BIM技术在地下综合体工程全周期风险管理中的应用分析——以地铁为例

（福州外语外贸学院，福建 福州350202）

引言

近年来城市人口密度将越来越大，建筑密也度越来越大，随之而来出现了一些地下大型城市综合体，城市大型地下综合体的出现对有效缓解土地紧张和交通堵塞，如城市地铁交通，根据有关数据显示，截止2019年，中国已有36个城市开通地铁，在地铁客流量方面，统计数据显示，我国城市轨道交通年客运量2019年底是22.76亿人次，日均7340万人次。然而，地铁项目从决策、施工、运营不同时期参与方多，信息量庞大、不确定因素繁多，存在大量的不确定性风险。具有其独特优势的BIM技术能够有效解决该地下综合的新问题和挑战。

一、地下综合体工程全周期风险管理分析

1 地下综合体工程风险管理

风险管理最早由同济大学的丁士昭教授应用与地铁施工项目，丁士昭教授在1992对我国广州地铁首期工程、上海地铁一号线工程等地铁建设中的风险进行了一定研究。在丁士昭教授之后，天津大学的白峰青(1996)、香港的 L.McFeat-Smith(2000)、同济大学的黄宏伟等专家学者对地铁建设中风险管理领域的相关问题进行了进一步的深入研究探讨[1]，虽然取得了一定的研究成果，但也存在一些不足。

（1）风险管理系统性不足，现阶段风险管理多将目光投入到地铁地下综合体建筑结构本身或施工人员的安全上，而未对实际施工过程中其他重要的因素，如：资金投入，工期延误，社会影响等加以重视，而这些因素恰恰是业主和建设单位最为关注的。

（2）全周期的概念不足，仅仅对施工阶段的风险管理与控制给予了一定的关注，但是对相对更加重要的决策期、运营期却并没有足够的重视。

（3）科学化、信息化不足，信息化这一概念已经不再是遥不可及的技术名词，而已经逐步开始进入我们日常生产生活中来，在“十三五”规划纲要中要求全面提高信息化水平。地铁工程作为一项关乎民生的大型地下综合体建设项目，在运用数字化信息化手段进行风险管控这一方面，较西方先进国家仍有较大差距。很多地铁项目的风险管理仍然停留在传统的依靠人工经验进行管理的阶段，对于先进的数字信息化风险管理技术运用仍显不足。

2 地下综合体工程风险管理的全生命周期分析

安全致因理论的相关研究发现：导致安全事故发生的根本原因为物质（人、物）的不稳定状态和能量的意外释放。将这一理论运用到全生命周期风险管理中，认为不同阶段内风险的产生是由于系统内人、物的不稳定而导致其具有的某种能量意外释放，破坏了系统原有的结构稳定状态而产生异常。地下综合体工程建设具有投资大、施工周期长、项目多、施工技术复杂、不可预见风险因素多等特点。在工程的不同阶段，会不断有不同的“物质”“能量”介入、撤出，而不同的“物质”“能量”具有各自特点，可能导致的风险也不相同。综上所述，本论文提出地下综合体工程全生命周期风险演化模型，用来分析地下综合体工程各个阶段的风险变化及其风险管理过程中三个时期的具体划分。

在工程进入施工期后，随着施工队伍以及施工设备的进场，产生了新的物质和能量的流入，导致系统原有的稳定状态发生改变，这时工程主要风险表现为：由于施工人员的不安全行为和施工设备的不稳定状态而导致的施工安全风险和施工工期风险；在施工期结束，运营期开始后，随着施工人员和施工设备的撤出(原有的物质能量流出)，同时大量乘客和地铁运营管理人员的进入 （新的物质能量流入），工程风险又主要表现为：运营期可能发生的公共安全风险。由此可以看出，在对地铁工程进行风险管理时，不能简单笼统的对所有风险一概而论，必须针对各个阶段内主要风险进行辨识和分析，针对其特点制定预控措施，才能更大程度的在全生命周期的范畴内降低风险，减少损失。

基于以上分析，本文提出了地铁工程全周期风险管理的概念，将整个项目风险管理周期分为三个阶段，分别为：决策期（主要包括规划和设计阶段），施工期（主要指施工作业阶段），与运营期（地铁使用运营阶段）。这三个时期各具特点，缺一不可。

二、BIM技术在地下综合体工程风险管理中的应用分析

1 BIM技术介绍

BIM全称为Building Information Modeling或者Building Information Model，意为“建筑信息模型”。BIM模型是将真实建筑物不同周期信息输入电脑中建立数字化模型的记录。当决策期、施工期、运营期等各方人员需要获取建筑信息时，可以从该模型中快速提取出来。BIM是由三维CAD技术发展而来，BIM致力于通过计算机建立三维模型，并在模型中存储了设计师所需要的表达的所有信息，同时模型会根据信息的更新而实时关联，改善建筑项目全生命周期的性能表现和信息整合[2]。

2 地下综合体工程全生命周期中BIM技术的应用

2.1 应用分析

地下综合体工程项目与民用建筑及一般的市政建设项目相比具有点多、线长、面广、规模大、投资高、建设周期长的特点，且机电系统复杂设备繁多，建设、运营风险高、社会责任大。因此，建立一套完善的信息化系统来提高风险管理效率和水平，提高系统可靠性和应急处理能力，以降低安全风险显得尤为必要。

BIM技术的信息化优势在于：可以构建基于建筑信息模型的信息处理平台，在这个平台之上，我们可以将有关建筑工程的所有资料进行收集、汇总、分析、交流与共享，并将其应用于整个项目全生命周期的设计、施工和运营管理等阶段，达到保证数据资料的完整性、真实性、准确性和连续性的目的。

基于以上分析，本论文尝试将BIM项目全生命周期管理与地下综合体工程风险管理的三个不同阶段进行结合，针对地下综合体工程各阶段内的工作特点，通过运用安全系统工程的理论方法对三个工程不同时期（决策期、施工期和运营期）中可能存在的主要风险进行辨识，并根据辨识结果进行“原因——后果”分析，寻找可能导致严重后果的风险原因，然后尝试BIM技术运用于各阶段的风险管理过程中[3]，结合其可视化、信息化、智能化的技术优势制定切实可行的控制措施，达到控制风险，降低风险的目的。

在决策期，有资金风险，由于地下综合体工程施工方案涉及不可控因素多，选择不合适的施工方案，导致资金的不当使用和浪费；各专业间信息的协调沟通不足，导致设计图纸出现问题，无法施工，导致出现返工的现象，浪费资金。有工期风险，地下综合体工程施工环境复杂，地下水、地下土质等因素对不同施工方案的影响较大，选择不合适的施工方案，导致工期浪费。有安全风险，未对应急通道，安防设备等进行有效规划，在运营期发生突发事件时无法进行及时的控制和处理。BIM在技术风险控制中的应用如下：

（1）可以运用BIM的3D可视化功能，对整个工程的结构、布局、外形进行初步了解；运用BIM技术的4D模拟施工对整个施工过程进行动态模拟，了解整个工程方案的施工流程；可以借助BIM构建工程项目的信息库（5D功能）详细了解各个不同方案的工程造价，对整个项目进行造价管理，有助于业主进行施工方案的优选，减少不必要的资金浪费和工期延误。

（2）通过构建BIM信息模型，并建立类似PW的数据共享平台，将不同专业之间的信息进行整合，可以有效避免各个专业之间的沟通协调不足，增强各专业间的协同合作，提高工作效率，及时发现问题并予以解决，避免由于停工返工等所造成的资金和工期的浪费。

（3）通过构建BIM信息模型，实际建筑结构的信息进行整合模拟，借助于pathfinder人员疏散模拟、FDS烟气模拟等软件在构建的完整模型内进行高仿真的数值模拟分析，对可能导致运营安全的设计缺陷进行辨识和修改，做到提前发现危险，消除危险。

在施工期，有安全风险，地下综合体工程工艺复杂，作业内容种类繁多和技术要求极高，容易导致不同工种之间交叉作业时沟通不畅、安全技术交底不明确，培训效果不理想可能，施工过程中容易发生安全事故[4]。有工期风险，地下综合体工程施工场地有限，施工过程中对施工设备和材料未进行有效规划和调度、现场施工进度管理不当，项目施工各方沟通不畅，施工现场混乱，进度缓慢，影响工期。有资金风险，地下综合体施工材料设备种类和数量繁多，采购不当，施工现场管理难以进行有效管理和看护，施工材料的不必要浪费、丢失，导致资金浪费。BIM在技术风险控制中的应用如下：

（1）通过运用 4D（3D+时间）模拟施工技术，从宏观和微观两个角度提前对将要进行作业进行模拟。宏观上，提前对施工流程进行了解，有利于管理人员进行协调管理（尤其交叉作业），保证正确施工流程，避免资金浪费和工期延误；微观上，对风险性较大的作业内容可进行以秒、分、时为单位的施工模拟，辅助进行施工方案的分析和优化，同时对作业人员进行视觉上直观的交底，有利于施工人员正确施工，避免出现错误。

（2）通过构建BIM信息模型，可以借助于统一的数据管理平台将所有工程信息进行集成，有利于进行统一协调管理，提高传递项目信息的效率，降低出错概率。同时有助于管理人员及时了解实际的施工状态和工作进度[5]。

（3）通过运用 5D（3D+时间+资金）模拟施工技术，可对材料设备的采购进行信息化管理，确保资金的有效使用，并利用所建立的信息库对已建工程进行投资造价分析，有利于业主对整个工程的资金运用现状进行了解，同时对将要进行工程的资金使用有初步规划，避免资金的滥用，合理控制预算。

（4）同时通过建立基于BIM模型的数据信息平台，可以将施工中有关建筑物的所有信息集成保存，为之后运营期可能进行的结构改造，设备更新，系统升级等及时提供可靠的数据信息。

在运营期，有安全风险，在运营阶段发生火灾等重大安全事故，没有进行有效的处理，造成重大人员损失。有资金风险，设备等没有及时保养更新，导致无法正常使用，影响正常营运，造成资金损失。BIM在技术风险控制中的应用如下：

（1）BIM模型与安防系统的实时链接，保证对地铁内的实时监控和稳定的安全防范，及时发现突发事件，并采取有效措施。

（2）在BIM模型的基础上，通过运用数值模拟软件进行人员应急疏散分析模拟，辅助安全应急方案的编制。如：在发生突发事件后，通过空间定位、实时人数统计和结构可视化等技术实施应急综合指挥。

（3）通过构建BIM信息模型，将建筑物及其包含的所有设备、材料及其备品的信息集中管理，当建筑物需要进行扩建改造或设备需要更新时对所需信息进行准确高效的调取，保证工程顺利进行，减少不必要资金的浪费。

2.2 工程应用

（1）规划与设计

项目的构建思路来源多方，在这个过程必然会产生大量的数据信息，见这些信息有效利用，建立这个阶段的BIM模型，直观展示项目的数据信息，为之后项目设计，施工提供基础。该阶段的成果还会帮助业主查看建筑师的初步设计是满足要求，大大减少以后大量修改设计的巨大浪费。同时可以协助业主可以直观指导自己投资的项目是什么[6]。

（2）碰撞检测

通过搭建各专业的BIM模型，设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突，从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞，减少由此产生的变更申请单，更大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误[7]。

（3）工程量统计

BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，减少繁琐的人工操作和潜在错误，实现工程量信息与设计方案的完全一致。

（4）施工现场利用

通过将BIM与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D(3D+Time)模型中，按月、日、时进行施工安装方案的分析优化[8]。有利于对施工中重要节点和关键部位及现场的平面布置等进行模拟和分析，以便于制定合理的施工计划、掌握精确的施工计划和减少不必要的风险隐患。同时项目参与各方也能够通过该数据信息模型掌握项目的实施情况，制定合理的项目方案，减少变更的产生，降低成本的增加，提高施工质量。

综上所述，在地下综合体工程全生命周期的不同阶段内，可以分别借助于BIM的3D可视化、4D施工模拟、数据互动共享等先进的数字信息化技术，有效控制各类主要风险，减少事故的发生，在保证工期、避免资金损失的同时更能有效降低人员伤亡，具有极高的实际应用价值和社会经济效益[9]。

三、总结

将BIM技术与地铁工程全生命周期风险管理相结合，可以有效控制各个不同阶段内的主要工程风险。根据工程现场的实际情况来看，BIM技术的应用在很大程度上提高了整个地铁工程的风险管理水平，有效减少了不必要的经济损失和工期延误，达到了控制风险的目的。但是由于现有技术和相关规范不健全等因素的限制，现有的实际工程中并没有对BIM技术的优势进行充分利用，这也是我们在下一步研究中所要解决的主要问题。