BIM技術(shù)在鐵路四電工程進度管理中的應(yīng)用

廖軍華LIAO Jun-hua

（中國鐵建電氣化局集團有限公司，北京 100043）

0 引言

隨著我國建筑水平的提高，施工規(guī)模不斷增大，設(shè)計標準以及工藝要求不斷提高，建設(shè)速度逐漸加快，傳統(tǒng)進度管理模式難以適應(yīng)鐵路工程建設(shè)信息化快速發(fā)展需求[1]。BIM可視化技術(shù)與傳統(tǒng)施工進度管理技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，實現(xiàn)了工程進度的可視化以及進度管理的動態(tài)調(diào)控，滿足新時代背景下對精細化管理的要求，為鐵路四電工程項目進度管理提供了新的思路。本文以新福廈鐵路四電工程為應(yīng)用背景，研究BIM技術(shù)在長距離、多工點、多專業(yè)，大規(guī)模施工的情況下，對施工進度實時可視化監(jiān)控和進度計劃糾偏優(yōu)化的應(yīng)用。

1 研究背景

建設(shè)工程項目中，施工進度管理一直是重難點問題[2]?，F(xiàn)階段基于BIM的項目進度管理方式主要是對三維模型進行信息集成，借助基于BIM技術(shù)的施工管理平臺，將三維模型關(guān)聯(lián)進度計劃進行模擬演示，并通過周、月階段性的施工數(shù)據(jù)錄入對進度計劃進行檢查論證[3～6]。進度計劃的可視化模擬可以在施工前發(fā)現(xiàn)可能存在或者將要發(fā)生的問題和風(fēng)險[7]，隨著工程的推進，無法做到實時動態(tài)的進度管理，對進度計劃的糾偏、動態(tài)調(diào)控手段不夠高效靈活。階段性施工數(shù)據(jù)錄入時，仍然采用調(diào)度人員逐級上報、逐級統(tǒng)計的傳統(tǒng)模式為主，效率低、統(tǒng)計工作量大[8]，在施工規(guī)模大且施工專業(yè)種類多的工程項目中，極易造成數(shù)據(jù)更新不及時，或信息的漏報錯報等問題[9]?，F(xiàn)階段BIM應(yīng)用主要存在的問題，主要是因為工程項目施工進度管理主體信息獲取不足和處理效率低下所致[10]。

本文以新福廈鐵路四電工程項目為背景，利用自主研發(fā)的BIM+GIS平臺（以下簡稱管理平臺）將由Revit軟件建立的鐵路四電工程參數(shù)化模型與施工進度計劃進行關(guān)聯(lián)。通過管理平臺收集各工點現(xiàn)場的每日施工實時進度數(shù)據(jù)，有效減少統(tǒng)計數(shù)據(jù)工作量及其他人為因素。將實際進度通過模型與甘特圖結(jié)合進行管理，通過模型的顏色顯示來直觀地判斷工作任務(wù)的提前及滯后狀態(tài)，為施工進度計劃的調(diào)整優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)用思路

通過管理平臺將參數(shù)化模型與進度計劃鏈接，實現(xiàn)參數(shù)化模型與時間維度的鏈接，轉(zhuǎn)變?yōu)檫M度模型。整合進度模型以及每日施工數(shù)據(jù)，管理人員可在管理平臺上，通過進度模型的顏色變化可實時查看當(dāng)日的施工進度與計劃進度的對比情況。應(yīng)用思路如圖1所示。

圖1 基于BIM技術(shù)的施工進度可視化應(yīng)用思路

3 參數(shù)化模型創(chuàng)建

3.1 模型劃分及編碼標準

為了實現(xiàn)信息的無縫傳遞，需要對模型構(gòu)件進行分類與編碼[11]。參考鐵路BIM聯(lián)盟的《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南》中對鐵路四電工程各專業(yè)模型單元的劃分，并結(jié)合《鐵路工程WBS工項分解指南》以及項目部進度管理實際的相關(guān)需求，采用線分類法對模型進行構(gòu)件劃分。依托可擴展的編碼體系，形成各專業(yè)的模型構(gòu)件劃分及編碼表（表1）?；诖吮?，對構(gòu)建代碼第三層級及之后層級的構(gòu)件進行族文件建模，父級的構(gòu)件模型均為子級的構(gòu)件模型組成，例如第二層級構(gòu)件模型均采用第三層級之后的族文件拼接而成。

表1 牽引變電專業(yè)模型構(gòu)件劃分及編碼表（示例）

圖2 模型劃分示意

為保證模型分類編碼的唯一性和表意性[12]，每一個模型構(gòu)件都將賦予唯一的編碼。模型構(gòu)件編碼共由5層結(jié)構(gòu)組成（圖3），第一層為項目代碼，為固定名稱代碼；第二層為專業(yè)代碼，對應(yīng)構(gòu)件劃分及編碼表的第一層級構(gòu)件代碼；第三層為工點代碼，從“0001”開始，施工里程從小到大依次增加；第四層為構(gòu)件分類代碼，對應(yīng)構(gòu)件劃分及編碼表的第二層級之后的構(gòu)件代碼；第五層為構(gòu)件編號，采用不定長字符，依據(jù)相關(guān)構(gòu)件的使用而定，例如接觸網(wǎng)支柱編號、變電設(shè)備編號等可直接使用設(shè)計編號，接觸網(wǎng)吊弦構(gòu)件編號可以按跨距內(nèi)順序編號結(jié)合支柱編號和錨段編號，以方便人員查看辨認。

圖3 模型編碼結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 模型創(chuàng)建

采用Autodesk Revit系列軟件對本項目的各專業(yè)工程進行參數(shù)化模型創(chuàng)建。模型創(chuàng)建后，通過自研的二次插件導(dǎo)出輕量化模型（JIN格式文件），然后上傳至系統(tǒng)工點標簽之下進行模型統(tǒng)一管理。鑒于四電專業(yè)工程的特點，本項目的參數(shù)化建模還需依托站前單位的道路、橋梁、隧道模型進行創(chuàng)建。各專業(yè)工程的建模范圍包含線路內(nèi)所有工點，與現(xiàn)場保持高度一致。

圖4 基于BIM的參數(shù)化建模流程

4 模型與進度計劃鏈接

4.1 WBS工項分解編碼表的編制

按照單位工程、分部工程、分項工程、檢驗批的質(zhì)量驗收體系以及施工深化應(yīng)用需求進行施工作業(yè)分解，得到標準統(tǒng)一的WBS工項分解表。結(jié)合各專業(yè)的模型構(gòu)件劃分及編碼表，將工項任務(wù)與相關(guān)模型構(gòu)件名稱及編碼對應(yīng)，形成一套適合鐵路四電項目管理的WBS工項分解編碼表（表2）。

表2 WBS工項分解編碼表（示例）

4.2 參數(shù)化模型與進度計劃的鏈接

參數(shù)化模型的構(gòu)件層級與分部分項工程均為一一對應(yīng)，且包含有相同的編碼。施工進度計劃按照分部分項工程進行編制時，所有施工進度計劃內(nèi)的項目和模型已經(jīng)進行了鏈接。將參數(shù)化模型與進度計劃導(dǎo)入BIM管理平臺，即可實現(xiàn)自動關(guān)聯(lián)。

5 系統(tǒng)設(shè)計及創(chuàng)建

管理平臺進度管理模塊系統(tǒng)側(cè)重對現(xiàn)場施工日志、工作項進度計劃、調(diào)度報表進行管理。結(jié)合進度模型，實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)驅(qū)動進度模型形象變化，并通過模型顏色變化區(qū)分進度計劃的實施情況。

5.1 硬件架構(gòu)

管理平臺進度管理模塊系統(tǒng)包括，工作站1臺，后臺服務(wù)器2臺。服務(wù)器通過交換機實現(xiàn)與工作站的數(shù)據(jù)互聯(lián)，1臺服務(wù)器用于進度的Web發(fā)布，另1臺服務(wù)器安裝標準版SqlServer數(shù)據(jù)庫軟件，用來提供數(shù)據(jù)庫存儲及管理服務(wù)。

①數(shù)據(jù)庫服務(wù)器包括中心數(shù)據(jù)庫、配置文件、BIM模型數(shù)據(jù)庫、編碼數(shù)據(jù)庫、日志文件和進度管理系統(tǒng)。

②進度管理Web服務(wù)器用于進度管理的Web發(fā)布。

③工作站，操作人員通過工作站登陸服務(wù)器，進入進度管理系統(tǒng)。

5.2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計示例圖

5.2.1 數(shù)據(jù)層

管理平臺進度管理模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)層主要由模型數(shù)據(jù)庫、編碼數(shù)據(jù)庫、配置文件和日志文件組成。

5.2.2 服務(wù)層

主要由DAL數(shù)據(jù)訪問層、WebService和編碼映射關(guān)系構(gòu)成。其中：DAL數(shù)據(jù)訪問層：B/S數(shù)據(jù)處理程序的基礎(chǔ)。主要負責(zé)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的增改、查閱，以及配置文件的讀取等基本操作。WebService為應(yīng)用層的B/S頁面提供RESTful Web API接口服務(wù)。編碼映射關(guān)系：BIM模型通過構(gòu)件編碼同施工日志工作項編碼進行關(guān)聯(lián)，達到日志數(shù)據(jù)可驅(qū)動模型數(shù)據(jù)。

5.2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層表現(xiàn)為Web頁面，基于服務(wù)層和數(shù)據(jù)層實現(xiàn)，應(yīng)用功能包括：模型管理、編碼管理、工點管理、計劃管理、日志填報、日志查看、三位回溯、甘特圖和數(shù)據(jù)維護功能。

6 實時進度可視化

6.1 實時進度數(shù)據(jù)的收集

進度數(shù)據(jù)的收集方法主要依靠現(xiàn)場工點施工作業(yè)人員手動更新?，F(xiàn)場各工點的施工作業(yè)人員通過智能移動端或網(wǎng)頁瀏覽器登錄管理平臺選取相應(yīng)工點，實時填報上傳施工進度日志（圖6）。日志內(nèi)容包含現(xiàn)場當(dāng)日進度數(shù)據(jù)以及施工情況的照片、工作人員、機具等。管理平臺對每日的進度日志進行匯總可輸出進度報表，也可選取某工點對相關(guān)的施工進度日志進行查閱，提高了數(shù)據(jù)處理的效率以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_率。

圖6 施工日志填報數(shù)據(jù)界面

6.2 實時進度可視化應(yīng)用

6.2.1 實時進度可視化

管理平臺依據(jù)每日進度數(shù)據(jù)，結(jié)合三維模型與甘特圖，直觀表達每日實際施工進度情況，并將實際量與計劃量進行顏色區(qū)分，通過工作量、累計百分比等指標數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前施工進度計劃滯后的工點或者施工部位。

6.2.2 進度可視化動態(tài)控制

管理平臺依據(jù)選定的進度計劃可實現(xiàn)三維動態(tài)模擬展示，選定計劃時間軸對施工過程按進度計劃時間軸進行模擬，實現(xiàn)施工方案可視化交底。隨著工程項目施工實施的逐步推進，在管理平臺可隨時對工程任務(wù)的計劃開始和結(jié)束時間進行調(diào)整。管理平臺進度管理模塊界面分為模型顯示區(qū)與計劃調(diào)整區(qū)，上部分為工點選擇，模型顯示區(qū)域，下部分為進度計劃顯示與調(diào)整區(qū)域（圖7）。

圖7 進度可視化管理示例圖

6.2.3 進度形象化與物資管理的結(jié)合

通過進度模型對物資二維碼安裝后的掃描填報數(shù)據(jù)（圖8）以及每日的進度數(shù)據(jù)進行動態(tài)集成，將相關(guān)物資的安裝信息與進度報表的進度量對比，實現(xiàn)進度與物資管理的聯(lián)動，保障進度數(shù)據(jù)的準確性。

圖8 模型信息示例圖

7 應(yīng)用效果

管理平臺對每日的進度數(shù)據(jù)進行實時匯總處理，可視化展示，提高進度管理效率。通過管理平臺遠程監(jiān)管，減少了管理人員去現(xiàn)場驗證進度情況的頻次。對于長距離，工點多且分散的鐵路四電工程項目，有利于提高施工進度監(jiān)管效率。通過數(shù)據(jù)集成、模型與實體對比、無紙化辦公、云端傳輸?shù)仁侄渭涌炝藬?shù)據(jù)與施工安排的效率。如，在泉港10kV配電所的施工中提前對進度計劃進行優(yōu)化調(diào)整5處，對電力專業(yè)與房建專業(yè)的施工計劃進行調(diào)整，穿插進行施工，相較于原施工進度計劃減少施工人員投入3人，節(jié)約工期8天，在準確實現(xiàn)進度目標的同時，有效的節(jié)約了人工成本。

8 結(jié)束語

工程進度的有效管理是進度目標實現(xiàn)的關(guān)鍵。通過應(yīng)用BIM技術(shù)進行二次開發(fā)及實時數(shù)據(jù)整合，開拓了BIM技術(shù)在施工進度管理中的應(yīng)用新思路，對于BIM技術(shù)在實時過程控制的可視化進度預(yù)警和糾偏方面有很大的應(yīng)用價值。