馬勇軍, 尹紫紅， 單 雨， 趙豐年

(1.中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司成都地鐵5號線一、二期機(jī)電安裝及裝飾工程2標(biāo)段, 天津 300308; 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電施工中云平臺(tái)應(yīng)用

馬勇軍1, 尹紫紅2， 單 雨2， 趙豐年2

(1.中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司成都地鐵5號線一、二期機(jī)電安裝及裝飾工程2標(biāo)段, 天津 300308; 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

針對傳統(tǒng)地鐵建設(shè)工程中存在設(shè)計(jì)與施工線性工作流程以及信息交流匱乏等問題，文章基于BIM技術(shù)提出了地鐵建設(shè)工程中機(jī)電安裝的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)基本框架，研究了4D進(jìn)度管控和新的二維碼技術(shù)。成都地鐵5號線機(jī)電安裝工程通過建立EBIM云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫對接，并應(yīng)用在地鐵機(jī)電安裝全生命周期中。通過EBIM云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用減小了施工難度，縮短了工期，有效將設(shè)計(jì)與施工結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相互鏈接，形成了機(jī)電數(shù)據(jù)網(wǎng)。文章將EBIM云平臺(tái)運(yùn)用在地鐵5號線實(shí)際建設(shè)與運(yùn)營中，得出了一套完整的地鐵機(jī)電安裝工程管理系統(tǒng)。

地鐵機(jī)電； EBIM云平臺(tái)； 4D進(jìn)度管控； 二維碼技術(shù)

隨著鐵路工程建設(shè)和信息數(shù)據(jù)網(wǎng)的結(jié)合發(fā)展，鐵路工程建設(shè)由信息化分散管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)統(tǒng)一的信息管理模式。傳統(tǒng)的分散管理模式導(dǎo)致了信息資源缺乏整合，呈碎片狀，系統(tǒng)內(nèi)部耦合不協(xié)調(diào)，鐵路工程建設(shè)信息交流難度大。為此，2005年[1]鐵道部發(fā)布了《鐵路信息化總體規(guī)劃》，在頒布的規(guī)劃中明確指出鐵路信息共享平臺(tái)作為鐵路行業(yè)信息共享交換的樞紐，加強(qiáng)鐵路建設(shè)數(shù)據(jù)的集中規(guī)范管理，一體化，提高建設(shè)效益。2012年[2]某調(diào)查組對廣州鐵路集團(tuán)公司進(jìn)行鐵路信息系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果反映出鐵路傳統(tǒng)建設(shè)信息系統(tǒng)面臨不安全、數(shù)據(jù)管理困難等問題。

鐵路信息化建設(shè)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，在云計(jì)算環(huán)境下，基于BIM云端綜合管理平臺(tái)，以數(shù)據(jù)共享服務(wù)為核心，BIM云平臺(tái)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享的載體，將鐵路建設(shè)工程的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理?；ヂ?lián)網(wǎng)+BIM結(jié)合而成的BIM云協(xié)同平臺(tái)，打破了設(shè)計(jì)、信息、施工等之間的各種壁壘和邊界，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、維護(hù)與更新、和項(xiàng)目管理的高效協(xié)作。

1998[3]年美國建筑業(yè)研究提出FIAPP(Fully Integrated and Automated Project Processes)，以建設(shè)工程全生命周期數(shù)據(jù)管理和建設(shè)應(yīng)用為目的，信息技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)劃到運(yùn)營生命周期的信息集成和整個(gè)周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而滿足業(yè)主、設(shè)計(jì)單位和消費(fèi)者的各種需求。2012[4]年，在《北京市十二五時(shí)期勘察設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提到：加快推進(jìn)建設(shè)工程項(xiàng)目的信息化建設(shè)，推進(jìn)以三維、協(xié)同設(shè)計(jì)為代表的先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，提高項(xiàng)目建設(shè)管理和運(yùn)營效率，提高項(xiàng)目運(yùn)營能力。2012年6月[5]，福建省住建廳發(fā)布的《加快工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的意見》要求：加快信息化平臺(tái)建設(shè)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)集成，實(shí)現(xiàn)資源共享。大力推廣計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，不斷提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助模擬CAE使用水平。云平臺(tái)的提出解決了鐵路機(jī)電安裝項(xiàng)目難題，EBIM是基于BIM技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)的云平臺(tái)，對建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、信息等全生命周期進(jìn)行協(xié)同管理[6]，在完成BIM模型的基礎(chǔ)上，EBIM首先對BIM模型數(shù)據(jù)集成，對施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄，收集反饋信息，采用二維碼技術(shù)進(jìn)行輕量化和移動(dòng)應(yīng)用，對施工進(jìn)度進(jìn)行跟蹤管理。EBIM對建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)集成，信息分類管理，最后實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目信息共享，為后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目提供了數(shù)據(jù)信息參考。

1 機(jī)電安裝BIM云平臺(tái)系統(tǒng)介紹

機(jī)電安裝工程項(xiàng)目全生命周期包括設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維三個(gè)階段，目前各階段存在銜接不協(xié)調(diào)、信息獨(dú)立化等問題。機(jī)電安裝BIM云平臺(tái)系統(tǒng)將全生命周期各階段組織結(jié)合，形成數(shù)據(jù)信息網(wǎng)。有效的管理和運(yùn)用，確保了機(jī)電安裝各階段數(shù)據(jù)共享以及整個(gè)過程中數(shù)據(jù)信息隨時(shí)保持同步更新狀態(tài)，完整無損的數(shù)據(jù)信息通過轉(zhuǎn)化和傳遞，使得項(xiàng)目全生命周期各階段更有效的串聯(lián)起來，打破了以往項(xiàng)目存在的信息共享弊端。

該系統(tǒng)綜合應(yīng)用了4D進(jìn)度管理，BIM、二維碼數(shù)據(jù)更新、人工智能、可視化模擬、互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)等技術(shù)。數(shù)據(jù)協(xié)同是BIM落地應(yīng)用的第一步，項(xiàng)目全員可低成本、低門檻應(yīng)用BIM工具輔助現(xiàn)場管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同。二維碼技術(shù)輔助信息跟蹤與管理，如進(jìn)度、質(zhì)量等。與之配套的是BIM輕量化與BIM移動(dòng)應(yīng)用。BIM+二維碼解決了虛實(shí)轉(zhuǎn)換，打通了線上與現(xiàn)場的信息交互。互聯(lián)網(wǎng)對于建造階段采集的信息，最大的價(jià)值是在運(yùn)營階段[7]?；贐IM的云平臺(tái)，將建造階段的數(shù)據(jù)無縫集成到運(yùn)營階段，并實(shí)施傳感器數(shù)據(jù)的采集分析。

機(jī)電安裝工程云平臺(tái)管理系統(tǒng)增強(qiáng)了業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工各參與方之間的交流和溝通，能直觀、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地模擬現(xiàn)場實(shí)際情況。EBIM作為一種新開發(fā)的BIM云平臺(tái)系統(tǒng)，針對機(jī)電安裝工程的系統(tǒng)管理優(yōu)勢，其中資料管理支持對dwg圖紙、pdf、word、excel等資料進(jìn)行管理應(yīng)用，和模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。實(shí)時(shí)查看預(yù)覽，通過模糊、精確兩種不同搜索方式快速找到資料；BIM輕量化具有特有的DB文件格式，支持Revit/IFC文件格式導(dǎo)入，輕量化處理BIM模型。EBIM云平臺(tái)BIM輕量化，數(shù)據(jù)格式優(yōu)化后不會(huì)出現(xiàn)丟失情況。對大體量BIM模型進(jìn)行輕量化文件處理，保證BIM模型可以應(yīng)用在現(xiàn)場移動(dòng)設(shè)備中；集成傳感器，收集現(xiàn)場設(shè)備的反饋信號并結(jié)合EBIM云平臺(tái)各個(gè)端口完成展示和通知，方便調(diào)試和運(yùn)維人員在工作期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行問題；不同方向進(jìn)行剖切形成剖切面，展示建筑被剖切位置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助施工人員理解設(shè)計(jì)意圖、指導(dǎo)施工。協(xié)助現(xiàn)場管理人員開展驗(yàn)收工作，協(xié)助預(yù)結(jié)算人員準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)某構(gòu)件的工程量。

2 基于EBIM鐵路工程建設(shè)信息化云平臺(tái)構(gòu)架模型

2.1 EBIM云平臺(tái)構(gòu)建模式

EBIM云平臺(tái)將管理服務(wù)和儲(chǔ)存服務(wù)充分利用，利用BIM信息模型提取模型數(shù)據(jù)組合形成云平臺(tái)系統(tǒng)。采用統(tǒng)一的信息源和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，進(jìn)行項(xiàng)目分部分項(xiàng)的信息運(yùn)輸、交換與更新反饋。云平臺(tái)作為一個(gè)項(xiàng)目分部分項(xiàng)溝通的樞紐，掌握著整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)維體系，以分布資源整合整體管理，然后分支布局監(jiān)控式跟蹤管理的一體化構(gòu)建模式。

EBIM云平臺(tái)分為云服務(wù)端和客戶端[8]，并且支持PC端、Web端、手機(jī)端、iPad端協(xié)同管理操作，通過云端接口設(shè)置插件對接。EBIM云平臺(tái)基于關(guān)聯(lián)BIM模型作為服務(wù)管理的主數(shù)據(jù)來源，PC各端可往BIM模型中添加施工過程信息、圖片、資料等，在移動(dòng)端各端口可查看到最新構(gòu)件信息?，F(xiàn)場工程數(shù)據(jù)為輔，各參與方按要求擴(kuò)充BIM施工信息。通過EBIM云平臺(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)輸和反饋，提供或訪問共享數(shù)據(jù)，使云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫同步和更新。EBIM云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)工作資料數(shù)據(jù)方案詳細(xì)量化，對整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程進(jìn)行管控。云平臺(tái)服務(wù)模式如圖1所示。

圖1 云平臺(tái)服務(wù)模式

2.2 EBIM云平臺(tái)構(gòu)建模型

EBIM云平臺(tái)基于BIM模型的信息數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)據(jù)中心，然后利用信息共享實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目經(jīng)理、工程部、技術(shù)部等部門對接。EBIM云平臺(tái)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 EBIM云平臺(tái)構(gòu)架

項(xiàng)目部經(jīng)理是整個(gè)項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者，根據(jù)云平臺(tái)信息管理需要掌控整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程、發(fā)布任務(wù)、對材料的跟蹤等；工程部對施工工程數(shù)據(jù)匯總和進(jìn)度控制、發(fā)布指令等；技術(shù)部需要對資料進(jìn)行整理、設(shè)計(jì)變更、計(jì)劃任務(wù)等。在施工管理過程中，EBIM云平臺(tái)提供現(xiàn)場信息交流、溝通、協(xié)同工作平臺(tái)。業(yè)主、設(shè)計(jì)方等均能在平臺(tái)中信息協(xié)同與共享，實(shí)現(xiàn)BIM模型價(jià)值最大化[9]。

2.3 EBIM云平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

2.3.1 EBIM協(xié)同管理

模型上傳后，第一步對模型瀏覽和檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題，分析和標(biāo)注整理問題；第二步信息反饋，設(shè)定新的方案和討論，對設(shè)計(jì)進(jìn)行二次修改，提交變更[10]；第三步修改BIM模型，再次將模型導(dǎo)入EBIM，更新模型數(shù)據(jù)，分類整理數(shù)據(jù)；第四步應(yīng)用最新的模型，云平臺(tái)啟動(dòng)管理，對變更指導(dǎo)施工，施工協(xié)同。協(xié)同管理步驟如圖3所示。

圖3 協(xié)同管理步驟

2.3.2 EBIM4D進(jìn)度管控

4D進(jìn)度的管控更全面有效的控制項(xiàng)目的進(jìn)度，EBIM云平臺(tái)提供4D進(jìn)度管控，分為五個(gè)階段，階段之間分工明確(圖4)。

圖4 階段分工

EBIM云平臺(tái)將三維立體模型與施工進(jìn)度融合關(guān)聯(lián)，實(shí)際進(jìn)度和與計(jì)劃進(jìn)度可視化調(diào)整，進(jìn)度計(jì)劃和實(shí)際施工保持時(shí)間一致性，形成4D進(jìn)度管控。通常進(jìn)度計(jì)劃管理以工作安排和時(shí)間為主，沒有與三維模型的數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)[11]。在施工過程中，如果進(jìn)度計(jì)劃或者BIM模型需要修改和調(diào)整，可以直接在EBIM云平臺(tái)上完成，相關(guān)的數(shù)據(jù)也會(huì)同步更新，進(jìn)度計(jì)劃能得到更有效的反饋和控制。

2.3.3 EBIM二維碼技術(shù)管理

目前二維碼技術(shù)不是一個(gè)新的概念，但是傳統(tǒng)的二維碼與BIM模型構(gòu)件無關(guān)，無法自動(dòng)獲取模型信息，二維碼信息固定，不支持信息的自定義擴(kuò)展，不具有唯一性。而EBIM二維碼是基于模型構(gòu)件ID號生成的，自動(dòng)獲取模型信息，具有唯一性，并支持信息的自定義擴(kuò)展，二維碼應(yīng)用性強(qiáng)，支持多種其它信息的關(guān)聯(lián)，信息動(dòng)態(tài)性。

如圖5所示，模型上傳EBIM云平臺(tái)后，平臺(tái)提供二維碼服務(wù)。

(1)針對復(fù)雜構(gòu)件和重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行輸入二維碼信息，然后進(jìn)行二維碼生成和打印并貼于現(xiàn)場相應(yīng)位置，便于現(xiàn)場管理及其他人員查看復(fù)雜繁多的工程資料以及相關(guān)施工工藝工法、規(guī)范規(guī)程，做到線上和線下信息同步更新。

(2)掃描二維碼查看現(xiàn)場的施工圖片、管理現(xiàn)場質(zhì)量和安全情況。

(3)掃描二維碼查看關(guān)聯(lián)的施工圖紙，照圖施工更加的信息化、簡潔化和精確化。

(4)掃描二維碼可以查看相關(guān)聯(lián)工程數(shù)據(jù)表單，獲取模板直接在移動(dòng)端填寫并提交審批。

圖5 二維碼使用流程

3 基于EBIM的成都地鐵5號線云平臺(tái)應(yīng)用案例

3.1 工程概況

成都地鐵5號線起于商貿(mào)城北站，止于回龍站，線路全長49.018 km。機(jī)電安裝及裝飾工程2標(biāo)段負(fù)責(zé)施工范圍包括九道堰站、大豐站、杜家碾站、石犀公園站、皇花園站、古柏樹站、泉水路站、洞子口站、福寧路站、五塊石站等10個(gè)站的機(jī)電及裝飾裝修等工程。本文選取杜家碾站作為案例分析(圖6)。杜家碾站為5號線與1號線的換乘站，換乘形式為通道換乘，車站為地下二層11.5 m島式站臺(tái)明挖車站。根據(jù)成都地鐵5號線工程總體籌劃，車站為盾構(gòu)過站。車站主體長度250 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.6 m，主體建筑面積10 516.08 m2，風(fēng)井風(fēng)道建筑面積1 276.60 m2，出入口人行通道建筑面積4 193.72 m2，總建筑面積15 986.40 m2。

圖6 杜家碾機(jī)電

成都地鐵5號線杜家碾站由于管道線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)規(guī)模較大、施工困難，采用BIM技術(shù)建立模型，進(jìn)行管道的施工前模擬，在BIM云端建立數(shù)據(jù)信息共享云平臺(tái)EBIM[12]。

3.2 EBIM云平臺(tái)地鐵機(jī)電安裝應(yīng)用

在本項(xiàng)目中，地鐵5號線杜家碾站實(shí)施EBIM云平臺(tái)管理，并在機(jī)電安裝預(yù)制件加工、運(yùn)輸、進(jìn)場、堆場、吊裝、驗(yàn)收全程使用二維碼進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。加工廠二維碼的粘貼和信息錄入如圖7所示。

在已優(yōu)化完成的BIM三維模型基礎(chǔ)上導(dǎo)入EBIM插件中，云平臺(tái)對模型數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取和分類整理。平臺(tái)的運(yùn)行和管理設(shè)置權(quán)限和管理員，由專設(shè)的管理人員登錄[13]。對上傳模型設(shè)置二維碼，通過圖片等形式傳輸?shù)皆破脚_(tái)中心，記錄進(jìn)度，業(yè)主方和設(shè)計(jì)方可查看全工程建設(shè)的現(xiàn)場情況，瀏覽進(jìn)度計(jì)劃和現(xiàn)場情況進(jìn)行對比(圖8)。

杜家碾車站通過EBIM云平臺(tái)的管理，減小了機(jī)電安裝的難度，增強(qiáng)了機(jī)電安裝分部分項(xiàng)之間的協(xié)調(diào)性，打破了各階段信息交流的局限性[14]。進(jìn)度的控制、材料的跟蹤使用、施工的指導(dǎo)、數(shù)據(jù)的保存使得EBIM云平臺(tái)管理杜家碾站項(xiàng)目有效的運(yùn)用和反饋。

4 結(jié)論

本文通過BIM技術(shù)構(gòu)建了工程建設(shè)信息化云平臺(tái)，提出了新的管理模式和新的管理技術(shù)，并且通過實(shí)際的案例應(yīng)用和研究得到驗(yàn)證和反饋，為地鐵機(jī)電安裝工程建設(shè)提供了理論依據(jù)。

主要結(jié)論如下：

(1)通過對BIM技術(shù)的研究，BIM的二次開發(fā)建立了全新的信息數(shù)據(jù)化管理構(gòu)架，打破了工程建設(shè)各階段之間的對接障礙，實(shí)現(xiàn)了信息的共享，確保了數(shù)據(jù)的完整性。

(2)EBIM云平臺(tái)提供了協(xié)同管理，4D進(jìn)度管控和新的二維碼技術(shù)，建立了完整的項(xiàng)目管理系統(tǒng)，項(xiàng)目建設(shè)各階段同步管理，進(jìn)度計(jì)劃得到有效控制，材料和構(gòu)件準(zhǔn)確跟蹤，數(shù)據(jù)同步更新，得出有效的施工指導(dǎo)方式。

(3)結(jié)合案例成都地鐵5號線杜家碾站機(jī)電安裝，對地鐵機(jī)電安裝信息云平臺(tái)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，項(xiàng)目建立了EBIM云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地鐵車站的有效管理，取得了良好的反饋，達(dá)到企業(yè)效益最大化。

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[定稿日期]2017-10-30

教育部春暉計(jì)劃(編號:Z2012044)

馬勇軍(1974～), 男，本科,高級工程師，從事地鐵機(jī)電安裝工程工作。

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