城市轨道交通工程WBS和BIM模型分解及编码的研究与应用

许时颖

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

0 引言

城市轨道交通工程具有项目参与方众多、涉及专业多、建设周期长、协作复杂等特点[1-4]，各参与方的相互配合需交换大量信息。工作分解结构(work breakdown structure，WBS)以可交付成果为导向对项目要素进行分组，是工程项目管理实践的重要内容之一[5]。BIM技术以三维数字信息技术为基础，集成建设各阶段信息，可实现工程信息的互通。二者均是将工程对象按一定规则划分成相互独立、相互联系的项目单元，作为工程项目管理对象，满足管理需求。目前我国铁路工程领域有《铁路工程实体结构分解指南》(1.0版)，城市轨道交通领域尚无成体系的工作分解结构。在BIM国标体系中，模型分类和编码标准适用于民用建筑及通用工业厂房建筑，且仅规定核心原则，未规定具体细节[6]。模型设计交付标准侧重于规定各阶段的几何表达精度和信息深度[7]，模型存储侧重于模型存储格式与软件格式更新换代问题。对BIM模型如何进行全生命周期最小单元划分缺乏系统研究，模型信息无法共享、传递表达不符合实际，建模工作反复是BIM应用面临的重要问题。

基于此，本文提出城市轨道交通工程的WBS及BIM模型分解方法，并制定相应编码体系，实现城市轨道交通工程项目要素及BIM模型信息的分类、检索、传递。

1 WBS及BIM模型分解

1.1 WBS分解原则

在项目建设全生命周期中，70%的工作发生在施工现场，因此，WBS分解应充分考虑工程建造结构及施工要素。依据WBS的定义、方法、原则，结合城市轨道交通线性工程特点，综合考虑设计、施工、建设管理需要，将城市轨道交通工程WBS分解采用线分法，即按项目公共位置进行划分，再对各单位工程按专业进行划分，专业内部再类比分部分项工程进行划分，使WBS分解结构形成适合设计、施工、运营管理的合理单元。以城市轨道交通工程车站项目为例，WBS分解如图1所示。

图1 车站工程WBS拆分示例

1.2 BIM模型单元划分

传统BIM模型创建通常从设计角度出发，极少从施工角度审查模型创建、拆分、整合是否与实际相符。BIM模型宜根据不同工序施工过程给出相应构件信息[8]，因此，BIM模型单元划分应在WBS分解末端基础上按施工工序涉及的构件进行更详细的划分，即按实际施工过程进行分解，既能准确描述施工过程，又能体现不同构件间的差异性，还原实际施工情况。在施工深化设计/竣工移交/施工工艺阶段，BIM模型单元表达的构件最精细，在项目建设其他阶段，应在此基础上进行简化，确保模型精度和深度满足建筑设计规范、建筑信息模型交付标准等要求。

2 WBS及BIM模型单元编码格式

2.1 WBS编码格式

参考现有建筑编码规则和铁路项目BIM编码规则，对城市轨道交通工程WBS进行编码，确保每部分编码的唯一性，如图2所示。

图2 WBS编码格式

1)一级代码 地区码，说明项目所在地区(城市)，使用城市汉语拼音两位首字母缩写表示。如TJ表示天津，HH表示呼和浩特。

2)二级代码 线路编号码，说明项目线路编号，使用3位字母及数字组合表示，位数有剩余时，前置位用0补齐，线路延长线命名与本线路主线一致。

3)三级代码 公共位置码，说明项目种类。使用两位数字定义公共位置种类，其中，01表示车站工程，02表示区间工程，03表示车辆段工程，其他项目种类依次排列编码。

4)四级代码 公共位置编号码，按照线路规划走向顺序对各公共位置进行编号，使用两位数字表示，从01开始编码。

5)五级代码 单位工程码，按需对施工过程中的单位工程进行定义区分，使用3位字母及数字组合表示。如车站工程中，100表示车站主体工程，前两位表示出入口名称，位数剩余时，前置位用0补齐；后一位表示风道名称，没有风道时，用0补齐；其他单位工程编码后续完善。

6)六级代码 分部工程码，按专业分解单位工程，使用两位数字进行定义区分。其中，01表示围护结构，02表示结构专业，03表示建筑专业，其他专业编码后续完善。

7)七级代码 分项工程码，按需分解分部工程，使用两位数字进行定义区分，从01开始编号，如围护结构中，01表示桩基工程，02表示支撑体系，依次编号。

8)八级代码 构件码，描述组成分项工程的构件，使用两位数字进行定义区分，从01开始编号，如围护结构支撑体系中，01表示混凝土冠梁，02表示混凝土支撑，依次编号。

2.2 BIM模型单元编码格式

不同建设阶段对交付的BIM模型精度要求不同[9]，最高精度BIM模型单元编码格式如图3所示。

图3 最高精度BIM模型单元编码格式

1)一级至八级代码 解释同WBS编码。

2)九级代码 子构件码，按需对构件进行细部拆分，由两位数字组成，从01开始编号。

3)十级代码 层号码，按楼层号编码，由两位数字组成，从01开始编号，地下1层或地上1层均为01。

4)十一级代码 施工流水段号码，由两位数字组成，从01开始编号。

5)十二级代码 构件流水号码，对同一工程中同一位置的构件进行顺序区分，由4位数字组成，从0001开始编号。

6)十三级代码 子构件流水号码，对子构件进行顺序区分，由两位数字组成，从01开始编号。

随着技术发展，若出现新工序或实体类型，则采用90～99作为自定义层进行补充编码，尽可能保持原编码格式不变[6]。最高精度模型中，WBS及BIM模型编码每层含义如表1所示。不同建设阶段BIM模型单元精度及编码属性层级如表2所示。

表1 模型属性中WBS及BIM模型编码含义

表2 不同建设阶段BIM模型单元精度及编码属性层级

3 案例分析

3.1 工程概况

天津地铁8号线一期工程4标包括西康路站(含)—湘江道站(不含)，共5站5区间，全长4.7km。施工范围包括拆改工程、车站和区间围护结构、结构、建筑、人防、装饰装修、设备安装等，建设工期为2020年9月1日至2024年12月31日，在施工建设同期开展BIM技术应用工作。

3.2 WBS和BIM模型分解及编码应用

1)不同建设阶段的三维表达 按照WBS分解和BIM模型单元划分原则，结合项目全生命周期不同阶段模型交付标准，采用Revit 2016创建下瓦房站投标阶段、施工组织阶段、施工方案阶段、施工工艺阶段的BIM模型，并手动添加WBS编码与BIM模型单元编码属性，确定不同建设阶段最小BIM模型单元表达。围护结构支撑体系中的钢支撑在不同建设阶段的三维表达如表3所示。

表3 不同建设阶段最小BIM模型单元表达示例

2)图纸会审 采用Revit 2016创建施工图BIM模型，以下瓦房站主体围护结构模型为例，以BIM模型单元编码为依据，记录二维设计图纸问题21处，使审查内容指向明确，提高图纸会审效率和质量。

3)施工模拟 带有WBS编码属性的BIM模型为每个构件设置唯一编号，且每个施工工序包含的模型构件前几级编号相同。

在施工准备阶段，利用施工组织精度的BIM模型开展施工进度模拟。以下瓦房站主体围护结构在Synchro4D中的施工进度模拟为例，在关联资源与任务时，将模型和进度计划相关联，将WBS编码作为用户字段进行3D资源筛选，实现与每个施工工序的任务挂接。如BIM模型中，筛选WBS编码前7级为TJ00801101000202的模型单元，与进度计划中的导墙施工任务相挂接，重复此步骤，完成所有资源与任务的挂接，进行施工进度模拟。

利用施工方案精度的BIM模型，以WBS编码及BIM模型编码为依据分辨构件，开展施工方案模拟，确定合理的施工工序。利用施工工艺精度的BIM模型，以BIM模型单元编码为依据，对复杂节点、异形结构进行三维可视化交底，并对材料用量进行精确计算，方便工程量统计。

4)数据共享传递 将模型、施工模拟、进度、质量等管理成果上传至BIM业务管理平台，统一WBS和BIM模型单元分类及编码，实现不同建设阶段的模型数据积累、共享、传递及信息化、数字化、精细化管理。

3.3 结果分析

案例应用结果表明，WBS分解原则能合理对城市轨道交通工程进行工作分解，将工程结构转换为标准化的工程施工行为，规范最小BIM模型单元表达，统一模型创建规则和过程，在满足模型交付标准的同时，实现不同阶段模型快速规范创建与模型信息传递和共享，避免建模工作反复、模型无法通用的弊端。模型创建规则更符合实际施工顺序，能真实还原施工现场和环境。基于此套编码承载的模型信息表达满足不同建设阶段对模型信息的要求。使用带有WBS编码和BIM模型单元编码属性的BIM模型开展应用，优化施工进度计划，提高各项工作的可预见性和可控性，确保开工后各关键施工节点工期达标，提高编制质量，有效加强施工过程的监控管理，提高施工质量和效率，实现BIM数据共享、传递和信息化管理，可为运营阶段提供准确、完整的信息。

4 结语

本文依据工作分解结构(WBS)的定义、方法、原则，提出城市轨道交通工程领域的WBS分解方法，并在WBS分解基础上，提出BIM模型单元划分方法。制定城市轨道交通工程WBS和不同建设阶段BIM模型的编码格式，规定不同建设阶段模型交付时BIM模型编码表达层级。

通过工程案例，验证WBS分解和BIM模型单元划分方法及编码体系的可行性与准确性。基于WBS编码创建不同时期的BIM模型单元划分及模型表达，规范和统一模型拆分、模型创建、模型质量、模型信息、构件精度，有利于BIM模型在城市轨道交通工程建设全生命周期中实现信息交换、共享与传递，为信息化、数字化、精细化管理提供坚实基础。

城市轨道交通工程WBS编制是系统、艰巨、复杂的工作，未来需各专业、各参与方的研究人员进行更系统、深入的分析研究，验证编码方案的正确性。WBS编码及BIM模型单元编码属性在不同BIM建模软件中的规范添加，也需要由软件开发商、第三方工具开发商等写入BIM软件中，便于应用。