了BIM平臺在設備安裝工程上深化應用；辛慶飛等[12]在BIM數據模型上進行風險分析，提出了一種基于BIM的地鐵風險控制方法。由以上研究可見，目前BIM技術在地鐵施工中具有相當的集成管理能力和應用價值。然而，將BIM技術與有限元分析結合應用于精細化施工管理的地鐵車站施工案例仍十分少見。

以深圳地鐵12#線福永站施工為背景，在施工管理過程中引入BIM技術，建立三維信息模型，并將多種市場主流設計軟件集成至施工管理平臺，對安全、質量和進度進行管控，提出一種基于BIM技術的沿海地區地鐵車站施工管理方法，以指導深圳地鐵12#線福永站施工，進而為后續類似工程提供參考。

2 基于工程的BIM應用模式

2.1 工程概況

深圳地鐵12#線福永站位于深圳市寶安區寶安大道與福州大道交叉口，寶安大道東側，沿福州大道東西向布置。車站周邊現狀建筑以商業設施和工業區為主，周邊建筑距離車站主體結構20～30 m不等。福永站為地下三層島式站臺車站，地下一層為站廳層，地下二層為設備層，地下三層為站臺層。車站站臺寬14.0 m，有效站臺長度140 m，總長170.4 m。標準段結構形式為地下三層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構。車站采用明挖順筑法施工，車站開挖基坑深度為25.5～31.5 m。根據地勘報告，本站從上至下地層依次為素填土、填砂、填碎石、雜填土、全強中微風化片麻狀混合花崗巖。

由于深圳地鐵12#線地處城市新興發展區域，其施工安全與工程質量事關區域經濟發展大局；同時又由于地鐵所處地質條件十分復雜，為典型的“上軟下硬”土層，在隧道及車站施工過程中極易引起位置偏差；另外由于工期緊張，多個工作面同步進行，導致施工組織難度較大。通過BIM平臺對各項信息進行集成，并通過協同工作保證信息的流暢性，實現對整個工作區間的精細化管理。

2.2 BIM團隊組織構架

BIM平臺可以將項目上不同專業、 不同工況和不同階段的信息進行整合，從而真正達到項目全生命周期各單位之間的信息共享。但是BIM平臺對數據的龐大需求也對平臺管理團隊的信息管理能力提出了很高的要求。大量工程實踐證明，只有建立一支專業水平過硬的BIM團隊才能充分發揮BIM平臺的功能，更好地指導施工有序進行。

本項目所采用的BIM團隊組織架構如圖1所示，為了提高BIM團隊等級，擁有獲取更多信息的權限，以便更好地整合信息資源，團隊特設BIM總經理，并依照BIM平臺所需要的信息類別，考慮專業劃分和項目環節，依次設置建筑、結構、安全、資源、成本及模型管理員，統一對BIM總經理負責。通過BIM平臺，信息在整合篩選之后將會為項目的決策部署提供更為準確可信的參考，并在日常的施工管理過程中把控施工質量，保證施工安全并降低項目成本，最終使項目獲得良好的經濟效益和社會效益。

圖1 BIM團隊組織架構

2.3 BIM應用流程

BIM技術以所建立的三維模型為載體，將附加在模型上的信息進行延伸，使之能夠貫穿項目各個階段。在地鐵設計和建設過程中，安全考量始終是最為重要的因素。因此通過BIM平臺將相應的風險信息提前錄入，并在設計和施工過程反復驗證；在施工過程中，BIM平臺針對安全、質量、進度三個方面進行管控；在運營階段，則根據前期所傳遞的模型信息輔助合理規劃車輛調度、人員安排，并通過模型對工程效果進行展示。本項目中BIM模型在四個階段的應用見圖2。

圖2 BIM技術在各個階段的應用

3 BIM技術在工程中的應用

3.1 安全應用

施工安全是保證施工過程中各項工作順利開展的前提，直接影響工程整體施工進度和施工質量。本工程建立以BIM模型為基礎的危險源識別體系，充分利用BIM技術高效的信息交互能力，并按照《重大危險源辨識標準》的相關規定，找出施工過程中的所有危險源并進行標識。通過在設計階段對整體線路施工過程進行模擬，分析各個施工階段危險源構成，并統一錄入平臺的危險源庫，同時在施工過程中，針對前期未預見的危險源可以由一線施工人員通過手持平臺終端上傳至BIM平臺，再通過平臺管理團隊審核后添加至危險源庫。對于新出現的危險源，基于這一套PDCA安全檢查流程，通過施工模擬結果與現場實際安全監測比對，將各個環節參數化、信息化，進而對各個環節進行跟蹤、督導，直至問題的閉環處理。

在安全管理制度方面，主要記錄安全人員每天對現場的危險源和安全設施進行巡查，并將巡查情況上傳至BIM平臺，確保項目現場符合安全生產條件，同時對不同工藝流程中危險源及危險區域制定有針對性的應對措施和應急預案，并結合三維作業交底書一同錄入到平臺中，同時統一管理項目安全交底資料。

3.2 質量應用

施工過程中的質量管理是決定建筑安全性能和使用壽命的關鍵因素。由于建筑產品自身特點，無法進行流水作業和規范化生產，且由于隱蔽工程規模龐大，檢驗環節眾多，建筑產品質量一直難以管控。本工程根據工程項目的類型和工程圖紙，建立工程的分部分項劃分(PBS)，并以PBS作為質量管理的對象，利用BIM平臺信息實時共享的特點，在施工質量檢查過程中，實時記錄分部分項施工的現場情況，并與施工人員、質檢人員和安全管理人員及時共享信息，保證質量信息的公正性和透明性。根據現場施工情況，BIM平臺將實時建立檢驗批，這樣即可減輕項目前期工作，同時也可以根據項目變化，對檢驗批進行實時的調整，減少使用過程中的改動。在檢驗批建立完成后，平臺可根據所選擇的模型部位，自動建立檢驗批所涉及的資料表單名稱及工序清單，方便管理人員根據項目的實際情況，進行檢驗批資料的填報。平臺將項目構件檢驗批等質量驗收資料內置，設定資料格式與統一性文本格式，線上填寫，線上審批，電子簽名及電子章內置，審批合格后自動生成，并隨時可以導出及打印。

3.3 進度應用

施工進度管理是指在考慮施工程序、持續時間和邏輯關系的基礎上進行的組織、指揮、協調和控制的活動。項目施工進度管理能力關系著工程施工安全、施工質量和經濟效益。

BIM技術的可視化和優化性在施工進度管理中發揮著不可替代的作用，本工程應用BIM施工管理平臺進行施工進度管理，在平臺中實現了進度關聯、進度模擬和進度預警三項功能。在進度關聯方面，通過人工上報、現場工程監控等方式，獲取項目各個施工位置的進度信息，再將BIM模型與進度信息進行關聯，將計劃時間與實際完成時間對比，并結合現場進度照片等信息生成施工日報。在進度模擬方面，通過選擇施工過程中任一時間段進行施工模擬。對于施工進度的提前或延遲，BIM模型以不同的顏色顯示。在進度預警方面，當實際進度發生偏差時，平臺將根據發生偏差的部位和發生偏差的原因提出警示，直至管理人員根據警示有針對的制定切實可行的糾偏措施。在進度統計方面，平臺以日、周、月、年構建類型為單位自動生成現場完成百分比、實際施工時間與計劃時間對比圖表，以及相關部位責任人。

4 結 語

提出一種基于BIM技術的沿海地區地鐵車站施工管理方法，通過將BIM施工管理平臺引入深圳地鐵12線的施工管理過程中，整合施工中各個階段與各方面信息，從施工安全、施工質量和施工進度三方面對地鐵施工進行管控。BIM施工管理平臺的使用，保證了工程在施工期間內未出現人員傷亡及財產損失事故，并按時完成目標。該方法通過工程實踐證明了自身的可行性與高效性。