BIM技术在轨交工程施工进度管理中的应用

　　5.2 基于 BIM 技术的施工进度管理（Schedule Management inConstruction Based on BIM Technology）。

　　设计阶段创建的 BIM 模型是施工阶段进行基于 BIM 技术的施工进度管理的基础。

　　经过 4.2 节的介绍可知：创建的 BIM 模型中已有了拟建建筑的所有基本属性信息，如建筑的几何模型信息、功能要求、构件性能等。但要实现施工可视化，还需要创建针对具体施工项目的技术、经济、管理等方面的附加属性信息，如建造过程、施工进度、成本变化、资源供应等。所以，完整地定义并添加附加属性信息于 BIM 模型中，是实现基于 BIM 技术施工进度管理的前提。

　　5.2.1 基于 BIM 模型的图纸会审。

　　图纸会审是指工程各参建单位（建设单位、监理单位、施工单位）在收到设计院施工图设计文件后，对图纸进行全面细致的熟悉，审查出施工图中存在的问题及不合理情况并提交设计院进行处理的一项重要活动。图纸会审由建设单位负责组织并记录。通过图纸会审可以使参与工程建设的各方特别是施工单位了解工程设计的主导思想、建筑构思和要求，领会设计意图，熟悉设计图纸，掌握工程特点及难点，找出需要解决的技术难题并拟定解决方案，并尽可能的将因设计缺陷而存在的问题消灭在施工之前，使设计施工图纸更符合施工现场的具体要求，避免返工浪费。施工图纸会审对于保证建设工程质量、加快建设进度、确保投资效益，即实现质量、工期、投资三大控制目标具有非常重要的作用。

　　施工图纸会审主要包括：总平面图的相关审查；各单位专业图纸本身是否有差错及矛盾、各专业图纸的平面立面剖面图之间有无矛盾；不同专业设计的图纸之间有无互相矛盾等。

　　城市轨道交通项目涉及 30 多个专业，其图纸会审相较于普通工程项目更加繁琐，也更有意义。传统图纸会审工作，由于 2D 图纸形象性差，存在查找图纸中的错误困难，并且在查找到不同专业的图纸之间存在矛盾后，各专业间沟通困难等问题。这样的图纸会审，往往达不到工程建设程序中期望的效果，对工程项目的目标控制造成不利影响。

　　基于 BIM 技术的施工图纸会审，BIM 模型通过可视化的工作平台，以实际构件的三维模型取代 2D CAD 图纸中的二维的线条、文字说明等表达方式。它将需要多张平面图纸才能表达清晰的问题在一个三维的 BIM 模型中直观地反映出来（如碰撞问题），从而较容易地找到设计中存在的失误或错误；同时，在查找到问题之后，通过 BIM 模型可视化的工作平台，各专业可以更容易明白自己需要怎样配合才能有效的解决问题，这样有效避免了图纸会审中"顾此失彼"的现象，提高了图纸会审效率并且保证了图纸会审的意义。且经图纸会审后，各专业均可以直接在各自的 BIM 模型中进行修改，根据 BIM技术的关联修改特性，其他专业模型中相关联的部位也会发生相应的修改，这就确保了最终生成图纸的准确性和一致性。以管线综合为例，其 2D 施工图纸与 BIM 模型在图纸会审时的对比。

　　5.2.2 基于 BIM 技术的施工组织过程。

　　按照基于 BIM 技术的图纸会审结果进行修改而得的 BIM 模型，即为比较完整的可用于施工阶段的基于 BIM 技术的三维空间模型，这个模型称为基本信息模型。经过 4.2节的介绍可知：该三维空间模型中集成了拟建建筑的所有基本属性信息，如建筑的几何模型信息、功能要求、构件性能等。但要实现基于 BIM 技术的 4D 施工可视化，还需要创建针对具体施工项目的技术、经济、管理等方面的附加属性信息，如建造过程、施工进度、成本变化、资源供应等。所以，完整地定义并添加附加属性信息于 BIM 模型中，是实现基于 BIM 技术的施工进度管理的前提。

　　（1）基于 BIM 模型的项目工作结构分解。

　　城市轨道交通项目施工管理，首先应进行项目工作结构分解（Work BreakdownStructure,WBS），完成对项目的范围管理和活动定义。经图纸会审后的 BIM 模型中包含了完整的拟建项目的基本属性信息，在 BIM 平台上，施工单位通过信息互用从 BIM平台中获取施工阶段所需的信息，进行项目工作结构分解。利用 BIM 模型中包含的建筑所有材料、构件属性信息，通过计算机快速而准确地计算出各种材料的消耗量、各种构件工程量，可快速统计出各分部分项工程或各工作包的工程量，为工程施工项目的管理、分包以及资源配置提供了极大的方便。

　　基于 BIM 技术的城市轨道交通项目施工可视化的实现，还需要将反映城市轨道交通项目施工的技术、经济、管理等附加属性信息添加于图纸会审后的三维空间模型中。

　　项目工作结构分解后所得分部分项工程及各工作包有其唯一编码。编码是实现 BIM 模型与附加属性信息相链接的桥梁，它能够将施工项目的相关技术、经济、管理等附加属性信息添加于 BIM 模型中，从而实现基于 BIM 技术的施工可视化应用。

　　相较于传统的工作结构分解方式，基于 BIM 模型的城市轨道交通项目工作结构分解，通过优化后的三维空间模型来获取施工所需信息的，获取信息较完整、更直观，信息准确度较高，提高了工作结构分解的效率和质量。

　　（2）基于 BIM 模型的施工方案设计。

　　施工总体方案的合理选择是工程项目施工组织设计的核心，施工方案是否合理，不仅影响到施工进度计划和施工现场平面布置，而且还直接关系到工程的施工安全、效率、质量、工期和技术经济效果。施工方案设计主要包括确定施工程序、确定单位工程施工起点和流向、确定施工顺序、合理选择施工机械和施工工艺方法及相关技术组织措施等内容。

　　基于 BIM 模型的图纸会审后，经过优化就可得到比较完整的可用于施工阶段的基于 BIM 技术的三维空间模型，它集成了拟建建筑的几何模型、功能要求、构件性能等信息。3D 模型在 BIM 软件平台上结合初步的施工方案及初步的施工进度，可实现对某一施工过程的 4D 可视化模拟，这样可以预先直观的判断出与这个施工过程相关的施工方法、施工机械及其相关技术措施是否合理，并可进行相关修改再模拟。这样通过反复4D 模拟和演示，项目管理者可以对各种动态影响因素进行分析，规划良好的工作秩序、选择合适的施工方法和机械设备，并对虚拟建造过程进行调整，使虚拟建造过程满足项目要求。

　　通过关键工序 4D 施工过程的模拟，项目管理者可以得到：规划良好的施工程序和顺序、单位工程施工起点和流向，合理施工机械和施工工艺方法及相关技术组织措施等。

　　项目管理人员再利用这些结果对人工、材料、机械进行分配和编制施工进度计划。

　　（3）基于 BIM 模型的施工进度计划编制。

　　施工进度计划是对生产任务的工作时间、开展顺序、空间布局和资源调配的具体策划和统筹安排，是实现施工进度控制的依据，施工进度计划是为了对施工项目进行时间管理。编制准确可行并真实反映项目情况的进度计划除了依据各方对里程碑时间点和总进度的要求外，主要还受到施工搭接顺序、各分部分项工程的工程量、资源供应情况等的限制。

　　BIM 模型的应用为进度计划的制定减轻了负担。通过基于 BIM 模型的施工方案设计，项目管理者能够清晰地认识到项目实施过程中可能出现的状况，从而在编制施工进度计划时能够合理的确定各分部分项工程的作业工期、作业间逻辑关系、作业资源分配情况。

　　基于 BIM 模型的图纸会审后的三维空间模型集成了拟建建筑的几何模型、功能要求、构件性能等信息，通过 BIM 平台的工程算量软件将数据进行整理，可直接精确计算出各种材料的用量和各分部分项工程的工程量；也可以依据施工阶段的划分，计算出相应阶段所需的工程量。

　　项目管理者在编制进度计划时，首先利用工程量并结合劳动效率可以估算出各项工作的作业时间，再通过系统数据库中其他类似规模项目模型经验和历史信息参考，完成对项目作业工期的估算；作业工期估算完成后，按照作业间的逻辑关系，对施工作业顺序做出安排。工程项目中常见的四种作业逻辑关系为：完成-开始（FS）、开始-开始（SS）、开始-完成（SF）、完成-完成（FF）。最后，结合国家颁布的定额规范及企业实际施工水平，计算出各项工作所需的人员、材料、机械用量，结合项目现场资源情况，为作业分配资源。

　　按照作业间的逻辑关系和各作业的持续时间来绘制网络图或者横道图，最后使用Project2007 软件完成基于构建的项目进度计划的编制。

　　（4）基于 BIM 模型的施工布置方案。

　　施工场地布置是项目施工的前提，合理的布置方案能够在项目开始之初，从源头减少施工冲突及施工安全隐患发生的可能性，提高建设效率。尤其是对于城市轨道交通这样大型工程项目，工程量巨大，机械体量庞大，更需要统筹合理安排。传统二维模式下静态的施工场地布置，以 2D 施工图纸传递的信息作为决策依据，并最终以 2D 图纸形式绘出施工平面布置图，不能直观、清晰地展现施工过程中的现场状况。施工现场活动本身是一个动态变化的过程，施工现场对材料设备机具等的需求也是随着项目施工的不断推进而变化的，而以 2D 的施工图纸及 2D 的施工平面布置来指导 3D 的建筑建造过程具有先天的不足。

　　在基于 BIM 技术的模型系统中，首先将基本信息模型和施工设备、临时设施以及施工项目所在地的所有地上地下已有建筑物、管线道路结合成实体的 3D 综合模型，然后赋予 3D 综合模型以动态时间属性，实现各对象的实时交互功能，使各对象随时间的动态变化形成 4D 的场地模型；最后在 4D 场地模型中，修改各实体的位置和造型，使其符合施工项目的实际情况。

　　在基于 BIM 技术的模型系统中，建立统一的实体属性数据库，并存入各实体的设备型号位置坐标和存在时间等信息：包括材料堆放场地、材料加工区、临时设施、生活文化区、仓库等设施的存放数量及时间、占地面积和其他各种信息。通过漫游虚拟场地，可以直观地了解施工现场布置，并查看到各实体的相关信息，这为按规范布置场地提供极大的方便；同时，当出现有影响施工布置的情况时，可以通过修改数据库的相关信息来更改需要调整的地方。

　　（5）基于 BIM 模型的资源供应量的建立与分配。

　　施工现场的资源供应是施工建造的物质基础。资源供应量与分配包括：材料资源的供应与分配、劳动力的供应与分配、机械设备的供应与分配以及资金供应等内容。

　　基于 BIM 模型的施工方案及施工进度计划编制完成后，将 WBS 编码与 BIM 模型中构件 ID 号进行关联，完成了对基于 BIM 技术的 4D 虚拟建造过程。

　　在 4D 虚拟建造中，将模拟的项目分解为各个阶段、各种材料，利用 BIM 算量软件计算出任意里程碑事件或施工阶段的工程量和相应施工进度所需的人工劳动力、材料消耗、机械设备。依据 4D 施工过程模拟分析，确定施工过程中的各项任务都得到应有的资源供应量和分配额度。

　　（6）基于 BIM 技术的施工过程的优化。

　　利用 Project 创建的进度管理信息，与 BIM 模型进行交互，实现基于 BIM 技术的施工 4D 虚拟建造过程。在虚拟的现实环境下通过对整个施工过程的模拟，项目管理者可在项目建造前对施工全过程进行演示，真实展示施工项目的各里程碑节点情况。

　　在虚拟建造过程中，依据施工现场的人力、机械、工期及场地等资源情况对施工场地布置、资源配置及施工工期进行优化。通过反复的 4D 虚拟建造过程的模拟，选择最合适的施工方案、施工场地布置、材料堆放、机械进出场路线，并根据最终的 4D 虚拟建造过程，进行合理的资源供应量的建立与分配。

　　5.2.3 基于 BIM 技术的施工动态管理。

　　基 BIM 技术的 4D 施工动态管理系统包括四个方面的：基于 BIM 技术的施工进度动态管理、基于 BIM 技术的施工场地动态管理、基于 BIM 技术的施工资源动态管理。

　　（1）基于 BIM 技术的施工进度动态管理。

　　① 施工进度动态展示。

　　在进行基于 BIM 技术的施工进度动态管理时，结合项目施工方案对进度计划进行调整，不断优化项目建造过程，找出施工过程中可能存在的问题，并提前在各参与方、各专业间进行协调解决，优化 4D 虚拟建造过程；同时，当施工项目发生工程变更或业主指令导致进度计划必须发生改变时，施工项目管理者可依据改变情况对进度、资源等信息做相应的调整，再将调整后的信息交互到BIM模型中，进行4D虚拟建造过程模拟。

　　完成进度调整后，可利用基于 BIM 技术的 4D 虚拟建造模型来进行工程施工进度动态展示，使项目的各参与方对于项目的建造情况有直观的了解。

　　② 工程施工进度监控。

　　基于 BIM 技术的施工 4D 虚拟建造模型不仅能够进行施工进度的合理安排、展示动态的施工进度过程，而且能够利用 4D 虚拟建造模型进行施工进度的监控。

　　基于 BIM 的目标计划中，每一施工过程工作定义有工作计划开始时间、计划完成时间，完成该工作的工程量、资源量等等。在实际施工过程中，由工作人员在 BIM 进度模型中根据工程实际情况及时输入每一施工过程的实际开始时间和实际完成时间，工程量的完成情况，这样可以进行工程实际进度与模型计划进度的对比分析。通过实时查看模型计划和实际完成情况，项目管理者能够及时采取适当措施或调整进度计划，保证施工进度计划的可控性。

　　（2）基于 BIM 技术的施工资源动态管理。

　　施工过程是一个消耗资源的过程。在基于 BIM 技术的虚拟系统中，随着虚拟建造过程的进行，虚拟建筑资源被分配到具体的模型任务中，实现对建筑资源消耗过程的模拟。通过 BIM 模型编制的资源计划集成了资源、费用和进度，能够有效地为施工现场的资源供应提供决策依据。

　　通过向 BIM 模型中添加资源建立资源分配模型，确定所有各项任务都能够分配到可靠的资源，从而保障施工过程的顺利进行。利用基于 BIM 技术的 4D 虚拟模型生成施工过程中动态的资源需求量及消耗量报告，项目管理者依据资源需求量及消耗量报告，调整项目资源供应和分配计划，避免出现资源超额分配、资源使用出现高峰与低谷时期等现象。同时，根据资源分配情况为项目中的构件添加超链接，项目管理人员可以根据实际进度，由构件中的超链接了解项目构件所需要的资源信息，作出合理的资源供应和分配，以便及时为下一步的工作做好准备工作，从而避免因工程材料供应不及时或者准备工作不及时而耽误正常的施工秩序，造成工期拖延的现象发生。

　　（3）基于 BIM 技术的施工场地动态管理。

　　基于 BIM 技术的施工布置方案，结合施工现场的实地情况，并依据施工进度计划和各专业施工工序逻辑关系，合理规划物料的进场时间和顺序、堆放空间，并规划出清晰的取料路径。有针对性地布置临水、临电位置，保证施工各阶段现场的有序性，提高施工效率。

　　在基于 BIM 技术的系统中，进行 3D 施工场地布置，并赋予各施工设施的 4D 属性信息。当点取任何设施时，可查询或修改其名称、类型、型号和计划存在时间等施工属性信息。实时统计场地设施信息，将场地布置与施工进度相对应，形成 4D 动态的现场管理。

　　实际施工中往往不会完全像事先规划好的那样进行，而且往往会经历多次设计变更，基于 BIM 技术的施工场地布置，即使现场临时出现施工顺序变动或工种工作时间拖延的情况，利用 BIM 技术也能快速进行分析调整，做出最优的选择。

　　5.2.4 基于 BIM 技术的施工协调。

　　城市轨道交通项目工程量巨大，施工技术难度高，涉及众多专业，工程计划组织协调工作繁重，各专业之间容易形成"信息孤岛",产生施工冲突。将基于 BIM 技术的施工可视化应用于城市轨道交通工程中最大限度地提高了各专业间沟通和协调的效率。

　　基于 BIM 技术的城市轨道交通项目施工过程的协调管理主要是指碰撞检测和施工空间冲突检查。

　　（1）城市地下空间碰撞检测。

　　城市轨道交通项目施工主要是在城市地下进行，建设环境和外部条件十分复杂。车站和隧道沿线建筑物众多、管线众多，甚至要多次穿越或近距离穿过既有环线地铁线路、桥梁、护城河及历史古迹等。而城市轨道交通地下隧道和车站施工将进行大量的土方开挖，会使周围土压力发生变化和土体移位，这势必会打乱甚至破坏城市地下空间规划。

　　将基于 BIM 技术的施工可视化应用于城市轨道交通工程，结合三维地质信息模型，通过 4D 建造过程的模拟，将建造过程对地下环境的影响情况在虚拟的过程模拟中直观的展示出来，这样可以在施工前采取相应的保护措施，避免施工造成破坏。例如，城市地下埋置有各种管网，如给排水、供热、电力、燃气及通讯管线等，通过 4D 虚拟建造，检查施工过程与这些管线的冲突情况，如果施工会对管线造成破坏，则在施工前对管线采取保护措施或者进行管线的迁移等。

　　（2）施工碰撞检测。

　　在工程建设过程中碰撞问题涉及多专业之间的协调，其内容复杂、种类较多，基于BIM 技术的施工可视化最大限度地提高了各专业间沟通和协调的效率。碰撞检测要遵循一定的优先级顺序，即先进行土建碰撞检测，然后是设备内部各专业碰撞检测，最后是建筑、结构与给排水、暖通、电气等专业碰撞检测。碰撞检测完成后，及时调整或重新布局有碰撞的地方，并修改设计模型。工程项目中常见的碰撞检测主要有以下几个方面：

　　① 建筑与结构专业的碰撞：主要是建筑与结构模型中的标高、柱、剪力墙等的位置是否一致，梁与门是否冲突等。

　　② 设备内部各专业碰撞检测：检测各专业管线的冲突情况。

　　③ 建筑、结构与设备专业碰撞检测：主要是设备与室内装修的碰撞检测以及设备管道与梁柱是否冲突。

　　（2）施工空间冲突检查。

　　城市轨道交通项目建设往往会穿越城市繁华地区，商业、交通繁忙，地面建筑物众多，故其施工的工作面十分狭窄，空间冲突常常是造成工期延误的主要原因之一。每一工序在进行时都需要足够的活动空间，如机械臂长旋转半径，以及人员活动半径，若两者在空间上发生冲突就会影响正常施工，造成工期延误、财产损失甚至人员伤害。因此在项目开工前根据施工方案进行动态施工模拟找出可能存在的问题，以便设计最优的机械行进路线，以及人员活动范围，从而减少伤害及可能造成的损失。

　　5.2.5 基于 BIM 技术的施工进度管理流程框架。

　　根据以上基于 BIM 技术的施工进度管理的应用，提出基于 BIM 技术的施工可视化应用的流程框架体系。