孫策

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司，廣東深圳 518083）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市化建設(shè)速度迅猛提升，地鐵已成為城市公共交通系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。然而，隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)形式也愈加復(fù)雜，對(duì)施工管理水平提出了更高的要求。如何提高地鐵工程建設(shè)協(xié)同管理水平以適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的要求，成為地鐵工程施工領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是基于三維數(shù)字模型的建筑業(yè)信息化發(fā)展技術(shù)，具有強(qiáng)大的三維協(xié)同性的特點(diǎn)[1]。應(yīng)用BIM 技術(shù)，結(jié)合地鐵施工協(xié)同管理需求，能夠很好地解決多專業(yè)地鐵協(xié)同施工問(wèn)題。學(xué)者們從場(chǎng)地規(guī)劃[2]、質(zhì)量管理[3]、設(shè)備安裝[4]、竣工交付等方面對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，以提前發(fā)現(xiàn)施工活動(dòng)中存在的問(wèn)題，對(duì)施工管理方案及時(shí)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)地鐵工程建設(shè)的高效管理。然而，現(xiàn)有BIM技術(shù)在地鐵工程施工管理的研究中與施工管理理論結(jié)合較少，導(dǎo)致盡管質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面均有應(yīng)用，但無(wú)法從計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和處理全過(guò)程對(duì)地鐵工程施工管理進(jìn)行跟蹤檢查和優(yōu)化管理[5]。

因此，本文基于PDCA 管理理論，將BIM 技術(shù)應(yīng)用的地鐵工程施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本管理與PDCA 的計(jì)劃、實(shí)施、檢查和改進(jìn)循環(huán)管理流程相融合，從而形成基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理模式。

2 基于PDCA 的BIM 施工管理體系搭建

基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系如圖1 所示。

圖1 基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理流程圖

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

深圳地鐵16 號(hào)線天健花園站位于深圳市龍崗區(qū)，車站主體采用明挖法施工，基坑長(zhǎng)218 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度20.2 m。盾構(gòu)段基坑寬度23.8 m，基坑開(kāi)挖深度16.5～17.6 m，基坑安全等級(jí)較高，且地處主干道，路面車流量大，交通繁忙，整體工程施工難度加大。

3.2 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工策劃中的應(yīng)用

3.2.1 項(xiàng)目應(yīng)用需求分析

1）檢查圖紙問(wèn)題。二維設(shè)計(jì)圖紙存在較多錯(cuò)、漏、缺的問(wèn)題，為施工過(guò)程帶來(lái)困難，降低工作效率，需要在三維模型建立過(guò)程中查漏補(bǔ)缺。

2）優(yōu)化多專業(yè)交叉施工方案。項(xiàng)目涉及管線改遷、周邊房屋拆遷、綠化景觀遷改等多項(xiàng)系統(tǒng)工程，相互穿插施工較多，通過(guò)施工仿真進(jìn)行方案優(yōu)化，保證現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。

3）精細(xì)化材料管理。項(xiàng)目涉及材料眾多，施工過(guò)程中勞動(dòng)力、物資、設(shè)備等施工資源調(diào)配頻繁，需利用BIM 技術(shù)為快速提取工程量、實(shí)施限額領(lǐng)料、準(zhǔn)確結(jié)算工程量提供便利。

4）精準(zhǔn)化施工指導(dǎo)?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，將二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維模型，其中混凝土方量、鋼筋量以及鋼筋搭接等能夠讓現(xiàn)場(chǎng)人員通俗易懂，簡(jiǎn)潔直觀。

3.2.2 BIM 參數(shù)化建模

在地鐵車站施工之前，先根據(jù)施工圖紙建立車站BIM 模型（見(jiàn)圖2、圖3），并結(jié)合施工方案進(jìn)行附屬施工模型的構(gòu)建，并對(duì)附屬結(jié)構(gòu)模型按照施工需求進(jìn)行整合，以輔助施工需求。

圖2 天健花園站BIM 模型

圖3 區(qū)間隧道快速建模

3.2.3 地鐵車站問(wèn)題分析

1）施工場(chǎng)地布置。根據(jù)施工場(chǎng)地及周邊道路情況，模擬施工場(chǎng)地布置，合理安排現(xiàn)場(chǎng)布置，以減少施工用地、保證現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆窌惩?、方便施工人員的管理，有效避免二次搬運(yùn)及事故的發(fā)生。

2）施工圖紙審核。將各個(gè)專業(yè)的模型疊加進(jìn)行碰撞檢測(cè)“碰、漏、缺”點(diǎn)，確定施工中不合理的地方，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，優(yōu)化施工方案與解決辦法，減少施工變更、返工，提高施工效率和質(zhì)量，縮短工期。

3）施工仿真模擬。為提高多專業(yè)交叉施工時(shí)的作業(yè)效率，提前進(jìn)行關(guān)鍵施工過(guò)程模擬，讓技術(shù)人員更加直觀了解施工過(guò)程，并論證施工方案的可實(shí)施性，為現(xiàn)場(chǎng)順利施工奠定基礎(chǔ)。

3.3 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工實(shí)施中的應(yīng)用

通過(guò)視頻監(jiān)控對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)化安全管理，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)施工情況，方便管理人員對(duì)施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本問(wèn)題源的監(jiān)控，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率。施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和BIM 施工管理分析，如圖4 和圖5 所示。

圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

圖5 BIM 施工管理分析

3.4 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工檢查中的應(yīng)用

利用BIM 平臺(tái)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)重要生產(chǎn)要素的狀態(tài)進(jìn)行繪制和控制，有助于實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本問(wèn)題源的辨識(shí)和動(dòng)態(tài)管理，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)策劃工作。確保項(xiàng)目的效益目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

3.5 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工改進(jìn)中的應(yīng)用

3.5.1 施工質(zhì)量?jī)?yōu)化措施

1）砌體工程優(yōu)化。通過(guò)BIM 技術(shù)優(yōu)化砌體排磚，如圖6所示，可直觀展示砌體排布方案，避免因技術(shù)方案交底不清造成的損失，并利用排磚圖將每層及整體的砌塊用量精確統(tǒng)計(jì)，確保每個(gè)材料堆場(chǎng)滿足施工區(qū)域的用量需求，提高了質(zhì)量管理效率。

圖6 砌體工程優(yōu)化圖

2）基于二維碼可視化交底。針對(duì)施工信息瑣碎、溝通困難問(wèn)題，將構(gòu)件的施工信息制作成二維碼，布置在現(xiàn)場(chǎng)管理構(gòu)件中，優(yōu)化溝通方式，將書面與口頭的信息利用網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到施工人員，豐富施工管理的溝通手段，提高了現(xiàn)場(chǎng)管理的信息溝通效率。

3）預(yù)留預(yù)埋定位。每個(gè)預(yù)埋件和預(yù)留洞口均帶有一個(gè)標(biāo)簽，所帶的標(biāo)簽提醒管理人員針對(duì)性的檢查，如圖7 所示。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員對(duì)所做的預(yù)埋件或預(yù)留洞口拍照上傳，清楚直觀查看現(xiàn)場(chǎng)是否預(yù)留或預(yù)埋，完成閉合的管理流程，避免預(yù)留洞口或預(yù)埋件的遺漏。

圖7 預(yù)留預(yù)埋構(gòu)件定位

4）移動(dòng)端應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，將構(gòu)件、圖紙、人員等信息提前存儲(chǔ)到云端，通過(guò)手機(jī)App 可以移動(dòng)查看，并上傳質(zhì)量、安全檢查情況，將工作內(nèi)容通知整改人，完成閉環(huán)管理，提高管理效率。

3.5.2 施工進(jìn)度優(yōu)化措施

1）施工進(jìn)度模擬。建立BIM 模型將施工中所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、采納、存儲(chǔ)，再關(guān)聯(lián)時(shí)間維度(即4D)形成BIM 4D 進(jìn)度管理模型，配合相關(guān)的BIM 軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)度施工模擬，合理制定施工計(jì)劃、精確掌握施工進(jìn)程，優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)地進(jìn)行場(chǎng)地布置，對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量。

2）輔助測(cè)量放線。通過(guò)將施工點(diǎn)位同步傳輸至BIM 模型中，管理人員可通過(guò)App 端快速查看放線點(diǎn)位，并實(shí)時(shí)復(fù)核點(diǎn)位偏差，提高施工效率。

3）VR 安全教育。利用VR 技術(shù)的沉浸式交互體驗(yàn)，將施工安全隱患進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景模擬，便于施工人員實(shí)時(shí)深度體驗(yàn)，了解安全事故發(fā)生原因，感受事故過(guò)程，從而提高安全防范意識(shí)，減少因作業(yè)人員的不安全行為和施工結(jié)構(gòu)的不安全狀態(tài)導(dǎo)致的安全事故。

4）車站快速建模。針對(duì)地鐵車站施工需求，利用地下管線快速建模工具快速讀取管線探測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入獲取的TXT 數(shù)據(jù)文件，選擇合適的單元模型，創(chuàng)建管線模型，從而實(shí)現(xiàn)管片及區(qū)間隧道的快速建模。

3.5.3 施工成本優(yōu)化措施

1）鋼筋節(jié)點(diǎn)優(yōu)化。通過(guò)將局部復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)入魯班節(jié)點(diǎn)軟件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，如圖8 所示，快速獲取到鋼筋節(jié)點(diǎn)，方便項(xiàng)目算量核量及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋幫扎，加快現(xiàn)場(chǎng)工作流程。

圖8 鋼筋節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

2）工程量提取與復(fù)核。根據(jù)地鐵車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將車站按倉(cāng)室劃分，根據(jù)墻、柱、梁、板分類匯總工程量及圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋量，如圖9 所示，輔助工程量核算，強(qiáng)化成本控制。

圖9 主體結(jié)構(gòu)混凝土工程量提取復(fù)核

3）經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。利用BIM 模型提取各專業(yè)工程量，將BIM 量與項(xiàng)目手算量進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)算、漏算C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，經(jīng)測(cè)算，預(yù)計(jì)節(jié)約經(jīng)費(fèi)約106 萬(wàn)元。

3.6 應(yīng)用分析

本項(xiàng)目通過(guò)基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系進(jìn)行地鐵車站協(xié)同施工管理應(yīng)用和優(yōu)化，充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的協(xié)同管理優(yōu)勢(shì)，提高了施工管理效率，具體表現(xiàn)在以下方面。

1）施工質(zhì)量管理。通過(guò)圖紙問(wèn)題審核及碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題34 處，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)8 處，主體結(jié)構(gòu)26 處，降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，減少返工窩工、工期風(fēng)險(xiǎn)和施工組織難度。通過(guò)施工仿真模擬，論證了施工方案可實(shí)施性，優(yōu)化設(shè)計(jì)及方案、提高工程質(zhì)量。并通過(guò)可視化二維碼交底，解決復(fù)雜構(gòu)造交底，提高工作效率和工程質(zhì)量。

2）施工進(jìn)度管理。通過(guò)4D 模擬施工進(jìn)度，提前發(fā)現(xiàn)施工管理問(wèn)題，提高工程進(jìn)度控制效率，有利于整體工期的掌控。并開(kāi)發(fā)室外管線、盾構(gòu)管片、附屬結(jié)構(gòu)快速建模插件，提高建模效率，節(jié)約人工成本。利用BIM 輔助測(cè)量放線，保證測(cè)量控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性和效率。

3）施工成本管理。通過(guò)工程量提取與復(fù)核，核查錯(cuò)算、漏算工程量，涉及C35 混凝土308 m3，鋼筋109 t，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)人員、機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間等方式，精確控制人員成本，最終實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系，對(duì)地鐵車站的施工結(jié)構(gòu)快速建模、算量比對(duì)、監(jiān)控管理等方面進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)人員統(tǒng)計(jì)、人員定位等方面的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行精確管理，實(shí)現(xiàn)了地鐵車站施工降本增效，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。