基于BIM 的地鐵施工進度管理方案研究與應用

葉明珠，汪明，彭禮勇

（中鐵二院工程集團有限責任公司 BIM 中心，成都 610031）

隨著我國地鐵的快速發(fā)展，地鐵工程的建設任務逐漸增加[1]，多個城市推出了工程總承包的建設模式[2]，該管理模式下業(yè)主方只需與聯(lián)合體牽頭單位一家對話，工作關系簡單、責任界限明晰，而責任和風險則完全由聯(lián)合體承擔[3]。對工程而言，該建設管理模式在節(jié)省投資、縮短工期和質量保證方面具有明顯優(yōu)勢；但對聯(lián)合體牽頭單位而言，該模式對工程建設的管理范圍、方法和效率等方面均提出了挑戰(zhàn)，尤其在進度管理方面，亟需創(chuàng)新管理方法，借助建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）和信息技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)化、精細化、形象化管理[4]。

近年來，建筑、鐵路、公路等行業(yè)的眾多項目將BIM 及信息技術進行融合并應用于建設管理過程，取得了較好的成效。其中，余大成[5]借助BIM 信息管理平臺實現(xiàn)了地鐵車站施工協(xié)同管理；霍曉科[6]將BIM 技術應用在施工進度管理中并對其進行了分析和評價；薛建英等人[7]結合BIM 與掙值分析法對施工進度及成本控制進行了研究 。國內(nèi)各企業(yè)及高校已將BIM 及信息技術在施工協(xié)同、進度管理方面的應用思路進行了研究分析，并形成成功應用參考案例，但對工程進度管理數(shù)據(jù)協(xié)同和數(shù)據(jù)時效方面的需求尚不能完全滿足。

本文從總承包模式對施工進度管理和協(xié)同效率的需求出發(fā)，依托廣州地鐵十一號線施工總承包項目，研究基于BIM 的地鐵施工進度管理方法，解決BIM 等數(shù)據(jù)與現(xiàn)場進度結合及進度數(shù)據(jù)協(xié)同應用等問題；提出適用于城市軌道交通施工總承包項目進度管理的方案，并通過工程應用驗證其實用性。

1 地鐵進度管理問題分析

傳統(tǒng)的施工進度管理方法限制了施工進度管理水平的提高，主要體現(xiàn)在以下2 個方面。

1.1 數(shù)據(jù)間協(xié)同效率低

傳統(tǒng)施工進度管理基于二維CAD 圖紙編制施工組織計劃，利用進度管理工具進行統(tǒng)計，只能抽象表達進度實況，無法實時跟蹤實際施工進度，難以實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同；此外，編制及優(yōu)化進度計劃時計算復雜，計劃排查耗費大量時間成本，且不能直觀地對實際進度進行及時、準確地統(tǒng)計和分析，難以為施工總承包模式的管理者提供突出問題導向的決策依據(jù)[8]。

1.2 缺乏形象化表達方式

各類工程項目由于工程特點等原因，對于施工進度管理的方式不盡相同，BIM 建模標準和基于信息技術的管理手段還須針對具體項目進一步完善才能落實，運用BIM 技術輔助施工總承包模式的進度管理，需要充分分析項目工程特點和傳統(tǒng)地鐵施工進度管理關鍵要素，解決BIM 建模標準與分解尺度問題，實現(xiàn)BIM 單元與現(xiàn)場施工進度相匹配，模型信息與項目進度管理要素相結合，發(fā)揮BIM 技術形象化、精細化特點，提高進度管理水平。

2 總體方案

通過分析研究傳統(tǒng)地鐵施工進度管理方法，總結得出傳統(tǒng)進度管理方法是通過工法分部分項將合同、產(chǎn)值與現(xiàn)場進度相結合進行管理。本研究將傳統(tǒng)依據(jù)工法分部分項的施工進度管理與以BIM 為主的施工進度管理新方式相結合，通過研究地鐵工程的工法分部分項，建立地鐵模型工程分解結構（EBS，Engineering Breakdown Structure），基于模型EBS 制定地鐵施工模型定位及命名規(guī)則，用于指導地鐵施工BIM 建模[9]，形成與EBS 分解顆粒度相匹配的開挖體、墻體、樁柱、梁體等BIM 數(shù)據(jù)，同時與傳統(tǒng)的工法分部分項構成映射關系，實現(xiàn)模型、計劃、進度數(shù)據(jù)的整合，打通新舊2 種管理方式的連通通道，構建協(xié)同高效的地鐵施工進度管理方案。進度管理整體解決思路如圖1 所示。

圖1 進度管理整體解決思路

2.1 數(shù)據(jù)基礎建立

2012 年以來，住房和城鄉(xiāng)建設部陸續(xù)發(fā)布了6份BIM 國家標準，分別為應用標準、分類和編碼標準、存儲標準、交付標準、設計應用標準和施工應用標準。各地區(qū)也根據(jù)當?shù)谺IM 發(fā)展需求對標準進行完善，已初步形成國家標準、地方標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準4 級標準體系。本文根據(jù)基于BIM 的地鐵施工進度管理的模型需求，結合已有的國家、地方和行業(yè)BIM 標準，針對性地補充梳理了地鐵模型EBS，制定模型定位及命名規(guī)則并形成分部分項與模型映射關系。

2.1.1 地鐵工程模型EBS 標準

EBS 指在工程系統(tǒng)功能分析的基礎上，按功能、專業(yè)、技術將工程系統(tǒng)分解為一定細度的工程子系統(tǒng)而形成的樹狀結構[10]。本文提出按照工程系統(tǒng)結構分解準則[11]，結合地鐵工法分部分項原則，按照單位工程、分部（分專業(yè)）工程、分項（工種、工序、材料、設備類別和施工工藝等）工程劃分并梳理出地鐵模型EBS。

2.1.2 模型定位命名規(guī)則

為開展基于BIM 的地鐵工程施工進度信息化管理，地鐵工程模型定位及命名規(guī)則針對全國所有類型軌道交通項目中的三維模型構件建立唯一檢索ID，便于后續(xù)在功能應用中對模型構件進行快速檢索調用，模型定位及命名規(guī)則如圖2 所示。

圖2 模型定位及命名規(guī)則

模型檢索ID 是由數(shù)字0～9、字母A～Z 組成的以中劃線“—”隔斷的數(shù)個表示特定含義的字符串構成。檢索ID 按規(guī)則劃分為4 級：第1 級定位到單點工程單個專業(yè)；第2 級為構件定位編碼；第3 級為細部構件，根據(jù)模型EBS，表達一級定位所指定的專業(yè)中某一構件的類型；第4 級定位為流水號碼，表示某種構件在一個2 級定位區(qū)域中的編號。

2.1.3 模型映射關系

根據(jù)地鐵施工進度管理顆粒度，在分項工程層級與模型EBS 的構件類型間形成對應關系，即通過建立分部分項編碼與模型EBS 編碼的關聯(lián)關系實現(xiàn)映射。通過手動和自動映射2 種方式實現(xiàn)兩者的關聯(lián)。其中，自動映射即通過分部分項與構件類型名稱進行自動匹配；手動映射通過條件篩選分部分項、模型EBS 手動勾選方式，建立分部分項與模型EBS的映射關系，形成關系映射表。

2.2 進度管理設計

2.2.1 功能設計

進度管理包含模型管理、分項管理、施工計劃、施工報表和進度統(tǒng)計5 個功能模塊，將分項管理模塊和模型管理模塊通過模型映射關聯(lián)起來，工點通過模型管理的工序完成量填報施工進度并制定施工計劃，自動生成施工報表，得到進度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 進度管理功能模塊

（1）分項管理模塊是對地鐵工程工作項目的分解，工作項目是包括一定工作內(nèi)容的施工過程，是施工進度的基本組成單元。工作項目劃分的粗細程度，需滿足指導施工作業(yè)、控制施工進度的要求。

（2）模型管理模塊是基于三維模型的施工信息數(shù)據(jù)庫，包括工程結構、工序、材料等信息。

（3）施工計劃模塊是主要是基于工序的計劃，解決項目工作在時間上的先后銜接問題，以達到在保證質量、安全的基礎上，充分實現(xiàn)合理安排工期的目的。該模塊根據(jù)構件工序需要的人員、設備、材料得到具體的產(chǎn)值計劃、形象進度計劃、人員計劃、設備計劃及物料計劃。

（4）施工報表模塊主要包括施工日報、周報、月報等各種報表。施工報表的數(shù)據(jù)來自分項管理、模型管理及施工計劃模塊。

（5）進度統(tǒng)計模塊可通過BIM 展示開工情況、完工情況、滯后情況，并通過文字、圖表展示施工產(chǎn)值、形象進度、設備使用及物料消耗。

2.2.2 實現(xiàn)邏輯

本文提出一種基于BIM 的地鐵施工進度管理方法，輔助工作人員制定合理的施工計劃，動態(tài)跟蹤施工進度。通過BIM 的三維可視化特性，有助于工作人員及時解決施工進度問題，達到對施工全過程的有效掌控。實現(xiàn)地鐵施工進度管理功能的關鍵邏輯步驟如圖4 所示。

圖4 功能實現(xiàn)關鍵邏輯步驟

（1）關聯(lián)EBS：將工法分部分項與EBS 分項建立映射關聯(lián)；

（2）創(chuàng)建模型：根據(jù)EBS 分解的分部分項和設計圖紙建立詳細的車站/區(qū)間模型，并在模型的構件信息中附加“人、機、料”等信息；

（3）分解工序：將地鐵BIM 的構件進行工序分解，并梳理是否屬于形象進度、產(chǎn)值計算、計劃等管理屬性；

（4）實例化工點分部分項：施工單位根據(jù)工法分項和施工圖紙得到具體的單位分部工程分項，根據(jù)概算、圖紙得到附加分項的產(chǎn)值、設計量及單價；

（5）制定施工計劃：根據(jù)工序的“人、機、料”施工屬性，制定工序計劃，得到產(chǎn)值計劃、形象進度計劃、人員計劃、設備需求計劃、材料需求計劃等；

（6）填報進度：工點錄入單位工程的工序施工完成情況，填報分部分項的完成情況；

（7）統(tǒng)計生成：自動將施工完成情況與施工計劃對比，將施工進度情況反映至地鐵BIM 上；

（8）報表生成：根據(jù)分部分項施工完成情況自動匯總，生成施工日報、月報、季度報表，并根據(jù)施工工序的完成情況分析得到開工情況、完工情況、進度滯后情況、產(chǎn)值情況、設備使用情況及物料消耗情況。

3 方案應用

3.1 應用情況

廣州地鐵十一號線施工總承包項目工程覆蓋范圍廣泛、建設周期長、參與單位眾多、外部干擾因素復雜，項目部根據(jù)項目管理層級和項目實體分部分項情況，部署了施工進度信息化管理平臺，并在全線開展基于BIM 的施工進度信息化管理，管理內(nèi)容主要包括形象進度管理和產(chǎn)值進度管理。

（1）形象進度管理。具體實現(xiàn)步驟為：各工點根據(jù)前期EBS 分解、模型定位及命名規(guī)則，創(chuàng)建各站點BIM 并上傳平臺；在平臺中對模型各構件附加“人、機、料”等進度相關信息；將模型各構件按批次綁定施工計劃；各個施工計劃根據(jù)現(xiàn)場派工單動態(tài)更新完成情況；更新后的進度狀態(tài)在模型中直觀展示。管理效果如圖5 所示。

圖5 形象進度管理效果示意

（2）產(chǎn)值進度管理。主要實現(xiàn)方法為：由最高層級的項目經(jīng)理部在平臺中預設實體分部分項；由各工點項目人員根據(jù)自身工程實體的實際情況，實例化各個工點的合同任務量；各工點計調人員將總體工籌和下發(fā)的年度產(chǎn)值計劃與實際分部分項進行綁定；工點進度管理人員開展每日產(chǎn)值填報。通過以上步驟，平臺可自動統(tǒng)計、匯總并生成周、月、季、年度進度報表及進度產(chǎn)值曲線分析圖，同時，按預設周期發(fā)送進度偏差預警通知。項目管理人員以此獲取產(chǎn)值進度情況，及時調整糾偏。

3.2 應用成效

本文方案通過近3 年在廣州地鐵十一號線施工總承包項目中的應用和完善，逐步趨于穩(wěn)定和成熟。該方案還應用于其他信息化管理平臺，在多個大規(guī)模項目中取得了良好的應用效果。與傳統(tǒng)的地鐵施工進度管理方式相比，本文方案的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）實現(xiàn)了施工形象進度真實、及時反映。通過建立地鐵模型EBS 和構件定位命名規(guī)則，規(guī)范了模型層面輸出標準，在此基礎上實現(xiàn)對模型和工程實體分部分項的關聯(lián)，為模型反映實際施工進度提供技術基礎。

（2）兼顧傳統(tǒng)管理理念，利用預設工程分部分項，將合同產(chǎn)值、設計工程量和施工計劃等信息與分部分項綁定，通過進度報表功能即可實現(xiàn)施工產(chǎn)值統(tǒng)計、匯總及計劃對比分析，發(fā)現(xiàn)即時進度與工程計劃的偏離，及時給予優(yōu)化調整，保障了施工計劃的有序實施。

（3）實現(xiàn)了施工計劃及施工過程的自動化、規(guī)范化管控和精細化管理。充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，制定科學合理的進度計劃及相應的人、機、料供應計劃，計劃沖突自動提醒，提高了進度計劃的可操作性，減少了后期不必要的調整；施工日報功能可提醒并規(guī)范工程人員按時填寫，降低了管理人員現(xiàn)場進度巡檢頻率，提高了管理人員對工程項目進度的把控水平。

4 結束語

本文提出的地鐵施工進度管理方案基本解決了地鐵施工總承包項目在進度管理方面及時性差和形象化程度低的問題，尤其在土建施工階段的項目應用中成效明顯，為利用BIM 和信息技術管理地鐵施工進度提供了行之有效的方法和手段。后續(xù)可根據(jù)機電施工階段具體需求，進一步深化標準，形成可供地鐵行業(yè)參考的施工進度管理解決方案。