摘要:介绍了BIM技术在重庆地铁4号线黑石子站机电工程施工管理中的应用，包括可视化展示、碰撞检测、管线综合、支吊架深化设计、工程量统计、BIM项目管理平台等。该技术的应用有助于更好地把控项目进度、降低项目风险、初步实现精细化管理、提高项目交付质量、缩短工期。
关键词:BIM技术;地铁;BIM项目管理平台;精细化管理;机电工程;施工
0引言
在城市轨道交通机电工程施工过程中，存在交错施工、信息化程度低、协同管理差、进度管理难度高、质量与安全管理难度大等问题。城市轨道交通工程的社会关注度高，其质量、安全和工期状况不仅涉及市民的切身利益，还会影响到政府的公信力和城市形象，因此，需要在更短的时间内，优质、安全、科学地完成城市轨道工程项目的施工任务［1］。面对复杂的施工环境、繁重的施工任务和紧张的工期，基于传统的管理方式已难以满足城市轨道交通施工管理的需要［2］。BIM技术的应用为城市轨道交通项目建设提供了先进的管理理念，使各参建方围绕着同一三维建筑数字模型开展工作。BIM模型存储和管理着与项目相关的所有信息，在项目规划、设计、施工和运维等全寿命周期过程中进行共享和传递数据，对建筑物进行可视化、分析、模拟、统计、计算等工作，从而实现降低成本、缩短工期、保证施工进度、降低投资风险、保证工程质量、辅助决策的目标。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点［3］。BIM技术的发展使得人们在不同行业和领域积极推进。2010年，济南西客站广场项目［4］开展了碰撞检测、工程量统计及4D施工模拟，但对于管线碰撞的数据表述不够详细［5］；上海地铁某车站进一步应用BIM技术进行了火灾和人员疏散模拟，提供了可靠的车站环境设计数据，节约成本200万元；北京某车站应用BIM技术后，设计变更比常规设计减少了86％，工期缩短34d［6］；美国密歇根大学运用BIM技术开展了工程量统计、4D施工模拟与仿真、自动提取施工数据等，提高了工作效率［7］；Zhang等人应用BIM的自动安全规则检查安全隐患，并提出预防措施，做好施工中的坠落防护［8］；另外，BIM技术在混凝土供应链管理中扩展了空间，伦敦地铁项目利用BIM解决了各个项目融合的问题［9］。目前，BIM技术在城市轨道交通工程领域应用仍处于初级阶段，本文以重庆地铁4号线黑石子站项目为研究对象，开展了可视化展示、碰撞检测、管线综合、支吊架深化设计、工程量统计、BIM项目管理平台等应用，验证具体效果与价值，探索提高城市轨道交通行业生产效率的应用方式与有效途径，为类似项目应用BIM技术提供参考。
1工程概况
1．1项目介绍
重庆地铁4号线黑石子站位于重庆市渝北区海尔路，为重庆市轨道交通4号线一期工程第4座车站，是连接港城站和寸滩站的交通枢纽。该项目总建筑面积为26144m2，其中地下1层为站台层，地上1层为站厅层，地上2层为商业设施层。车站采用鱼腹式站型，岛式明挖方式，长262m，宽38m，相对高度18．1m。
1．2工程重难点分析
该项目位于长江边、海尔路附近，交通拥挤，施工道路崎岖且坡度较大，施工场地空间有限，专业面交叉作业多，给机电施工造成很大困难。机电工程施工工期紧，机电设备质量较大，管线排布复杂且较为集中，能源机房和配电间的空间相对狭小［10］，如何在较短工期内完成项目施工与交付运营，对项目参与的任何一方都将是巨大的挑战［11］。该项目参建方多、信息量大、管理模式粗放，项目参与人员无法全面、实时、动态地掌握项目信息，项目信息的不对称性加大了项目的复杂性和不确定性［12］，生产效率较低。
2BIM模型建立
2．1建模软件选择
对比了市场上影响力相对较大和知名度较高的软件公司的BIM核心建模软件，选取在城市轨道交通领域应用较多的Autodesk公司产品建立了BIM模型，如Revit，Navisworks，3Dmax，斯维尔插件等。
2．2模型建立流程
在该项目施工准备阶段，BIM模型的建立主要包括：BIM标准的制定、构件编码命名规则、内部协同原则与方式、外部协同、数据交换规则等。根据设计图纸出图进度，实时更新BIM模型，在后期施工过程中，根据管线综合实际排布、支吊架布置、相关设计文件，不断优化和完善BIM模型。
3BIM技术在施工管理中的应用
3．1模型可视化展示
在项目施工阶段，三维模型可视化可以快速直观地查看建筑物的主体结构和布局，施工技术管理人员能够更好地理解设计者意图，快速查询构件信息，优化施工方案模拟，精确查看施工进度与装修方案等，为施工阶段提供可视化决策。
3．2碰撞检测
为了提前避免各专业构件之间的交叉碰撞问题，及时优化设计，该项目利用Navisworks软件检查了单一专业和多专业之间碰撞，共发现问题1426处，并及时反馈给设计单位进行变更，图3，4给出了不同专业碰撞统计结果及反馈情况，避免了因图纸带来的停工及返工问题，提高了项目管理效率，为后期现场施工管理打下基础。
3．3管线综合
根据机电专业管线综合图纸，按照机电管线综合排布总体策划与避让的原则，综合考虑管道间距、垂直管线布置原则、各系统功能需求、机房空间、施工方便、美观等因素，对黑石子站机电管线进行了合理地排布，共发现问题28处，并针对各项问题给出了相应的深化设计方案，经过设计和施工技术人员沟通、修改、签字确认后，作为下一步施工的重要依据。合理布置各专业管线，最大限度地增加了建筑使用空间，减少了由于管线施工冲突造成的二次施工，保证了机电各专业施工有序进行。
3．4支吊架深化设计
由于该项目管线综合图纸出图时间较晚，施工工期紧，施工任务较重，前期综合管线支吊架的初步设计工作由生产厂家来完成，后期根据其提供的设计方案，按照风上、电中、水下的原则布置，即送风管、排风管道布置在上层，共用电缆桥架在中间，共用水管支架布置在下层。上下重叠敷设时，管线分支多、检修维护多的放在下方，少的放在上方。其中，共用电缆桥架布置在车控室、弱电竖井、环控电控室、照明配电室一侧，共用水管支架布置在另一侧［13］。考虑到管线数量多，为防止桥架受弯变形，结合横担的受力特点，选择支架间距为2m，局部管道拐弯处考虑应力突变，支架进行加强，间距一般按1．5m布置，将修改后的管线综合支吊架方案反馈给生产厂家进行验算和校核。在综合支架施工前，现场勘察其安装环境，根据对吊顶后的净空要求，将支架的尺寸、安装标高及管线路径进行复核，确保现场顺利安装，管线布置合理规范。该项目共调整优化吊架详图18处，优化后管线综合支吊架某断面见图6。
3．5工程量统计
斯维尔三维算量ForRevit软件具备以下特点：第一，本身是基于Revit的插件，模型信息无缝对接，工程量计算快速、精准；第二，具备构件自动扣减功能，扣减计算符合国家标准清单以及地区定额规则，提高了数据的准确性，降低了工作强度，减少了工作时间；第三，计算结果可以追溯，计算过程可通过可视化进行直观核查。该项目通过工程设置、模型映射、清单映射、分析计算等工作流程，对黑石子站机电专业进行了工程量统计，并将统计结果与传统方式统计工程量数据进行了对比，虽然在单项统计结果上有偏差，但其差异在可控范围之内，实现了对材料与设备采购成本的高效管控。
3．6BIM项目管理平台
该项目针对地铁车站施工管理难点，构建了基于BIM技术的项目管理平台，主要是对工程项目施工阶段进行了全方位精细化管理。在充分利用前期设计阶段建立的BIM模型信息基础上，进行建设阶段的管理，并不断积累设计、施工阶段的信息，便于后期运营管理［14］。
3．6．1管理平台功能
BIM项目管理平台的核心为应用层，按照为业主提供建筑全过程BIM整体解决方案的原则，通过BIM管理平台及APP客户端，协助业主协调各参建方实施BIM技术、管理各阶段的BIM成果和工程数据，将BIM模型与成本、进度、质量、安全等业务数据相结合，实现施工阶段的信息共享、传递、多方协同、可视化管理，最终形成工程的数字化资产，为资产管理和设备运行维护提供基础数据。
3．6．2管理平台应用
通过搭建BIM项目管理平台，实现了工程施工阶段的进度管理、质量管理、安全管理、会议管理、成本管理、文档管理及移动APP等功能应用，推出了创新工程例会模式，初步实现了精细化管理，降低了工程项目风险，提高了安全管理水平及项目交付质量。1）进度管理。进度管理应用为管理者提供了相关管理操作界面与工具层，利用该平台，管理者可以上传施工进度计划，进行可视化模拟，实现对整体项目进度的动态控制。任意时间段的施工进度计划可以关联模型构件、查看施工状态、统计工程量。图8为施工计划与构件关联。根据工程量实际完成情况，进行实际进度情况统计，如图9所示。通过平台实时反馈进度计划，在施工全过程进行检查、分析、时时跟踪，对比实际进度与计划进度，明确两者差异的原因，便于在计划出现异常时及时对计划或现场工作进行调整，保证施工进度和工期节点按时或提前完成。2）质量安全。利用BIM项目管理平台的质量安全管理应用及移动端APP的质量安全模块，实时同步反映现场质量、安全问题及隐患，对问题进行记录整改，并可上传与该问题相关的图片和规范性文件，相关责任人收到提醒及时处理后反馈至发起人。在平台上，对质量安全问题可以进行分类统计分析，自动生成报表，目的是对现场施工质量、安全等问题进行统一的、可追溯管理，避免再次发生类似的质量安全问题，保证了施工质量与安全。该项目已经完成处理质量问题85个、安全问题110个。3）会议管理。该平台推出创新BIM工程会议模式，可以基于三维模型直观地反映施工现场进度计划与实际工况，结合现场进度照片和施工计划及任务等相关事宜，进行项目管理和问题协调。具体特点表现在：①及时高效，现场问题及时反馈和解决，周例会时间缩短2～3h；②精确管理，通过督办项、计划、纪要等实现日常工作精细化管理；③信息存档，工程建设信息的全程归档。平台共录入和处理督办事项41项、周任务1765个、协调的问题23个，提高了项目管理效率，节约了100～110个工时。4）成本管理。通过成本管理实现了对黑石子站机电工程各标段每周的产值完成情况汇总统计，便于对整个工程的产值完成情况进行全面掌控，对偏离产值计划的标段及时进行反馈和调整，为项目工程产值按时完成提供保障。平台可实时填报成本情况，根据周／月／年／填报人／单位等统计及分析投资计划和完成信息，对于计划投资小于审核的情况，展示该项产值偏差分析和纠偏措施。目前，施工单位32家共录入产值计划640项，相关产值问题30个，保证了年度工程产值计划进度。通过在黑石子站开展BIM管理平台应用，提升了专业人员BIM建模、协同平台应用能力，有助于进一步打造轨道交通BIM示范项目，提高整体管理与运作项目的信息化管控能力，为重庆城市轨道交通行业BIM项目管理平台应用树立了标杆。
4结语
本文针对城市轨道交通领域BIM技术应用开展了研究，以重庆地铁4号线黑石子站为试点，在项目施工阶段应用效果显著，其中可视化为施工阶段提供了决策的可行性，碰撞检测减少了施工前出现变更的可能性，管线综合最大限度保证了机电工程各专业施工的有序性，工程量统计为造价管理提供了工程量精确统计的可控性，支吊架深化设计确保管线布置合理规范性；同时，结合BIM项目管理平台应用，有效控制了施工进度、成本、质量、安全、风险等，确保了各参建单位工程信息在实施过程中无障碍传递，初步实现了项目施工管理的精细化和信息化。通过该项目可以看到，BIM技术对提高地铁项目管理水平有明显效果。然而，该项目开展的一些应用仅仅是BIM技术体系很小的一部分，项目管理平台的功能还需要更多项目来进行完善和开发。BIM技术在地铁领域应用处于初级阶段，BIM技术相关软件本身也存在着一些问题需要解决，但BIM技术的潜力很大，还需要在更多实际工程中开展应用，才能有更大的技术突破。
作者:胡金杰 秦久运 张民才 单位:中车建设工程有限公司