北京號線的BIM應用

北京16號線的BIM應用地鐵，作為以地下運行為主的城市軌道交通系統(tǒng)，擔負著城市的重要客運責任，直接影響著城市居民的衣食住行，同時，地鐵系統(tǒng)的建設水平也代表著一座城市的繁榮程度。地鐵工程，是建設行業(yè)公認的十分復雜而具有系統(tǒng)性的工程，具有施工環(huán)境復雜，涉及專業(yè)較多，風險大，難度高，工期長等特點。而BIM技術作為建設行業(yè)科技轉型與升級的重要引擎，其應用水平一定程度上代表著企業(yè)的綜合素質水平，如果能夠將BIM技術在地鐵施工中成功應用并總結出可復制性的應用方法，無疑將為整個建設行業(yè)發(fā)展帶來巨大的財富。北京16號線是近兩年北京地鐵的重點在建項目，建成后將在服務于中心城中心地區(qū)的同時加強海淀山后區(qū)與中心城區(qū)的聯(lián)系，改善居民出行結構，對促進海淀山后地區(qū)的發(fā)展發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)軌道交通既兼顧交通疏解又引導城市發(fā)展的功能。本文將以北京16號線地鐵建設為例，以城建集團對BIM的探索認知為開端，對項目實際落地應用、后期BIM應用數(shù)據(jù)成果的統(tǒng)計與分析展開論述，為后續(xù)其他項目的BIM實踐提供可靠依據(jù)。一、項目概況項目名稱：北京地鐵16號線二期工程土建施工03標段承建單位：北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司北京地鐵16號線，是北京地鐵的一條建設中的南北向骨干線，首次采用8卡編組A型列車，最大載客量達到3560人，北京地鐵16號線稻香湖路站與中關村創(chuàng)新園A地塊一體化工程項目（快軌公司代建范圍），位于北清路和地鐵16號線稻香湖路站以北規(guī)劃綠地區(qū)域，是與地鐵稻香湖路站一體化的開發(fā)項目。南側為地鐵稻香湖路站和城市主干道北清路，西側為城市干道稻香湖路，東側跨過創(chuàng)新園經六路臨近東埠頭排洪渠，北側為城市支路。一體化建筑一期工程為地下建筑，共兩層，修建寬度約20.52m，長約216m。地下一層為商業(yè)區(qū)，層高7米；地下二層為平時汽車庫，部分戰(zhàn)時作為核六級人防物資庫，層高4.5米。在地下一層南側與地鐵稻香湖路站站廳層設置三個一體化連通口，連通口內側地面標高與地鐵站廳保持一致，合理引導地鐵人流與商業(yè)人流，實現(xiàn)地鐵站廳與本工程的一體化設計理念。兩側連通口可直接進入地鐵站廳非付費區(qū)，中部連通口則設置地鐵安檢及閘機等設備，可刷卡進入地鐵站廳付費區(qū)。結合連通口和商業(yè)功能空間設計三個地面采光口，改善建筑空間感覺和乘車條件。在地下一二層北側分別預留與經六路地下后期工程的連通口，為規(guī)劃中地下商業(yè)區(qū)的南北貫通和各地塊汽車庫的相互連通打下基礎。該工程是一個地下兩層建筑，緊鄰地鐵北側地段修建，眾所周知，對于地鐵建設來說，車站一旦建成，臨近車站30米內范圍內，是無法修建任何建筑物的，如果要進行地下商業(yè)開發(fā)，最好是與地鐵車站同步進行工程施工，且地下商業(yè)開發(fā)的施工范圍也在本次項目部建設的圍擋范圍內。一體化施工伊始，地鐵施工程還剩余出入口、風道、暗挖通道工程，這些工程的共同特點是作業(yè)面狹小，各工序各工種交叉作業(yè)多，施工協(xié)調和配合存在一定的難度，如果管理不善將造成工期嚴重滯后，不利于成本控制，因此，項目采用BIM技術，將建好的一體化三維模型與施工現(xiàn)場進度、合同、成本、質量、安全等信息結合，確定項目的重難點，更好地進行施工交底，現(xiàn)場進度控制、質量安全追蹤以及成本的管控。二、項目重難點北京地鐵16號線地鐵工程需要在2016年底正式投入運行，為祖國2017年獻禮，因此相關的一體化工程及地下通道項目需要在一年內竣工并投入使用，項目施工進度控制便成為了重點管理目標。同時，對北京城鄉(xiāng)建設集團而言，本項目是集團的重點BIM試點項目，努力爭創(chuàng)北京長城杯工程。本項目主要具有以下重難點：1.工程類別多本工程包括車站、區(qū)間的土建工程、降水工程及站前廣場等工作內容，項目整體的工程量大，作業(yè)面較廣，所涉及的工法工藝多樣。2.管理難度大工程施工時間較長，覆蓋范圍廣，所涉及的工種多，專業(yè)分工細，調用大量不同工種進行長期施工，在無形中增加了施工管理的難度。3.施工過程中將面臨三多一少即作業(yè)面多、危險源多、質量控制點多，在施工區(qū)域內可以利用的施工場地少。4.施工質量要求高工程要求質量等級達到合格、分項工程驗收合格率100%、分部工程合格率100%、優(yōu)良率95%，積極開展創(chuàng)建安全文明標準工地的工作。三、項目應用目標1.技術目標主要對BIM技術進行應用研究，基于目前國內逐步成熟的廣聯(lián)達BIM5D軟件管理平臺，對地鐵施工過程進行精細化管理，包括模型搭建及管理、現(xiàn)場三維場地布置優(yōu)化管理、鋼筋工程管理、現(xiàn)場協(xié)同進度、質量、安全管理、工程量統(tǒng)計等摸索應流程，探索應用價值。2.管理目標施工BIM的及時應用落地，通過前期的探索和價值研究，將能夠為現(xiàn)場帶來實際價值的BIM應用點落地實踐，為項目上帶來切實可行的BIM管理方式。3.人才目標成熟BIM技術的應用推廣，在技能及人才雙方面培養(yǎng)的基礎上，為集團及地鐵項目部輸送成熟的應用方法及具有BIM專業(yè)技能的技術型人才。四、BIM應用方案（一）BIM應用策劃/方案01應用階段策劃施工準備階段、施工階段、竣工階段02BIM應用策劃內容明確施工階段BIM應用目標，對施工過程中BIM應用的具體操作流程、協(xié)同流程提出了構想，對BIM應用的成效作了明確要求。從初期的模型搭建、動畫制作、模型渲染以及后期的BIM平臺應用等方面，對項目的安全、質量、進度、成本等進行全方位管理。03應用點策劃（二）BIM組織架構早在2013年，北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司及北京城鄉(xiāng)建設集團基礎設施工程總承包部緊追時代步伐，成立BIM技術工作領導小組，組建BIM管理組織架構，利用BIM技術進行施工管理并廣泛應用。在本項目開展施工時，就引入了BIM人才負責現(xiàn)場的BIM應用探索及實踐，為后續(xù)推廣BIM技術打下堅實的基礎。其BIM組織架構如下：▲組織架構框架圖五、BIM應用過程（一）BIM5D之模型應用01基于地鐵施工的BIM模型建立建模流程：明確目標→明確建模細度標準→任務分工→專業(yè)協(xié)同→創(chuàng)建各專業(yè)模型→匯總整個項目模型→模型驗收根據(jù)施工過程和結構特點，通過廣聯(lián)達BIM5D軟件搭建滿足應用需要的基坑支護模型、基坑土方開挖模型、建筑模型、結構模型、鋼筋模型、三維場地模型、場站及綠化模型，為后期施工奠定基礎。▲模型效果圖02基于模型的圖紙深化設計通過三維模型將二維圖紙可視化，大大提高了相關人員的讀圖、識圖能力，提高了基于圖紙的溝通效率。此外，在三維模型建立的過程中，工程師能夠及時發(fā)現(xiàn)圖紙存在的不合理及碰撞等問題，在建模時與相關方溝通并解決問題，避免二次施工。換個角度說，三維建模的過程是一次圖紙審查的過程，能夠有效節(jié)省工期、節(jié)約成本。對根據(jù)施工圖創(chuàng)建的模型碰撞檢查和漫游，提前發(fā)現(xiàn)錯誤和碰撞點并提出深化設計方案。例如主梁和次梁的標高問題、底板回填和柱墩標高問題、鋼筋間距和直徑問題等一般性錯誤通過漫游非常容易識別出來。03基于BIM模型的方案論證和技術交底借助BIM技術進行三維場地布置，主在解決設備安置、材料堆放、設備進場、生活區(qū)布置等二維圖紙難以解決的問題，并通過BIM模型進行場地布置工程量計算、施工場地布置資產管理等，從而促進安全文明施工、保障施工計劃的執(zhí)行、有效控制現(xiàn)場成本支出?；贐IM模型的三維場地布置，能夠在設計之初考慮施工過程的材料以及機械設備的使用情況、材料堆放情況等因素，經過場地漫游細化現(xiàn)場場地布置的詳細位置圖、模擬各個方案的實際運行及成本情況，如：在施工過程中的場地狹小區(qū)域，容易產生大量的二次搬運，用小車或人力對材料進行二次或多次搬運會產生大量的二次搬運費用，增加項目的成本支出。傳統(tǒng)的2D平面圖往往因為可視范圍有限，需要多張圖紙配合才能看清楚某個構件的詳細位置與構造，并不直觀，增加工作量不說還降低精確度，難以預測哪些狹小區(qū)域可能會造成的人力、財力成本損失，而通過廣聯(lián)達BIM5D進行三維場地布置及漫游，項目管理層能夠直觀地看到各個方案實際運行的優(yōu)劣處，進而選擇最優(yōu)的場地布置方案，同時，優(yōu)化后的方案形成的三維模型能夠為現(xiàn)場工人交底提供依據(jù)，更加形象具體。04基于BIM的深化設計、優(yōu)化施工方案傳統(tǒng)2D圖紙做設計深化時,主要依靠設計人員的個人想象與施工經驗，很難考慮到各專業(yè)構件間的碰撞，容易造成疏漏。在應用廣聯(lián)達BIM5D進行深化設計時，可將設計中不同專業(yè)構件的碰撞直觀地反饋給設計人員，自動生成檢查結果報表，便于項目各參與方進行及時溝通與協(xié)調，減少設計變更，間接減少現(xiàn)場返工，縮短工期。本項目中為了優(yōu)化現(xiàn)場的施工方案，借助模型可視化的特點，將現(xiàn)場的水平施工位置、一體化與車站接口施工位置及后澆帶、環(huán)向施工縫位置進行了確定，同時對施工區(qū)域的劃分和流水段劃分方式進行了調整，使其更符合現(xiàn)場施工。運用BIM技術后，可以對已建的BIM模型進行參數(shù)化計算與編輯。BIM模型所具備的聯(lián)動性是傳統(tǒng)2D圖紙所不具備的，只需要點擊鼠標，廣聯(lián)達BIM5D就可以自動計算報表，即便是模型有變化或者修改，計算結果也會根據(jù)聯(lián)動關系重新生成計算結果，校正設備參數(shù)復核計算的結果，為設備選擇型號提供依據(jù)，減少算量和工作量，并提高數(shù)據(jù)精確性。05基于BIM鋼筋三維模型施工指導鋼筋作為支撐整棟建筑的核心構件，量大且結構復雜，在實際搭建中難以避免碰撞等問題，現(xiàn)場多次調整圖紙和施工節(jié)奏是對項目部人力、工期的極大浪費。本項目通過輸入鋼筋的名稱、直徑、強度等級、種類等參數(shù)，添加用于控制的顏色和編號等因素，搭建了三維鋼筋模型，為施工準備階段提供可視化的交底模型，形象化展示鋼筋綁扎及節(jié)點情況。在交底階段即可檢查出部分錯誤，減少實際施工中的錯誤，降低人為的操作失誤，直接提升施工效率，節(jié)約成本與工期。例如：在實際施工中，梁柱節(jié)點鋼筋、箍筋等鋼筋的搭接與擺放常有問題產生，鋼筋模型的可視化特性可以為鋼筋的擺放與綁扎提前做好準備，避免出現(xiàn)明顯錯誤。相對于在施工過程中臨時調整的做法，在施工準備期盡可能多地糾正鋼筋搭接與擺放的問題無疑是項目部最優(yōu)的選擇。▲鋼筋審核節(jié)點圖（二）BIM5D之現(xiàn)場應用01基于廣聯(lián)達BIM5D的進度管理在施工前期，項目組專門設立了BIM5D專職人員，學習和操作廣聯(lián)達BIM5D軟件，將工程進度與各類BIM模型進行關聯(lián)，實現(xiàn)進度計劃模擬?，F(xiàn)場技術人員可以根據(jù)模擬結果優(yōu)化施工工序排布。具體的進度管理流程如下圖所示：在現(xiàn)場施工過程中，生產經理根據(jù)現(xiàn)場實際施工進度，每周錄入一次實際進度。通過計劃進度與實際進度的對比，生產經理可以直觀地了解施工進度，查看工程是否按期進行，如有異?？芍苯硬榭床煌瑫r段施工進度情況并分析原因，為保證后續(xù)工期做出適當調整?！媱澾M度和實際進度對比為保證施工進度正常進行，很多項目相關方都需要對施工工期有一定程度的了解，以往主要以周例會、月例會的形式，通過生產經理以書面形式和口述形式進行項目介紹，而項目各相關方無法實時獲知進度情況，并對項目工期有深層的感知。為了讓更多人了解項目進度情況，生產經理可以借助廣聯(lián)達BIM5D進行施工模擬，將進度模擬截圖以進度照片的形式上傳至云端，直觀地呈現(xiàn)不同時段整體工程的施工進度，同時，項目各相關方可通過不同端口進行實時查看現(xiàn)場進度情況02基于廣聯(lián)達BIM5D的質量安全追蹤及統(tǒng)計分析管理在傳統(tǒng)模式下，項目現(xiàn)場質量安全問題的管理，由項目部質檢人員和安全員到現(xiàn)場進行檢查，針對發(fā)現(xiàn)的問題提出整改建議，口頭交代或者發(fā)到微信群里，有時只有特別需要記錄的問題才會整理到施工日志或整改單中，很可能由于轉述不準確、聊天消息過多、遺忘等人為原因，導致部分問題無法得到及時有效的解決。由于傳統(tǒng)的問題溝通與記錄方式存在缺陷，后期責任往往不可追溯，扯皮現(xiàn)象不斷。在采用廣聯(lián)達BIM5D的情況下，項目質檢人員及安全員到達現(xiàn)場、發(fā)現(xiàn)問題后，需要通過手機上傳到云端。在上傳的過程中，將問題分門別類、圖文結合、詳細敘述并將責任分配到人，達到質量問題可記錄、可查詢、可匯總、可追溯的目標。需要整改的施工人員將會實時收到質量安全問題提醒，并需要按時整改問題，在整改后及時上傳整改結果照片及描述。同時，項目管理層可隨時隨地通過Web端、PC端、手機端進行問題的調取和瀏覽。一個施工安全問題經過上述過程和管理層審核通過后方可結案，這就使得現(xiàn)場施工方到項目管理層多方聯(lián)動、按時按質整改問題。此外，“三端一云”的應用實現(xiàn)了多種問題的存檔與實時查閱，讓質量安全問題的解決流程透明化、直觀化，為項目成功保駕護航。在施工后期，整個工程進度中實時積累的質量安全問題將發(fā)揮其更大的價值。項目BIM人員將對整個施工過程中已發(fā)現(xiàn)并記錄的問題進行整理并匯總，對不同施工類別、不同施工階段的問題數(shù)據(jù)生成分析成果。借此，可直觀地獲知本項工程在施工中的主要問題及次要問題歸屬、影響工期的主要因素等，查漏補缺，為后期項目地下通道施工的質量及安全問題交底提供依據(jù)。03基于廣聯(lián)達BIM5D的材料成本管理在傳統(tǒng)的項目管理中，材料成本管理主要有兩大弊端：（1）材料成本控制主要依靠限額領料來實現(xiàn)，但額度的制定如果沒有統(tǒng)一的標準，就無法衡量材料用量的合理性與精確性；（2）材料物資的消耗主要靠人工統(tǒng)計，工作量大，容易存在人為誤差，且難以與項目實施同步。采用廣聯(lián)達BIM5D進行管理可規(guī)避上述問題。每天及時錄入各種材料的實際用量，即可按構件同步生成實際用量和理論用量的對比表，實現(xiàn)項目部對材料消耗的實時分析，便于找出超過正常損耗量的施工部位和相應構件，分析材料損耗原因，為制定節(jié)材對策提供精確可依的數(shù)據(jù)支持。此外，在后續(xù)的施工過程中，可以避免發(fā)生同樣的超額材料損耗，優(yōu)化工程成本管理工作模式，為后期項目施工創(chuàng)造可復制的經驗。六、BIM應用總結本項目的承包單位為北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司，該企業(yè)多年來累計創(chuàng)建魯班獎、大禹獎、詹天佑獎等國家級獎項29項，北京市長城杯優(yōu)質工程434項等，市優(yōu)工程率居全市同行業(yè)領先地位。獲得了“全國工程質量管理先進單位”、“全國優(yōu)秀施工企業(yè)”、“全國建筑業(yè)技術創(chuàng)新先進企業(yè)”、“全國重合同守信用”等榮譽稱號。北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司基礎設施工程總承包部，是北京城鄉(xiāng)建設集團有限責任公司的分公司，先后創(chuàng)建8項長城杯工程。已完工地鐵有4號線馬家堡站、10號線豐臺站、6號線草房站、10號線14號線換乘站西局站，在建地鐵有8號線、16號線附屬、7號延線、新機場線等。通過此次北京16號線建設過程中對BIM技術的實踐與探索，公司獲得了諸多實際效益與管理經驗。（一）實際效益1.在建模初期，發(fā)現(xiàn)施工圖紙問題共計112處，完成基于模型的圖紙會審工作15次，通過前期模型深化設計調整，節(jié)約返工成本共計約千萬元。2.BIM應用取得的主要效果：●可視化技術節(jié)約與各方協(xié)調聯(lián)絡的時間約10天，與傳統(tǒng)作業(yè)方式比較，時間節(jié)約1%；●節(jié)約材料的價值為131.2萬元，與傳統(tǒng)作業(yè)方式比較，材料節(jié)約2%；●縮短工期約54天，與傳統(tǒng)作業(yè)方式比較，工期節(jié)約6%；●節(jié)省的建造費用總額為455萬元，與傳統(tǒng)作業(yè)方式比較，建造費用節(jié)約3%。