基于BIM 的地铁施工进度管理方案研究与应用

叶明珠，汪明，彭礼勇

（中铁二院工程集团有限责任公司 BIM 中心，成都 610031）

随着我国地铁的快速发展，地铁工程的建设任务逐渐增加[1]，多个城市推出了工程总承包的建设模式[2]，该管理模式下业主方只需与联合体牵头单位一家对话，工作关系简单、责任界限明晰，而责任和风险则完全由联合体承担[3]。对工程而言，该建设管理模式在节省投资、缩短工期和质量保证方面具有明显优势；但对联合体牵头单位而言，该模式对工程建设的管理范围、方法和效率等方面均提出了挑战，尤其在进度管理方面，亟需创新管理方法，借助建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）和信息技术实现数据化、精细化、形象化管理[4]。

近年来，建筑、铁路、公路等行业的众多项目将BIM 及信息技术进行融合并应用于建设管理过程，取得了较好的成效。其中，余大成[5]借助BIM 信息管理平台实现了地铁车站施工协同管理；霍晓科[6]将BIM 技术应用在施工进度管理中并对其进行了分析和评价；薛建英等人[7]结合BIM 与挣值分析法对施工进度及成本控制进行了研究 。国内各企业及高校已将BIM 及信息技术在施工协同、进度管理方面的应用思路进行了研究分析，并形成成功应用参考案例，但对工程进度管理数据协同和数据时效方面的需求尚不能完全满足。

本文从总承包模式对施工进度管理和协同效率的需求出发，依托广州地铁十一号线施工总承包项目，研究基于BIM 的地铁施工进度管理方法，解决BIM 等数据与现场进度结合及进度数据协同应用等问题；提出适用于城市轨道交通施工总承包项目进度管理的方案，并通过工程应用验证其实用性。

1 地铁进度管理问题分析

传统的施工进度管理方法限制了施工进度管理水平的提高，主要体现在以下2 个方面。

1.1 数据间协同效率低

传统施工进度管理基于二维CAD 图纸编制施工组织计划，利用进度管理工具进行统计，只能抽象表达进度实况，无法实时跟踪实际施工进度，难以实现各专业之间的协同；此外，编制及优化进度计划时计算复杂，计划排查耗费大量时间成本，且不能直观地对实际进度进行及时、准确地统计和分析，难以为施工总承包模式的管理者提供突出问题导向的决策依据[8]。

1.2 缺乏形象化表达方式

各类工程项目由于工程特点等原因，对于施工进度管理的方式不尽相同，BIM 建模标准和基于信息技术的管理手段还须针对具体项目进一步完善才能落实，运用BIM 技术辅助施工总承包模式的进度管理，需要充分分析项目工程特点和传统地铁施工进度管理关键要素，解决BIM 建模标准与分解尺度问题，实现BIM 单元与现场施工进度相匹配，模型信息与项目进度管理要素相结合，发挥BIM 技术形象化、精细化特点，提高进度管理水平。

2 总体方案

通过分析研究传统地铁施工进度管理方法，总结得出传统进度管理方法是通过工法分部分项将合同、产值与现场进度相结合进行管理。本研究将传统依据工法分部分项的施工进度管理与以BIM 为主的施工进度管理新方式相结合，通过研究地铁工程的工法分部分项，建立地铁模型工程分解结构（EBS，Engineering Breakdown Structure），基于模型EBS 制定地铁施工模型定位及命名规则，用于指导地铁施工BIM 建模[9]，形成与EBS 分解颗粒度相匹配的开挖体、墙体、桩柱、梁体等BIM 数据，同时与传统的工法分部分项构成映射关系，实现模型、计划、进度数据的整合，打通新旧2 种管理方式的连通通道，构建协同高效的地铁施工进度管理方案。进度管理整体解决思路如图1 所示。

图1 进度管理整体解决思路

2.1 数据基础建立

2012 年以来，住房和城乡建设部陆续发布了6份BIM 国家标准，分别为应用标准、分类和编码标准、存储标准、交付标准、设计应用标准和施工应用标准。各地区也根据当地BIM 发展需求对标准进行完善，已初步形成国家标准、地方标准、行业标准、企业标准4 级标准体系。本文根据基于BIM 的地铁施工进度管理的模型需求，结合已有的国家、地方和行业BIM 标准，针对性地补充梳理了地铁模型EBS，制定模型定位及命名规则并形成分部分项与模型映射关系。

2.1.1 地铁工程模型EBS 标准

EBS 指在工程系统功能分析的基础上，按功能、专业、技术将工程系统分解为一定细度的工程子系统而形成的树状结构[10]。本文提出按照工程系统结构分解准则[11]，结合地铁工法分部分项原则，按照单位工程、分部（分专业）工程、分项（工种、工序、材料、设备类别和施工工艺等）工程划分并梳理出地铁模型EBS。

2.1.2 模型定位命名规则

为开展基于BIM 的地铁工程施工进度信息化管理，地铁工程模型定位及命名规则针对全国所有类型轨道交通项目中的三维模型构件建立唯一检索ID，便于后续在功能应用中对模型构件进行快速检索调用，模型定位及命名规则如图2 所示。

图2 模型定位及命名规则

模型检索ID 是由数字0～9、字母A～Z 组成的以中划线“—”隔断的数个表示特定含义的字符串构成。检索ID 按规则划分为4 级：第1 级定位到单点工程单个专业；第2 级为构件定位编码；第3 级为细部构件，根据模型EBS，表达一级定位所指定的专业中某一构件的类型；第4 级定位为流水号码，表示某种构件在一个2 级定位区域中的编号。

2.1.3 模型映射关系

根据地铁施工进度管理颗粒度，在分项工程层级与模型EBS 的构件类型间形成对应关系，即通过建立分部分项编码与模型EBS 编码的关联关系实现映射。通过手动和自动映射2 种方式实现两者的关联。其中，自动映射即通过分部分项与构件类型名称进行自动匹配；手动映射通过条件筛选分部分项、模型EBS 手动勾选方式，建立分部分项与模型EBS的映射关系，形成关系映射表。

2.2 进度管理设计

2.2.1 功能设计

进度管理包含模型管理、分项管理、施工计划、施工报表和进度统计5 个功能模块，将分项管理模块和模型管理模块通过模型映射关联起来，工点通过模型管理的工序完成量填报施工进度并制定施工计划，自动生成施工报表，得到进度统计数据，如图3所示。

图3 进度管理功能模块

（1）分项管理模块是对地铁工程工作项目的分解，工作项目是包括一定工作内容的施工过程，是施工进度的基本组成单元。工作项目划分的粗细程度，需满足指导施工作业、控制施工进度的要求。

（2）模型管理模块是基于三维模型的施工信息数据库，包括工程结构、工序、材料等信息。

（3）施工计划模块是主要是基于工序的计划，解决项目工作在时间上的先后衔接问题，以达到在保证质量、安全的基础上，充分实现合理安排工期的目的。该模块根据构件工序需要的人员、设备、材料得到具体的产值计划、形象进度计划、人员计划、设备计划及物料计划。

（4）施工报表模块主要包括施工日报、周报、月报等各种报表。施工报表的数据来自分项管理、模型管理及施工计划模块。

（5）进度统计模块可通过BIM 展示开工情况、完工情况、滞后情况，并通过文字、图表展示施工产值、形象进度、设备使用及物料消耗。

2.2.2 实现逻辑

本文提出一种基于BIM 的地铁施工进度管理方法，辅助工作人员制定合理的施工计划，动态跟踪施工进度。通过BIM 的三维可视化特性，有助于工作人员及时解决施工进度问题，达到对施工全过程的有效掌控。实现地铁施工进度管理功能的关键逻辑步骤如图4 所示。

图4 功能实现关键逻辑步骤

（1）关联EBS：将工法分部分项与EBS 分项建立映射关联；

（2）创建模型：根据EBS 分解的分部分项和设计图纸建立详细的车站/区间模型，并在模型的构件信息中附加“人、机、料”等信息；

（3）分解工序：将地铁BIM 的构件进行工序分解，并梳理是否属于形象进度、产值计算、计划等管理属性；

（4）实例化工点分部分项：施工单位根据工法分项和施工图纸得到具体的单位分部工程分项，根据概算、图纸得到附加分项的产值、设计量及单价；

（5）制定施工计划：根据工序的“人、机、料”施工属性，制定工序计划，得到产值计划、形象进度计划、人员计划、设备需求计划、材料需求计划等；

（6）填报进度：工点录入单位工程的工序施工完成情况，填报分部分项的完成情况；

（7）统计生成：自动将施工完成情况与施工计划对比，将施工进度情况反映至地铁BIM 上；

（8）报表生成：根据分部分项施工完成情况自动汇总，生成施工日报、月报、季度报表，并根据施工工序的完成情况分析得到开工情况、完工情况、进度滞后情况、产值情况、设备使用情况及物料消耗情况。

3 方案应用

3.1 应用情况

广州地铁十一号线施工总承包项目工程覆盖范围广泛、建设周期长、参与单位众多、外部干扰因素复杂，项目部根据项目管理层级和项目实体分部分项情况，部署了施工进度信息化管理平台，并在全线开展基于BIM 的施工进度信息化管理，管理内容主要包括形象进度管理和产值进度管理。

（1）形象进度管理。具体实现步骤为：各工点根据前期EBS 分解、模型定位及命名规则，创建各站点BIM 并上传平台；在平台中对模型各构件附加“人、机、料”等进度相关信息；将模型各构件按批次绑定施工计划；各个施工计划根据现场派工单动态更新完成情况；更新后的进度状态在模型中直观展示。管理效果如图5 所示。

图5 形象进度管理效果示意

（2）产值进度管理。主要实现方法为：由最高层级的项目经理部在平台中预设实体分部分项；由各工点项目人员根据自身工程实体的实际情况，实例化各个工点的合同任务量；各工点计调人员将总体工筹和下发的年度产值计划与实际分部分项进行绑定；工点进度管理人员开展每日产值填报。通过以上步骤，平台可自动统计、汇总并生成周、月、季、年度进度报表及进度产值曲线分析图，同时，按预设周期发送进度偏差预警通知。项目管理人员以此获取产值进度情况，及时调整纠偏。

3.2 应用成效

本文方案通过近3 年在广州地铁十一号线施工总承包项目中的应用和完善，逐步趋于稳定和成熟。该方案还应用于其他信息化管理平台，在多个大规模项目中取得了良好的应用效果。与传统的地铁施工进度管理方式相比，本文方案的优势主要表现在以下3 个方面。

（1）实现了施工形象进度真实、及时反映。通过建立地铁模型EBS 和构件定位命名规则，规范了模型层面输出标准，在此基础上实现对模型和工程实体分部分项的关联，为模型反映实际施工进度提供技术基础。

（2）兼顾传统管理理念，利用预设工程分部分项，将合同产值、设计工程量和施工计划等信息与分部分项绑定，通过进度报表功能即可实现施工产值统计、汇总及计划对比分析，发现即时进度与工程计划的偏离，及时给予优化调整，保障了施工计划的有序实施。

（3）实现了施工计划及施工过程的自动化、规范化管控和精细化管理。充分发挥信息技术的优势，制定科学合理的进度计划及相应的人、机、料供应计划，计划冲突自动提醒，提高了进度计划的可操作性，减少了后期不必要的调整；施工日报功能可提醒并规范工程人员按时填写，降低了管理人员现场进度巡检频率，提高了管理人员对工程项目进度的把控水平。

4 结束语

本文提出的地铁施工进度管理方案基本解决了地铁施工总承包项目在进度管理方面及时性差和形象化程度低的问题，尤其在土建施工阶段的项目应用中成效明显，为利用BIM 和信息技术管理地铁施工进度提供了行之有效的方法和手段。后续可根据机电施工阶段具体需求，进一步深化标准，形成可供地铁行业参考的施工进度管理解决方案。