BIM技术在地铁车站施工进度管理中的应用

刘杨禄

中铁二局第四工程有限公司 四川 成都 610300

地铁工程的建设受外界各种状况变化影响可能致使工期延误，传统的地铁建设项目施工进度管理法体系存在缺陷，也严重地限制了施工管理技术的发展。BIM建筑应用技术的发展与应用实现了施工生命周期的全程参与和施工参与方之间管理经验积累的全面信息的共享，可确保进一步的提高的施工技术与施工进度管理技术。

1 地铁施工进度管理的关键影响因素

地铁工程地质条件极为复杂，且要求工期内不可对地下既有建筑物使用造成较大影响，施工工期也须全面考虑沿线城市规划情况和现代化城市建设中的发展需要；在施工过程中施工作业人员素质一般参差不齐，难以做到正确分析理解各种复杂工序的图纸设计及图纸，对各施工设备工艺过程的理解熟悉了解程度差异和现场操作工人技能水平差别，均对施工能否安全按时完成有着重要影响[14-15]。

2 传统地铁施工进度管理方式的不足

(1)由于其图像性较弱，二维CAD的设计图形难以满足不同专业的同步学习需求;同时，某些地铁项目的三维设计模型涵盖多种关联领域，这使得负责施工管理的工作人员可能会感到困惑和误解。各个与之相关的专业团队只在二维设计的基础阶段上进行交流和协商，导致工作效率较低且需要多次修订。

(2)对于纯粹基于图纸的设计与工程实施进程以及时间规划来说，其视觉呈现效果并不理想，无法实时追踪并反馈项目的真实进展情况。它仅能以一种简化且概括的方式描述出项目的时间流程，当需要制定或修订优化的项目进度方案时，由于计算方式较为繁琐，很难精确找出可能存在的不足之处，并且通常也不能清楚明了地即刻实现有效的建设项目实际进度的动态监控和预判分析。

(3)在实际施工环境中，各种不稳定因素的增加使得安全管理难以及时达到规范化和精细化的操作。

3 基于BM的地铁施工进度管理实现方法

3.1 基于BIM的4D虚拟建造技术

利用BIM技术的4D虚拟构建方法是把时间和空间结合到3D建筑数据模型中，然后使用相关工具将其两者之间的信息互相转化和连接，从而可以生成实时的、动态的三维4D建筑数据模型，以便于后续项目从设计至完工及管理的全程都能进行实时化的模拟操作。

3.1.1 基于BIM的进度计划编制

主要荣誉：荣获“2014全国儿童摄影优秀名师”称号，荣获“2014全国儿童摄影杰出摄影师”称号，荣获“2015第八届全国人像摄影十杰提名”称号

为了有效地将三维模型与进度计划相连接，通常需要先采用横道图模型来协助制定进度计划。主要的技术步骤应包括编制项目进度计划：

(1) 确定项目的目标和范围，并能够对每个项目进行拆分；

(2)定义工程活动参数，并可以据此通过计算来确定其实际完成工作量；

(3)确定各分项工作活动内容间对应的工作逻辑关系，即要确定对每一项具体工作承担的工作前置性任务类型；

(4)可根据各期工程活动总的实际工作量数和工程资源投入量数等计算参数来计算出其工作持续累计时间。

3.1.2 3D建筑信息模型的创建

通过使用三维BIM数字建模仿真软件，我们可以创建一个3D建筑信息模型系统。为了实现建筑4D数字虚拟仿真的三维目标，模型系统需要满足以下基本条件：

(1)需要依据项目的实际施工设计，对施工区域进行划分并确定各个施工作业单元之间的责任分配；

(2)所编制的进度计划中的各个部分要与模型中对应的部分名称统一；

(3)依据虚拟建设的精确性，挑选出适宜的模型准确度。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

工农大路站是一座地上地下双层两跨岛式站房，长度215.4m，站场长度为14m，标准段站场的长度达到22.9m。主体建筑采用了暗挖法进行施工，是一种现浇钢筋混凝土结构的双层两跨箱型框架。这个结构由侧墙、梁、板和柱等部分组成，并且沿着车站的纵向布置了纵梁系统。在车站中心的距离处，覆盖的土壤大约有10.196m，底板埋深约26m。车站所在场地土层自上而下分别为：填土层、粉质粘土层，结构底板位于粉质粘土层中，现状地下水位标高为地面以下2.1m。

4.2 基于BIM的图形化施工进度管理

管理建筑进度涉及到制定和监督建筑进度，这包括对实际建设进度与预计建设进度的比较，通过比对施工计划来修正建设过程中出现的错误。控制工作的关键是实际施工进度信息的获取与计划进度的对比，传统的施工进度管理方式采用横道图、网络图对进度进行对比，用百分比来表示进度缺乏直观性，需要阅读大量文本信息以了解情况，浪费时间。BIM图形化施工进度管理是通过图像、模型、动画和表格等方式来展示实际进度与预计的进度之间的差异，这种方法相较于传统的方式更为直观和生动，能够提升施工进度控制的效率。

4.3 基于BIM的可视化施工模拟

4.3.1 工程地质条件模拟

由于地铁建设属于地下的建筑活动，其面临着许多不可预测的风险和挑战，如果遇到更复杂的地理环境，那么施工过程可能会变得更加困难。通过使用与工程地质相关的信息来模拟复杂的地形情况，可以为各类地下建设的隐藏结构提供指引，从而降低因为人为的环境变化等对项目建设周期造成的可能负面效果。

4.3.2 施工工艺模拟

如果实践中的操作指南者无法系统性的理解工程进展，他们可以借助电脑上的三维模拟动画工具直接协助工人安排和执行他们的任务。这种施工与流程工艺的效果模拟动画是基于预先已经构建好的各类机器、部件、建材模型等的仿真模型基础之上，然后使用该软件为这些模型添加适当的形式效果，形成一个对应的三维模拟动画。接着，这个动画会经过电脑的三维后期处理以获得更完美的视觉体验和真实感，这便是三维施工模型和三维施工进程动画图像，如图1所示。

图1 三维施工过程动画

图2 车站主体结构

4.4 基于BIM的图形化施工进度管理的实现

在本项目开始之前，我们利用BIM模型中的不同色彩对已经实施或尚未执行的构建进行了标记，以便清晰地展示项目的进程。同时，我们将实时的进度数据输入到4D建筑信息模型中，并使用各种颜色的标签来标识按计划完成、超期完成或者延迟完成的项目任务。此外，我们在BIM模型内关联了与这些构建相关联的所有工程文件，从而向管理者提供了详尽的信息支持，这可以从图3中看到，即工农大路站的主体结构部分。

5 结论

由于多种原因如环境条件、技术问题和人为操作等可能导致地铁建设项目进展受到阻碍，因此传统的以静态二维设计图纸信息为主导的静态工地进度监控方法存在着明显的局限性，这使得城市地铁项目的标准化与精细化的动态施工进程和实时的进度跟踪变得困难。然而，通过应用BM技术构建的城市地铁工程项目建设进度控制系统成功地解决并改善了这些问题，有效抵抗了诸如工程环境、技术难题和人工管理的负面影响，展现出其独特的优点如下：

(1)利用三维BIM技术构建的全图形化的建筑施工进度计划管理系统为我们提供了实时的和直接的数据比较，包括项目的实际进度和预定进度信息。这使得我们能够迅速地整合和管理进度相关的基本资料库，并且可以为高层管理者提供关于公司真实建设进度的精确且完整的参考信息，以便他们做出相应的调整策略。

(2)通过基于三维BIM软件的全图形化建筑施工企业进度计划管理平台实现提供了工程实际完成进度指标与项目计划进度信息的全方位实时与直观数据对比，并同时能快速实现管理人员对进度相关基础资料数据库的可视化集成及管理，可为各级管理人员跟踪分析企业实际施工进展指标情况、采取各种纠偏改进措施时提供较为准确及全面及时的进度决策依据。

(3) 利用BIM软件和现场施工全可视化的数字模型来实现对问题的预测是有效的手段。同时，我们也可以借助BIM的数据库进行碰撞测试系统的研究，以便于我们在项目开始之前就能识别出潜在的问题并采取相应的预防措施，从而避免了因施工环境、技能或人员操作不当等问题所带来的影响。