BIM技術(shù)在地鐵車站施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

劉楊祿

中鐵二局第四工程有限公司 四川 成都 610300

地鐵工程的建設(shè)受外界各種狀況變化影響可能致使工期延誤，傳統(tǒng)的地鐵建設(shè)項(xiàng)目施工進(jìn)度管理法體系存在缺陷，也嚴(yán)重地限制了施工管理技術(shù)的發(fā)展。BIM建筑應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了施工生命周期的全程參與和施工參與方之間管理經(jīng)驗(yàn)積累的全面信息的共享，可確保進(jìn)一步的提高的施工技術(shù)與施工進(jìn)度管理技術(shù)。

1 地鐵施工進(jìn)度管理的關(guān)鍵影響因素

地鐵工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，且要求工期內(nèi)不可對(duì)地下既有建筑物使用造成較大影響，施工工期也須全面考慮沿線城市規(guī)劃情況和現(xiàn)代化城市建設(shè)中的發(fā)展需要；在施工過程中施工作業(yè)人員素質(zhì)一般參差不齊，難以做到正確分析理解各種復(fù)雜工序的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及圖紙，對(duì)各施工設(shè)備工藝過程的理解熟悉了解程度差異和現(xiàn)場(chǎng)操作工人技能水平差別，均對(duì)施工能否安全按時(shí)完成有著重要影響[14-15]。

2 傳統(tǒng)地鐵施工進(jìn)度管理方式的不足

(1)由于其圖像性較弱，二維CAD的設(shè)計(jì)圖形難以滿足不同專業(yè)的同步學(xué)習(xí)需求;同時(shí)，某些地鐵項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)模型涵蓋多種關(guān)聯(lián)領(lǐng)域，這使得負(fù)責(zé)施工管理的工作人員可能會(huì)感到困惑和誤解。各個(gè)與之相關(guān)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)只在二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)階段上進(jìn)行交流和協(xié)商，導(dǎo)致工作效率較低且需要多次修訂。

(2)對(duì)于純粹基于圖紙的設(shè)計(jì)與工程實(shí)施進(jìn)程以及時(shí)間規(guī)劃來說，其視覺呈現(xiàn)效果并不理想，無法實(shí)時(shí)追蹤并反饋項(xiàng)目的真實(shí)進(jìn)展情況。它僅能以一種簡(jiǎn)化且概括的方式描述出項(xiàng)目的時(shí)間流程，當(dāng)需要制定或修訂優(yōu)化的項(xiàng)目進(jìn)度方案時(shí)，由于計(jì)算方式較為繁瑣，很難精確找出可能存在的不足之處，并且通常也不能清楚明了地即刻實(shí)現(xiàn)有效的建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)判分析。

(3)在實(shí)際施工環(huán)境中，各種不穩(wěn)定因素的增加使得安全管理難以及時(shí)達(dá)到規(guī)范化和精細(xì)化的操作。

3 基于BM的地鐵施工進(jìn)度管理實(shí)現(xiàn)方法

3.1 基于BIM的4D虛擬建造技術(shù)

利用BIM技術(shù)的4D虛擬構(gòu)建方法是把時(shí)間和空間結(jié)合到3D建筑數(shù)據(jù)模型中，然后使用相關(guān)工具將其兩者之間的信息互相轉(zhuǎn)化和連接，從而可以生成實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的三維4D建筑數(shù)據(jù)模型，以便于后續(xù)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)至完工及管理的全程都能進(jìn)行實(shí)時(shí)化的模擬操作。

3.1.1 基于BIM的進(jìn)度計(jì)劃編制

主要榮譽(yù)：榮獲“2014全國(guó)兒童攝影優(yōu)秀名師”稱號(hào)，榮獲“2014全國(guó)兒童攝影杰出攝影師”稱號(hào)，榮獲“2015第八屆全國(guó)人像攝影十杰提名”稱號(hào)

為了有效地將三維模型與進(jìn)度計(jì)劃相連接，通常需要先采用橫道圖模型來協(xié)助制定進(jìn)度計(jì)劃。主要的技術(shù)步驟應(yīng)包括編制項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃：

(1) 確定項(xiàng)目的目標(biāo)和范圍，并能夠?qū)γ總€(gè)項(xiàng)目進(jìn)行拆分；

(2)定義工程活動(dòng)參數(shù)，并可以據(jù)此通過計(jì)算來確定其實(shí)際完成工作量；

(3)確定各分項(xiàng)工作活動(dòng)內(nèi)容間對(duì)應(yīng)的工作邏輯關(guān)系，即要確定對(duì)每一項(xiàng)具體工作承擔(dān)的工作前置性任務(wù)類型；

(4)可根據(jù)各期工程活動(dòng)總的實(shí)際工作量數(shù)和工程資源投入量數(shù)等計(jì)算參數(shù)來計(jì)算出其工作持續(xù)累計(jì)時(shí)間。

3.1.2 3D建筑信息模型的創(chuàng)建

通過使用三維BIM數(shù)字建模仿真軟件，我們可以創(chuàng)建一個(gè)3D建筑信息模型系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)建筑4D數(shù)字虛擬仿真的三維目標(biāo)，模型系統(tǒng)需要滿足以下基本條件：

(1)需要依據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際施工設(shè)計(jì)，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行劃分并確定各個(gè)施工作業(yè)單元之間的責(zé)任分配；

(2)所編制的進(jìn)度計(jì)劃中的各個(gè)部分要與模型中對(duì)應(yīng)的部分名稱統(tǒng)一；

(3)依據(jù)虛擬建設(shè)的精確性，挑選出適宜的模型準(zhǔn)確度。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

工農(nóng)大路站是一座地上地下雙層兩跨島式站房，長(zhǎng)度215.4m，站場(chǎng)長(zhǎng)度為14m，標(biāo)準(zhǔn)段站場(chǎng)的長(zhǎng)度達(dá)到22.9m。主體建筑采用了暗挖法進(jìn)行施工，是一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的雙層兩跨箱型框架。這個(gè)結(jié)構(gòu)由側(cè)墻、梁、板和柱等部分組成，并且沿著車站的縱向布置了縱梁系統(tǒng)。在車站中心的距離處，覆蓋的土壤大約有10.196m，底板埋深約26m。車站所在場(chǎng)地土層自上而下分別為：填土層、粉質(zhì)粘土層，結(jié)構(gòu)底板位于粉質(zhì)粘土層中，現(xiàn)狀地下水位標(biāo)高為地面以下2.1m。

4.2 基于BIM的圖形化施工進(jìn)度管理

管理建筑進(jìn)度涉及到制定和監(jiān)督建筑進(jìn)度，這包括對(duì)實(shí)際建設(shè)進(jìn)度與預(yù)計(jì)建設(shè)進(jìn)度的比較，通過比對(duì)施工計(jì)劃來修正建設(shè)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。控制工作的關(guān)鍵是實(shí)際施工進(jìn)度信息的獲取與計(jì)劃進(jìn)度的對(duì)比，傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理方式采用橫道圖、網(wǎng)絡(luò)圖對(duì)進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，用百分比來表示進(jìn)度缺乏直觀性，需要閱讀大量文本信息以了解情況，浪費(fèi)時(shí)間。BIM圖形化施工進(jìn)度管理是通過圖像、模型、動(dòng)畫和表格等方式來展示實(shí)際進(jìn)度與預(yù)計(jì)的進(jìn)度之間的差異，這種方法相較于傳統(tǒng)的方式更為直觀和生動(dòng)，能夠提升施工進(jìn)度控制的效率。

4.3 基于BIM的可視化施工模擬

4.3.1 工程地質(zhì)條件模擬

由于地鐵建設(shè)屬于地下的建筑活動(dòng)，其面臨著許多不可預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，如果遇到更復(fù)雜的地理環(huán)境，那么施工過程可能會(huì)變得更加困難。通過使用與工程地質(zhì)相關(guān)的信息來模擬復(fù)雜的地形情況，可以為各類地下建設(shè)的隱藏結(jié)構(gòu)提供指引，從而降低因?yàn)槿藶榈沫h(huán)境變化等對(duì)項(xiàng)目建設(shè)周期造成的可能負(fù)面效果。

4.3.2 施工工藝模擬

如果實(shí)踐中的操作指南者無法系統(tǒng)性的理解工程進(jìn)展，他們可以借助電腦上的三維模擬動(dòng)畫工具直接協(xié)助工人安排和執(zhí)行他們的任務(wù)。這種施工與流程工藝的效果模擬動(dòng)畫是基于預(yù)先已經(jīng)構(gòu)建好的各類機(jī)器、部件、建材模型等的仿真模型基礎(chǔ)之上，然后使用該軟件為這些模型添加適當(dāng)?shù)男问叫Ч纬梢粋€(gè)對(duì)應(yīng)的三維模擬動(dòng)畫。接著，這個(gè)動(dòng)畫會(huì)經(jīng)過電腦的三維后期處理以獲得更完美的視覺體驗(yàn)和真實(shí)感，這便是三維施工模型和三維施工進(jìn)程動(dòng)畫圖像，如圖1所示。

圖1 三維施工過程動(dòng)畫

圖2 車站主體結(jié)構(gòu)

4.4 基于BIM的圖形化施工進(jìn)度管理的實(shí)現(xiàn)

在本項(xiàng)目開始之前，我們利用BIM模型中的不同色彩對(duì)已經(jīng)實(shí)施或尚未執(zhí)行的構(gòu)建進(jìn)行了標(biāo)記，以便清晰地展示項(xiàng)目的進(jìn)程。同時(shí)，我們將實(shí)時(shí)的進(jìn)度數(shù)據(jù)輸入到4D建筑信息模型中，并使用各種顏色的標(biāo)簽來標(biāo)識(shí)按計(jì)劃完成、超期完成或者延遲完成的項(xiàng)目任務(wù)。此外，我們?cè)贐IM模型內(nèi)關(guān)聯(lián)了與這些構(gòu)建相關(guān)聯(lián)的所有工程文件，從而向管理者提供了詳盡的信息支持，這可以從圖3中看到，即工農(nóng)大路站的主體結(jié)構(gòu)部分。

5 結(jié)論

由于多種原因如環(huán)境條件、技術(shù)問題和人為操作等可能導(dǎo)致地鐵建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)展受到阻礙，因此傳統(tǒng)的以靜態(tài)二維設(shè)計(jì)圖紙信息為主導(dǎo)的靜態(tài)工地進(jìn)度監(jiān)控方法存在著明顯的局限性，這使得城市地鐵項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化與精細(xì)化的動(dòng)態(tài)施工進(jìn)程和實(shí)時(shí)的進(jìn)度跟蹤變得困難。然而，通過應(yīng)用BM技術(shù)構(gòu)建的城市地鐵工程項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度控制系統(tǒng)成功地解決并改善了這些問題，有效抵抗了諸如工程環(huán)境、技術(shù)難題和人工管理的負(fù)面影響，展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)利用三維BIM技術(shù)構(gòu)建的全圖形化的建筑施工進(jìn)度計(jì)劃管理系統(tǒng)為我們提供了實(shí)時(shí)的和直接的數(shù)據(jù)比較，包括項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度和預(yù)定進(jìn)度信息。這使得我們能夠迅速地整合和管理進(jìn)度相關(guān)的基本資料庫(kù)，并且可以為高層管理者提供關(guān)于公司真實(shí)建設(shè)進(jìn)度的精確且完整的參考信息，以便他們做出相應(yīng)的調(diào)整策略。

(2)通過基于三維BIM軟件的全圖形化建筑施工企業(yè)進(jìn)度計(jì)劃管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)提供了工程實(shí)際完成進(jìn)度指標(biāo)與項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度信息的全方位實(shí)時(shí)與直觀數(shù)據(jù)對(duì)比，并同時(shí)能快速實(shí)現(xiàn)管理人員對(duì)進(jìn)度相關(guān)基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)的可視化集成及管理，可為各級(jí)管理人員跟蹤分析企業(yè)實(shí)際施工進(jìn)展指標(biāo)情況、采取各種糾偏改進(jìn)措施時(shí)提供較為準(zhǔn)確及全面及時(shí)的進(jìn)度決策依據(jù)。

(3) 利用BIM軟件和現(xiàn)場(chǎng)施工全可視化的數(shù)字模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)問題的預(yù)測(cè)是有效的手段。同時(shí)，我們也可以借助BIM的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行碰撞測(cè)試系統(tǒng)的研究，以便于我們?cè)陧?xiàng)目開始之前就能識(shí)別出潛在的問題并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從而避免了因施工環(huán)境、技能或人員操作不當(dāng)?shù)葐栴}所帶來的影響。