引言

軌道交通建設(shè)是衡量一個(gè)城市發(fā)展水平的重要指標(biāo)。南寧、南平、上海、成都、西安等19座城市發(fā)改委共發(fā)布了28個(gè)城市軌道交通項(xiàng)目可研報(bào)告批復(fù)。截至目前，全國城市軌道交通在建里程數(shù)已達(dá)4070多公里，全國各地還將繼續(xù)大刀擴(kuò)斧地開展軌道交通的建設(shè)。然而，在軌道交通給人們帶來巨大交通便捷的同時(shí)，它的設(shè)計(jì)、建造和后期運(yùn)營維護(hù)也存在各種問題。一方面，施工工藝復(fù)雜、建設(shè)成本大、建設(shè)期增長、項(xiàng)目參與人員眾多，導(dǎo)致項(xiàng)目管理工作難以一一落實(shí)；另一方面，由于信息缺失、信息集成化程度低，各方參與者溝通協(xié)調(diào)困難已經(jīng)成為項(xiàng)目管理者的一大難題。此外，項(xiàng)目管理組織模式、技術(shù)應(yīng)用等方面也較難滿足軌道交通這樣的大型項(xiàng)目的建設(shè)要求，使得管理難度進(jìn)一步加大。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的出現(xiàn)，給軌道交通的管理帶來新的契機(jī)，它將信息化技術(shù)引入了軌道交通全生命周期的管理，結(jié)合軌道施工管理模式，有效地提升管理效率。用數(shù)字化手段將項(xiàng)目管理的每一個(gè)階段統(tǒng)一起來，通過可視化、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、模擬優(yōu)化、專業(yè)出圖等一系列在傳統(tǒng)項(xiàng)目管理中無法實(shí)現(xiàn)的功能，能有效地協(xié)調(diào)各參建方的溝通聯(lián)系，形成一種以BIM技術(shù)為中心的新的項(xiàng)目管理模式。

BIM價(jià)值的最大化實(shí)現(xiàn)需要依賴不同項(xiàng)目成員和應(yīng)用軟件之間的信息自由流動(dòng)，能為建設(shè)單位、業(yè)主單位、監(jiān)理單位等項(xiàng)目參與單位提供一個(gè)統(tǒng)一的信息平臺，通過BIM模型和工程信息涵蓋項(xiàng)目的全生命周期信息。同時(shí)，通過BIM模型的協(xié)同應(yīng)用，能保證施工信息聯(lián)動(dòng)性、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)可視化和可共享性等。運(yùn)用基于BIM的協(xié)同施工管理平臺，可以打破工程管理中的“信息孤島”現(xiàn)象，為業(yè)主單位提供更及時(shí)、更高效的項(xiàng)目管理信息。

1.基于BIM的施工管理研究

軌道交通建筑信息模型技術(shù)在施工管理上的應(yīng)用是通過建立的軌道交通工程三維BIM和相應(yīng)的施工協(xié)同管理平臺實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)更新僅發(fā)生在服務(wù)器端，因而維護(hù)與審計(jì)更便利、靈活。同時(shí)，在項(xiàng)目的管理過程中，還采用多種綜合技術(shù)，包括地理信息技術(shù)、三維仿真技術(shù)、OA技術(shù)等，來實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工管理。

BIM模型準(zhǔn)確的形體和屬性信息可以有效解決施工管理上的需求。軌道交通在施工階段，用三維可視化的手段來指導(dǎo)施工，把時(shí)間維度信息賦予給每個(gè)模型構(gòu)件，在瀏覽器中形象地展現(xiàn)整個(gè)施工進(jìn)度。同時(shí)，還可通過BIM進(jìn)行施工方案交底、施工質(zhì)量管理、控制施工進(jìn)度、進(jìn)行工程量概算等，提高施工管理的效率。

1.1 工程施工質(zhì)量管理

在項(xiàng)目管理中，業(yè)主單位是主要決策者，但是受到專業(yè)知識的局限，業(yè)主同設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等之間的溝通仍然存在一定問題。當(dāng)業(yè)主對工程要求不明確的情況下，工程質(zhì)量必然難以得到有效控制。通過建筑、結(jié)構(gòu)、安裝等各個(gè)專業(yè)整合的工程BIM模型和BIM項(xiàng)目管理技術(shù)，可以協(xié)助業(yè)主管理人員更好地理解和表達(dá)對工程要求，有利于開展工程質(zhì)量的控制。

1.2 工程施工進(jìn)度管理

BIM技術(shù)在工程進(jìn)度管理上的應(yīng)用主要包括三維可視化進(jìn)度安排和建設(shè)工程模擬兩大方面。

1.2.1 三維可視化的工程進(jìn)度安排

通過網(wǎng)絡(luò)化的可視化BIM模型集成，賦予BIM模型的每個(gè)構(gòu)件時(shí)間維度上的信息，可以按照月、周、天來直觀地顯示計(jì)劃進(jìn)度。一方面，可以讓管理人員對施工方案進(jìn)行比較，選擇符合要求的實(shí)際施工方案。另一方面，也便于工程管理人員發(fā)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度之間的偏差，及時(shí)調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃。

1.2.2 工程建設(shè)的模擬

建設(shè)工程需要多單位參與，多種技術(shù)共同交叉融合，如果各個(gè)工藝順序之間發(fā)生了偏差，就會造成一定的進(jìn)度拖延。通過BIM技術(shù)，可以直觀地發(fā)現(xiàn)二維網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中難以發(fā)現(xiàn)的邏輯順序問題，優(yōu)化實(shí)施進(jìn)度。

1.3 工程投資和成本管理

BIM的施工管理中最為重要一部分就屬成本管理，也就是我們所謂的BIM“5D”管理。在BIM系統(tǒng)管理平臺上，通過BIM模型和每個(gè)BIM構(gòu)件的屬性，快速地進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，讓業(yè)主更加便捷地、準(zhǔn)確地得到不同建設(shè)方案的投資估算和概算，同時(shí)也可以比較不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低工程當(dāng)中不可預(yù)見費(fèi)比率，提高資金使用效率。

通過BIM技術(shù)可以有效地提前發(fā)現(xiàn)施工的“錯(cuò)、漏、碰、缺”，提高施工圖質(zhì)量，減少施工階段的工程變更，避免由于工程延誤所造成的工程實(shí)施引起的進(jìn)度款支付拖延的問題。同時(shí)，基于BIM技術(shù)和相關(guān)BIM參數(shù)，業(yè)主方和施工方更容易達(dá)成一致的協(xié)議，基于統(tǒng)一模型進(jìn)行工程結(jié)算，爭議會大幅度減少。

2.協(xié)同施工管理平臺建設(shè)

基于B/S架構(gòu)的“軌道交通BIM協(xié)同施工管理系統(tǒng)” 是在BIM技術(shù)和4D施工管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，如圖1所示。系統(tǒng)以GIS平臺為部分組成模塊，能夠承載BIM模型數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像與航拍正攝影像數(shù)據(jù)。同時(shí)通過建立清晰的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了基于BIM的項(xiàng)目管理的協(xié)同,最終形成了業(yè)務(wù)管理、過程控制和項(xiàng)目決策這三個(gè)不同維度的項(xiàng)目管理體系。

建立的Web端的軌道交通協(xié)同施工管理系統(tǒng)，擁有第一人稱與第三人稱BIM瀏覽模式，能夠查詢BIM數(shù)據(jù)的屬性信息，同時(shí)又同業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行掛鉤。在系統(tǒng)中將管理數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行雙向鏈接，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)同BIM模型之間的關(guān)聯(lián)和聯(lián)動(dòng)。同時(shí)系統(tǒng)給項(xiàng)目參與人員配備相應(yīng)權(quán)限的登錄賬號，根據(jù)業(yè)務(wù)人員、管理人員和決策人員的不同需求量身定制相應(yīng)的功能模塊，為業(yè)務(wù)人員提供業(yè)務(wù)管理工具,為管理人員提供管理控制手段，為決策人員提供決策分析依據(jù)。

2.1 BIM數(shù)據(jù)管理

BIM數(shù)據(jù)管理主要是項(xiàng)目的可視化展示模塊，用于形象地展示站點(diǎn)的施工情況，包括施工進(jìn)度、施工內(nèi)容和施工場地等。可以對BIM模型進(jìn)行在線瀏覽和查看，同時(shí)能夠查詢軌道站點(diǎn)每一個(gè)BIM構(gòu)件的屬性信息，包括設(shè)計(jì)屬性、施工過程屬性和表單屬性等。同時(shí)將BIM模型與相應(yīng)的圖紙、變更單等圖檔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中模型和圖紙的聯(lián)動(dòng)查看。

圖1 協(xié)同施工平臺首頁

圖2 站點(diǎn)施工模型深化

圖3 三維地質(zhì)資料集成

圖4 市政管線BIM模型

圖5 施工周邊環(huán)境數(shù)據(jù)建設(shè)

圖6 施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)模擬

2.2 施工進(jìn)度管理

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理，主要通過上報(bào)紙質(zhì)的或者電子的施工進(jìn)度計(jì)劃表來實(shí)現(xiàn)，這樣的方式往往不夠直觀，業(yè)主對整體的施工進(jìn)度計(jì)劃沒有一個(gè)直觀的了解。在系統(tǒng)中開發(fā)的施工進(jìn)度管理，主要打通了施工進(jìn)度計(jì)劃同BIM模型雙向關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)接口。在BIM模型中，每一個(gè)構(gòu)件都具有唯一的ID，這些ID可以同Project進(jìn)度文件進(jìn)行手動(dòng)的關(guān)聯(lián)綁定，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃進(jìn)度同BIM模型的關(guān)聯(lián)和動(dòng)態(tài)模擬；同時(shí)實(shí)際進(jìn)度通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)，按照固定的表單格式進(jìn)行上報(bào)，系統(tǒng)可以把上報(bào)的周報(bào)、月報(bào)的實(shí)際進(jìn)度時(shí)間數(shù)據(jù)和BIM模型構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化的關(guān)聯(lián)。最終在BIM模型上動(dòng)態(tài)顯示計(jì)劃進(jìn)度同實(shí)際進(jìn)度的差異對比，有效地幫助業(yè)主控制整體施工進(jìn)度。

2.3 重大方案管理

重大方案管理模塊主要是針對施工的重大方案進(jìn)行上報(bào)和管理工作而定制開發(fā)的，首先，施工單位可以基于BIM模型，配合現(xiàn)場正在實(shí)施的“超過一定規(guī)模危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程專項(xiàng)施工技術(shù)方案”完成該方案的三維虛擬展示工作，并進(jìn)行系統(tǒng)上報(bào)和管理。

通過重大方案管理模塊，使得各方案得到了及時(shí)的三維演示和匯報(bào)，項(xiàng)目管理單位更為直觀地了解施工方案并開展相應(yīng)的管理內(nèi)容。

3.BIM數(shù)據(jù)深化和整合

BIM項(xiàng)目管理和應(yīng)用，需要依托一個(gè)完善的BIM數(shù)據(jù)。在軌道交通站點(diǎn)的施工管理應(yīng)用中，BIM數(shù)據(jù)并不僅僅是指站點(diǎn)BIM模型數(shù)據(jù)，同時(shí)也包含了其它同施工相關(guān)的BIM模型數(shù)據(jù)，包括環(huán)境模型，場地模型，市政管線模型和地質(zhì)模型等。

3.1 站點(diǎn)施工模型深化

根據(jù)站點(diǎn)的施工圖紙,對寧波軌道交通3號線一期試點(diǎn)站明樓站的主體與附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工深化,包括結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)板、結(jié)構(gòu)柱、圍護(hù)、鋼支撐、剪力墻、二次結(jié)構(gòu)、預(yù)埋件、開孔；同時(shí)對建筑上的門、窗、后砌墻、吊頂天花、欄桿扶手、建筑板進(jìn)行施工精細(xì)化，完成了符合施工需要的構(gòu)件拆分細(xì)度工作。同時(shí)根據(jù)變更的圖紙，對車站主體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行更新，準(zhǔn)確表現(xiàn)了站點(diǎn)結(jié)構(gòu)各類預(yù)埋件、孔洞以及各結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)（如圖2所示）。

3.2 施工場地?cái)?shù)據(jù)建設(shè)

3.2.1 地質(zhì)資料

根據(jù)建設(shè)單位提供的相關(guān)施工工程資料，對平剖面資料進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，生成各個(gè)分界面的三維地質(zhì)數(shù)據(jù)，并對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行了集成，如圖3所示。

3.2.2 市政管線BIM模型

根據(jù)市政管線勘探資料，完成了案例站點(diǎn)周邊相關(guān)的市政管線BIM模型，同時(shí)對管線模型進(jìn)行了分類，包括臨時(shí)電力、電信、給水、排水等，同時(shí)又把這些管線再次細(xì)分為臨時(shí)管線和永久管線，對各種管線進(jìn)行了施工時(shí)間信息賦予，完成了基礎(chǔ)市政管線BIM模型的深化工作，如圖4所示。

3.3 施工環(huán)境數(shù)據(jù)建設(shè)

通過無人機(jī)航空攝影,采集了明樓站整個(gè)施工場地環(huán)境數(shù)據(jù),同時(shí)通過配套的三維處理軟件，采用多視圖三維重建技術(shù)對傾斜攝影數(shù)據(jù)與正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，生成真實(shí)坐標(biāo)下的明樓站周邊三維場地環(huán)境模型，完成了整個(gè)施工場地環(huán)境數(shù)據(jù)的建設(shè)，如圖5所示。

4.協(xié)同施工管理系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 施工前期問題校核

通過建立的BIM站點(diǎn)模型，市政管線模型，站點(diǎn)周邊橋梁模型和地下樁基模型等，對整體的施工環(huán)境進(jìn)行施工校核，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)前期的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，避免后期出現(xiàn)施工返工和施工變更。

通過給予市政管線不同的時(shí)間屬性，包括臨時(shí)管線和永久管線，通過模擬市政管線搬遷，也較為容易發(fā)現(xiàn)管線搬遷中存在的施工問題，提早調(diào)整方案，有效解決后期的施工問題。

4.2 施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)模擬

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理方法，是通過建設(shè)單位定期上報(bào)的甘特圖和網(wǎng)絡(luò)圖來實(shí)現(xiàn)，表達(dá)方式不夠直觀和靈活。BIM模型和系統(tǒng)施工管理平臺的建立，使得傳統(tǒng)的二維進(jìn)度形象表達(dá)向三維可視化轉(zhuǎn)變。3D模型相對于2D具有更直觀，更易于管理者和業(yè)主獲取和理解的建筑信息的特點(diǎn)，將3D建筑模型與時(shí)間維度集成實(shí)現(xiàn)4D可視化與模擬技術(shù)是BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中應(yīng)用的最為重要方面。

在不增加施工單位上報(bào)進(jìn)度工作量的前提下，協(xié)同施工管理系統(tǒng)較好地融合上報(bào)數(shù)據(jù)同BIM模型的雙向關(guān)聯(lián)，通過Web端上報(bào)進(jìn)度參數(shù)數(shù)據(jù)，最終在服務(wù)器端自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上報(bào)進(jìn)度的三維動(dòng)態(tài)模擬。同時(shí)也可以任意選擇時(shí)間段，來查看施工程度和內(nèi)容，對施工滯后、施工提前、正在施工三種狀態(tài)，通過不同的顏色進(jìn)行表達(dá)，真正實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目從維護(hù)拆除到主體結(jié)構(gòu)封頂?shù)?D進(jìn)度模擬，輔助業(yè)主單位科學(xué)管理項(xiàng)目各項(xiàng)進(jìn)度，如圖6所示。

4.3 BIM場地布置模擬

通過BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段的施工場地模擬，提前設(shè)置相關(guān)場地影響區(qū)域，包括車輛進(jìn)出通道、模板和鋼筋制作加工場所，設(shè)置物料堆放場所，項(xiàng)目辦公和生活分區(qū)，同時(shí)對塔吊安裝、起重吊裝、機(jī)械開挖等涉及機(jī)械安裝、拆除和試用專項(xiàng)方案中，其運(yùn)行中的平行空間（工作運(yùn)轉(zhuǎn)覆蓋半徑，危險(xiǎn)區(qū)域等）及現(xiàn)場相關(guān)人員，機(jī)械、物體的響度和絕對關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將其整個(gè)運(yùn)行作業(yè)的全部空間邊界占有和碰撞相關(guān)等方面進(jìn)行展示，有利于對過程中的不安全因素和隱患進(jìn)行排查、辨識，更有利于方案的優(yōu)化和調(diào)整，如圖7所示。

4.4 BIM輔助交通導(dǎo)改方案

通過無人機(jī)采集的正射影像，較為直觀地了解整個(gè)施工場地周圍的環(huán)境情況，包括周邊的主要干道、次要干道、住宅出入口、河道等等，可以有效幫助施工掌握施工現(xiàn)場與周邊交通情況，定制不同階段場地布置與交通改道方案，并報(bào)給交警部門進(jìn)行審查，也縮短了溝通的時(shí)間，提高了施工溝通的效率，如圖8所示。

5.結(jié)束語

BIM技術(shù)在軌道交通管理的應(yīng)用尚不成熟，需要軌道建設(shè)項(xiàng)目的各參與單位和人員有一個(gè)較長的熟悉和適應(yīng)過程。但是BIM技術(shù)的出現(xiàn)，使得管理工作中心更為明確，而不再是把大量精力放在計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度的調(diào)整上，管理的重心開始偏向施工進(jìn)度的控制，進(jìn)度偏差原因分析，調(diào)控手段等。當(dāng)然BIM技術(shù)也不能取代項(xiàng)目管理，因?yàn)锽IM技術(shù)只是一種手段，只有項(xiàng)目管理人員合理地使用，才能使它發(fā)揮一定的效用。相信在不久的將來，根據(jù)軌道交通的實(shí)際項(xiàng)目管理需求，一定會摸索出一套行之有效的基于BIM 的項(xiàng)目管理模式。

圖7 BIM場地布置模擬

圖8 無人機(jī)正射影像

本文分析BIM技術(shù)在軌道交通項(xiàng)目中的應(yīng)用，結(jié)合寧波軌道交通3號線一期明樓站的施工管理為例,為項(xiàng)目管理開辟了新的道路，同時(shí)項(xiàng)目將BIM技術(shù)同軌道交通站點(diǎn)的實(shí)際施工應(yīng)用需求相結(jié)合，建立了基于BIM模型的協(xié)同施工管理平臺，有效提高了軌道交通施工建設(shè)管理的數(shù)字化水平，為建筑信息模型在軌道交通施工中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持，提升建設(shè)行政主管部門的電子政務(wù)水平，有利于實(shí)現(xiàn)軌道交通施工建設(shè)管理工作的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化辦公與信息高效化傳遞。