BIM 平臺在安全風險管理中的應用研究

布永忠，劉慶豐，楊銘，王浩任，馬星

（1.石家莊市軌道交通集團有限責任公司，河北 石家莊 050035；2.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037）

0 引言

黨的十九大以來。此時，我國社會主義建設進入新時代，城市軌道交通建設進入新一輪高潮，住房和城鄉建設部適時提出“質量提升行動”和“建筑施工安全專項治理行動”，標志著我國城市軌道安全風險管理進入全面第三階段。軌道交通工程建設周期長、運營效率低、運維管理難度大是城市軌道交通行業的弊病，隨著城市城市軌道交通建設向著“超長、超深、超大”方向發展，工程建設難度進一步加大。隨著線網密度增大，穿越既有線、既有站的概率和頻率增加，風險管理難度進一步加大。在全社會環保治理、生態保護高要求下，工程建設環境更加苛刻；受前期拆遷、重大政治活動、藍天保衛戰等影響，導致工程建設有效工期受到很大影響。地域范圍進一步擴大，地質條件進一步復雜多樣，對城市軌道交通風險管理提出了更高的要求[1]。BIM 技術在工程建設領域逐漸應用，可以實現信息化資源的動態分配，打破各系統之間的“數據孤島”，構建信息共享、實時交互的城市軌道交通信息化平臺成為必然趨勢[2]。

BIM 數據集成應用平臺是基于三維數據庫擴展BIM 技術在軌道交通施工安全風險管理中的應用，研究施工進度、成本、材料、場地的動態模擬方法和優化控制模式，應用BIM、3D-GIS、物聯網技術及信息化技術對精細化管理進行深入研究，達到宏觀管理和精細化管理相結合、信息管理和信息應用相結合、動態監測和實時評價相結合的目的，致力于軌道交通行業，通過研究基于BIM 數據集成與管理平臺，創建安全風險管理模塊，實時監控管理施工場地的部分危險源，可全面查詢和提醒風險的通過狀態和預報警信息工程[3]。

1 工程概況

1.1 線路概況

北京軌道交通19 號線，位于北京市西部地區，南起大興區海子角地區，北至昌平區沙河地區，線路站間距大，速度目標值高，采用A 型車8 節編組，全線最高速度120km/h，是一條穿越中心城的大運量南北向快線。一期工程線路全長22.4km，全部為地下線。共設車站10 座，車輛段一座。19 號線一期工程線路穿越中心城區，多次下穿既有線，途經道路狹窄、管線密集地區，線路埋深大，風險性高；工程施工作業面多、工程量大、工期以及施工場地緊張，整體部署、資源調配及項目管理難度大；將BIM 技術與工程自身特性相結合，創新性解決城市軌道交通建設過程中的技術與管理難題是必然要求與應用趨勢。

1.2 實施模式

北京軌道交通19 號線一期工程建設過程中的BIM 應用是采用建設方主導、BIM 總體管理、各方參與的組織模式，通過開發城市軌道交通BIM 數據集成與管理平臺，建立19 號線一期全線風險工程的三維數據庫，實現所有風險工程三維可視化，與建設管理公司既有風險管控系統對接，支持工程風險數字化管理。結合動態施工進度信息，可全面查詢和提醒風險的通過狀態和預報警信息。

2 風險工程概述

2.1 風險工程分級統計

初步設計階段風險工程分級情況匯總：19 號線風險工程共有環境風險1117 處，其中特級環境風險工程20 處，一級環境風險工程339 處，二級環境風險工程393 處，三級環境風險工程365 處。自身風險工程共有263 處，其中一級自身風險工程93 處，二級風險工程109 處、三級風險工程61 處。

全線工點經統計共有建（構）筑物風險工程435處，其中特級風險20 處、一級風險工程113 處、二級風險工程95 處、三級風險工程207 處；管線風險工程共有657 處，其中一級風險工程210 處、二級風險工程292處、三級風險工程155 處；橋梁風險工程共有25處，其中一級風險工程16 處、二級風險工程6 處、三級風險工程3 處；自身風險工程共有263 處，其中一級自身風險工程93 處，二級風險工程109 處、三級風險工程61 處。19 號線風險工程分級統計如表1 所示。

表1 19 號線風險工程分級統計

2.2 風險管理體系

工程建設安全風險管理實行三層管理，即公司層、項目管理層和項目實施層。公司層由公司領導、技術委員會、安全監控中心、規劃設計總部、安全質量監察總部、總工程師辦公室、合同管理總部、計劃調度總部等公司相關職能部門組成，全面負責工程建設全過程的安全風險管理工作。

項目管理層為各項目管理單位，由主管領導、風險監測部及其他相關職能部門組成，全面負責所轄線路的安全風險管理工作。

項目實施層為與公司簽訂合同、參與工程建設任務的各相關單位，勘察、設計、施工、監理、環境調查、檢測評估、第三方監測和安全風險咨詢單位需按照法律法規、技術標準規范、合同文件和本體系規定進行安全風險管理工作[4]。

3 BIM 風險管理

BIM 風險管理需全員參與，每個職能部門提供的風險信息的側重點不同，根據風險的分類和層級，分為三層巡視，第一層為日常風險巡視、第二層為指派風險巡視、第三層為專項風險巡視。

以不同目的和不同途徑收集風險信息。風險信息通過移動端進行現場鑒定，通過可視化的處理實現隱患的可視化定位、查看。風險巡視過程對風險的狀態進行拍攝照片和視頻，同時記錄處理狀態，根據情況下達問題整改通知單。

4 BIM 平臺功能設計與平臺實現

4.1 BIM 數據集成應用平臺功能設計

平臺通過運用地理信息系統（GIS）、建筑信息管理技術（BIM）、云計算、物聯網等信息化技術，以大數據為支撐、BIM 為核心，圍繞城市地下空間地鐵工程建設全生命周期，建立BIM 集成應用平臺。以施工項目部為項目執行主體，組織各參與方實施。通過對城市地下空間工程信息的全面智能感知和數據處理，作用于項目建設全過程風險管理，實現各專業、各部門間的協同工作。

BIM 集成應用平臺的三維引擎支持TB 級的地形、影像數據、1000 萬以上對象數量的矢量地物、文字標簽、城市級別（1000 平方公里以上）的精細模型、TB 級傾斜攝影數據、百萬級別管網等海量數據的流暢加載與顯示，支持全球、城市、街區、室內不同范圍場景平滑瀏覽。

在瀏覽器端與移動端實現大體量BIM 模型、GIS模型、實景模型等數據的瀏覽、屬性查看以及漫游、剖切、批注等功能。利用瀏覽器或移動端對BIM 平臺上的模型、文檔及關聯的業務數據進行訪問及交互操作，實現高效、簡潔的使用和消費BIM 數據的目標[5]。

4.1.1 功能定位

（1）線路級統計，可視化線路切換、信息查看、在施作業面統計、工點施工進度、預警統計、施工風險統計、攝像頭統計。

（2）點擊詳情，BIM 場景中地面半透、在施作業面閃爍、預警閃爍、圖表與BIM 場景快速交互、攝像頭分布。

（3）業務級功能，風險工程通過情況列表、預警列表、視頻監控畫面、巡視詳情等。

4.1.2 風險功能特色

BIM 數據集成應用平臺集成全線模型數據：周邊建筑物、市政管線、場地臨建、城市道路及附屬設施、軌道交通施工模型，模擬真實的工程建設環境。

契合軌道交通工程建設相關施工方的業務需求，通過接口集成安全數據，實現BIM 平臺與安全風險管理系統一體化集成，實現安全風險管理系統與BIM 平臺的數據共享，實現風險監控平臺監測數據、風險源數據等在BIM 平臺的三維展示。

按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級風險級別，在平臺上標記出項目的風險源的位置，通過地質模型和隧道盾構模型等進行高亮展示。與北京軌道公司既有風險管控系統和隱患排查系統對接，讀取各類風險監測數據并進行三維查詢、展示和提醒。結合三維進度模擬，進行風險工程的動態管理。

4.2 二、三維數據對接

根據工程施工的現場需要，建立施工監測類型數據接口（如地表沉降、拱頂沉降、洞內收斂等），從既有的施工安全風險監控系統讀取第三方監測數據。從而達到施工監測數據及第三方監測數據集成。

結合BIM 技術三維可視化以及GIS 技術大場景真實再現的特點，優化工程信息、監測點位置、監測信息等的優化顯示。實現在系統上分層次、動態、突出展示安全風險監測信息。

（1）模型構建。根據風險監測點平面布置圖，在Revit 軟件中建立地表沉降、樁頂位移等各類監測點模型，要求與北京軌道交通工程施工安全風險監控系統中測點圖一致。

（2）添加監測點編號。將監測點族文件放置在相應位置后，為監測點模型添加編號，選中模型，在“注釋”添加編號。

4.3 基于BIM 平臺的安全風險管理

目前施工現場的安全管理以風險源和風險狀態管理為主，未考慮到人員、機械等動態因素。

BIM 平臺實現錄入風險工程信息，直觀展示風險源與周邊對象的位置關系和風險源的詳細信息（管線埋深、材質等）。風險源與工程進度的關系能準確表達，避免在管理過程中耗費了大量的人力和精力。解決由于二維條件的限制，許多重要的數據無法表達：如地下結構監測數據（隧道拱頂沉降、收斂，樁體水平位移，明挖多層支護的應力，市政管線沉降）。

（1）風險錄入。在三維模型中賦予工程信息，增加自身風險和環境風險數據，可根據施工時遇到的風險工程自定義上傳風險工程，并且對風險工程發生狀況記錄。

（2）預報警信息查詢。預警統計：對項目所有產生的預警進行統計管理，可按照標段、預警等級、預警類型和預警單位等進行搜索和統計。

（3）風險監測。通過測點庫進行測點三維化，解決二維表達Z 軸方向數據信息困難的痛點。

對接二維風險系統測點實時預警數據與監測曲線；基于對接數據，通過測點編號與模型數據關聯，關聯后在三維場景下實時展現測點預警統計情況與分布情況；針對每一個測點模型均能直觀反映出其預警信息、沉降信息，實時調取監測曲線；針對全線測點模型，能直觀反映其與監測對象之間的相對位置關系。

4.4 基于BIM 的移動端

4.4.1 隱患排查業務流程說明

在系統平臺中進入環牡丹園站工點，選擇“現場管理/質量跟蹤和檢查/監控看板”，即可監控當前已有的隱患及隱患狀態，在三維場景中快速定位隱患點；查看詳情。針對已治理的隱患進行消除確認。

4.4.2 風險巡視業務流程說明

在系統平臺中進入牡丹園站工點，選擇“現場管理/三維施工風險管理/預警監控”，切換至巡視預警面板，即可監控當前已有的巡視預警，在三維場景中快速定位預警點；查看詳情。針對已處置的巡視預警進行消警確認。

5 結論與展望

通過對BIM 數據集成應用平臺安全風險管理模塊的需求實現和功能操作進行了詳細闡述，BIM 數據的集成化、模型化、可視化和共享性大大提高了項目管理者對風險的掌控，使風險管理應對行為更快捷、更科學。

研究得出基于BIM 的安全風險管理可以高效地集成風險巡視信息，并將集成信息提供給管理者作為判斷隱患的依據。基于BIM 的風險管理可達到風險工程的閉環狀態。

根據本文用例的研究成果，結合事前預防、事中控制、事后處理的方法論做指導，通過多維度數據感知技術在風險管理全過程的綜合應用建立風險工程管控基礎數據庫，在建成的基礎數據庫之上，可以結合人工智能分析算法，訓練軌道交通風險大數據模型，實現對在建軌道交通風險工程的全過程可視化綜合控制，打造人工智能產品，該產品可化身為軌道交通行業風險咨詢專家、工程師，與軌道交通風險管理標準的制定者、管理者、執行者進行交流合作，顛覆傳統的風險管理手段，輔助安全風險的高質量管控，協助其分析解決方法并提供決策建議，以應對新時代背景下對軌道交通工程建設安全風險管理的新挑戰。