城市軌道交通工程WBS和BIM模型分解及編碼的研究與應(yīng)用

許時穎

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

0 引言

城市軌道交通工程具有項目參與方眾多、涉及專業(yè)多、建設(shè)周期長、協(xié)作復(fù)雜等特點[1-4]，各參與方的相互配合需交換大量信息。工作分解結(jié)構(gòu)(work breakdown structure，WBS)以可交付成果為導(dǎo)向?qū)椖恳剡M行分組，是工程項目管理實踐的重要內(nèi)容之一[5]。BIM技術(shù)以三維數(shù)字信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建設(shè)各階段信息，可實現(xiàn)工程信息的互通。二者均是將工程對象按一定規(guī)則劃分成相互獨立、相互聯(lián)系的項目單元，作為工程項目管理對象，滿足管理需求。目前我國鐵路工程領(lǐng)域有《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南》(1.0版)，城市軌道交通領(lǐng)域尚無成體系的工作分解結(jié)構(gòu)。在BIM國標體系中，模型分類和編碼標準適用于民用建筑及通用工業(yè)廠房建筑，且僅規(guī)定核心原則，未規(guī)定具體細節(jié)[6]。模型設(shè)計交付標準側(cè)重于規(guī)定各階段的幾何表達精度和信息深度[7]，模型存儲側(cè)重于模型存儲格式與軟件格式更新?lián)Q代問題。對BIM模型如何進行全生命周期最小單元劃分缺乏系統(tǒng)研究，模型信息無法共享、傳遞表達不符合實際，建模工作反復(fù)是BIM應(yīng)用面臨的重要問題。

基于此，本文提出城市軌道交通工程的WBS及BIM模型分解方法，并制定相應(yīng)編碼體系，實現(xiàn)城市軌道交通工程項目要素及BIM模型信息的分類、檢索、傳遞。

1 WBS及BIM模型分解

1.1 WBS分解原則

在項目建設(shè)全生命周期中，70%的工作發(fā)生在施工現(xiàn)場，因此，WBS分解應(yīng)充分考慮工程建造結(jié)構(gòu)及施工要素。依據(jù)WBS的定義、方法、原則，結(jié)合城市軌道交通線性工程特點，綜合考慮設(shè)計、施工、建設(shè)管理需要，將城市軌道交通工程WBS分解采用線分法，即按項目公共位置進行劃分，再對各單位工程按專業(yè)進行劃分，專業(yè)內(nèi)部再類比分部分項工程進行劃分，使WBS分解結(jié)構(gòu)形成適合設(shè)計、施工、運營管理的合理單元。以城市軌道交通工程車站項目為例，WBS分解如圖1所示。

圖1 車站工程WBS拆分示例

1.2 BIM模型單元劃分

傳統(tǒng)BIM模型創(chuàng)建通常從設(shè)計角度出發(fā)，極少從施工角度審查模型創(chuàng)建、拆分、整合是否與實際相符。BIM模型宜根據(jù)不同工序施工過程給出相應(yīng)構(gòu)件信息[8]，因此，BIM模型單元劃分應(yīng)在WBS分解末端基礎(chǔ)上按施工工序涉及的構(gòu)件進行更詳細的劃分，即按實際施工過程進行分解，既能準確描述施工過程，又能體現(xiàn)不同構(gòu)件間的差異性，還原實際施工情況。在施工深化設(shè)計/竣工移交/施工工藝階段，BIM模型單元表達的構(gòu)件最精細，在項目建設(shè)其他階段，應(yīng)在此基礎(chǔ)上進行簡化，確保模型精度和深度滿足建筑設(shè)計規(guī)范、建筑信息模型交付標準等要求。

2 WBS及BIM模型單元編碼格式

2.1 WBS編碼格式

參考現(xiàn)有建筑編碼規(guī)則和鐵路項目BIM編碼規(guī)則，對城市軌道交通工程WBS進行編碼，確保每部分編碼的唯一性，如圖2所示。

圖2 WBS編碼格式

1)一級代碼 地區(qū)碼，說明項目所在地區(qū)(城市)，使用城市漢語拼音兩位首字母縮寫表示。如TJ表示天津，HH表示呼和浩特。

2)二級代碼 線路編號碼，說明項目線路編號，使用3位字母及數(shù)字組合表示，位數(shù)有剩余時，前置位用0補齊，線路延長線命名與本線路主線一致。

3)三級代碼 公共位置碼，說明項目種類。使用兩位數(shù)字定義公共位置種類，其中，01表示車站工程，02表示區(qū)間工程，03表示車輛段工程，其他項目種類依次排列編碼。

4)四級代碼 公共位置編號碼，按照線路規(guī)劃走向順序?qū)Ω鞴参恢眠M行編號，使用兩位數(shù)字表示，從01開始編碼。

5)五級代碼 單位工程碼，按需對施工過程中的單位工程進行定義區(qū)分，使用3位字母及數(shù)字組合表示。如車站工程中，100表示車站主體工程，前兩位表示出入口名稱，位數(shù)剩余時，前置位用0補齊；后一位表示風(fēng)道名稱，沒有風(fēng)道時，用0補齊；其他單位工程編碼后續(xù)完善。

6)六級代碼 分部工程碼，按專業(yè)分解單位工程，使用兩位數(shù)字進行定義區(qū)分。其中，01表示圍護結(jié)構(gòu)，02表示結(jié)構(gòu)專業(yè)，03表示建筑專業(yè)，其他專業(yè)編碼后續(xù)完善。

7)七級代碼 分項工程碼，按需分解分部工程，使用兩位數(shù)字進行定義區(qū)分，從01開始編號，如圍護結(jié)構(gòu)中，01表示樁基工程，02表示支撐體系，依次編號。

8)八級代碼 構(gòu)件碼，描述組成分項工程的構(gòu)件，使用兩位數(shù)字進行定義區(qū)分，從01開始編號，如圍護結(jié)構(gòu)支撐體系中，01表示混凝土冠梁，02表示混凝土支撐，依次編號。

2.2 BIM模型單元編碼格式

不同建設(shè)階段對交付的BIM模型精度要求不同[9]，最高精度BIM模型單元編碼格式如圖3所示。

圖3 最高精度BIM模型單元編碼格式

1)一級至八級代碼 解釋同WBS編碼。

2)九級代碼 子構(gòu)件碼，按需對構(gòu)件進行細部拆分，由兩位數(shù)字組成，從01開始編號。

3)十級代碼 層號碼，按樓層號編碼，由兩位數(shù)字組成，從01開始編號，地下1層或地上1層均為01。

4)十一級代碼 施工流水段號碼，由兩位數(shù)字組成，從01開始編號。

5)十二級代碼 構(gòu)件流水號碼，對同一工程中同一位置的構(gòu)件進行順序區(qū)分，由4位數(shù)字組成，從0001開始編號。

6)十三級代碼 子構(gòu)件流水號碼，對子構(gòu)件進行順序區(qū)分，由兩位數(shù)字組成，從01開始編號。

隨著技術(shù)發(fā)展，若出現(xiàn)新工序或?qū)嶓w類型，則采用90～99作為自定義層進行補充編碼，盡可能保持原編碼格式不變[6]。最高精度模型中，WBS及BIM模型編碼每層含義如表1所示。不同建設(shè)階段BIM模型單元精度及編碼屬性層級如表2所示。

表1 模型屬性中WBS及BIM模型編碼含義

表2 不同建設(shè)階段BIM模型單元精度及編碼屬性層級

3 案例分析

3.1 工程概況

天津地鐵8號線一期工程4標包括西康路站(含)—湘江道站(不含)，共5站5區(qū)間，全長4.7km。施工范圍包括拆改工程、車站和區(qū)間圍護結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、建筑、人防、裝飾裝修、設(shè)備安裝等，建設(shè)工期為2020年9月1日至2024年12月31日，在施工建設(shè)同期開展BIM技術(shù)應(yīng)用工作。

3.2 WBS和BIM模型分解及編碼應(yīng)用

1)不同建設(shè)階段的三維表達 按照WBS分解和BIM模型單元劃分原則，結(jié)合項目全生命周期不同階段模型交付標準，采用Revit 2016創(chuàng)建下瓦房站投標階段、施工組織階段、施工方案階段、施工工藝階段的BIM模型，并手動添加WBS編碼與BIM模型單元編碼屬性，確定不同建設(shè)階段最小BIM模型單元表達。圍護結(jié)構(gòu)支撐體系中的鋼支撐在不同建設(shè)階段的三維表達如表3所示。

表3 不同建設(shè)階段最小BIM模型單元表達示例

2)圖紙會審 采用Revit 2016創(chuàng)建施工圖BIM模型，以下瓦房站主體圍護結(jié)構(gòu)模型為例，以BIM模型單元編碼為依據(jù)，記錄二維設(shè)計圖紙問題21處，使審查內(nèi)容指向明確，提高圖紙會審效率和質(zhì)量。

3)施工模擬 帶有WBS編碼屬性的BIM模型為每個構(gòu)件設(shè)置唯一編號，且每個施工工序包含的模型構(gòu)件前幾級編號相同。

在施工準備階段，利用施工組織精度的BIM模型開展施工進度模擬。以下瓦房站主體圍護結(jié)構(gòu)在Synchro4D中的施工進度模擬為例，在關(guān)聯(lián)資源與任務(wù)時，將模型和進度計劃相關(guān)聯(lián)，將WBS編碼作為用戶字段進行3D資源篩選，實現(xiàn)與每個施工工序的任務(wù)掛接。如BIM模型中，篩選WBS編碼前7級為TJ00801101000202的模型單元，與進度計劃中的導(dǎo)墻施工任務(wù)相掛接，重復(fù)此步驟，完成所有資源與任務(wù)的掛接，進行施工進度模擬。

利用施工方案精度的BIM模型，以WBS編碼及BIM模型編碼為依據(jù)分辨構(gòu)件，開展施工方案模擬，確定合理的施工工序。利用施工工藝精度的BIM模型，以BIM模型單元編碼為依據(jù)，對復(fù)雜節(jié)點、異形結(jié)構(gòu)進行三維可視化交底，并對材料用量進行精確計算，方便工程量統(tǒng)計。

4)數(shù)據(jù)共享傳遞 將模型、施工模擬、進度、質(zhì)量等管理成果上傳至BIM業(yè)務(wù)管理平臺，統(tǒng)一WBS和BIM模型單元分類及編碼，實現(xiàn)不同建設(shè)階段的模型數(shù)據(jù)積累、共享、傳遞及信息化、數(shù)字化、精細化管理。

3.3 結(jié)果分析

案例應(yīng)用結(jié)果表明，WBS分解原則能合理對城市軌道交通工程進行工作分解，將工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為標準化的工程施工行為，規(guī)范最小BIM模型單元表達，統(tǒng)一模型創(chuàng)建規(guī)則和過程，在滿足模型交付標準的同時，實現(xiàn)不同階段模型快速規(guī)范創(chuàng)建與模型信息傳遞和共享，避免建模工作反復(fù)、模型無法通用的弊端。模型創(chuàng)建規(guī)則更符合實際施工順序，能真實還原施工現(xiàn)場和環(huán)境。基于此套編碼承載的模型信息表達滿足不同建設(shè)階段對模型信息的要求。使用帶有WBS編碼和BIM模型單元編碼屬性的BIM模型開展應(yīng)用，優(yōu)化施工進度計劃，提高各項工作的可預(yù)見性和可控性，確保開工后各關(guān)鍵施工節(jié)點工期達標，提高編制質(zhì)量，有效加強施工過程的監(jiān)控管理，提高施工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)共享、傳遞和信息化管理，可為運營階段提供準確、完整的信息。

4 結(jié)語

本文依據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)的定義、方法、原則，提出城市軌道交通工程領(lǐng)域的WBS分解方法，并在WBS分解基礎(chǔ)上，提出BIM模型單元劃分方法。制定城市軌道交通工程WBS和不同建設(shè)階段BIM模型的編碼格式，規(guī)定不同建設(shè)階段模型交付時BIM模型編碼表達層級。

通過工程案例，驗證WBS分解和BIM模型單元劃分方法及編碼體系的可行性與準確性。基于WBS編碼創(chuàng)建不同時期的BIM模型單元劃分及模型表達，規(guī)范和統(tǒng)一模型拆分、模型創(chuàng)建、模型質(zhì)量、模型信息、構(gòu)件精度，有利于BIM模型在城市軌道交通工程建設(shè)全生命周期中實現(xiàn)信息交換、共享與傳遞，為信息化、數(shù)字化、精細化管理提供堅實基礎(chǔ)。

城市軌道交通工程WBS編制是系統(tǒng)、艱巨、復(fù)雜的工作，未來需各專業(yè)、各參與方的研究人員進行更系統(tǒng)、深入的分析研究，驗證編碼方案的正確性。WBS編碼及BIM模型單元編碼屬性在不同BIM建模軟件中的規(guī)范添加，也需要由軟件開發(fā)商、第三方工具開發(fā)商等寫入BIM軟件中，便于應(yīng)用。