馬勇軍, 尹紫紅, 高 雪, 呂曉楠

(1. 中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司成都地鐵5號(hào)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)，四川成都610031)

基于BIM的VR技術(shù)在地鐵施工管理中的應(yīng)用

馬勇軍1, 尹紫紅2, 高 雪2, 呂曉楠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(hào)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)，四川成都610031)

地鐵機(jī)電安裝施工過程中遇到的問題復(fù)雜多樣，信息的實(shí)時(shí)共享、施工進(jìn)度的協(xié)調(diào)推進(jìn)、工作人員的行為管理都是當(dāng)今亟待解決的難題。文章以成都地鐵5號(hào)線(與1號(hào)線的換乘站)杜家碾站為例，分析了BIM、VR技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，提出如今地鐵機(jī)電安裝施工風(fēng)險(xiǎn)管理存在的問題，最后基于建筑信息化模型(BIM)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，綜合運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)，針對(duì)該項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行探究。BIM+VR技術(shù)的綜合應(yīng)用加強(qiáng)了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的能力，提高了作業(yè)人員的安全意識(shí)，對(duì)于地鐵安裝項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理研究有著重要的意義。

地鐵機(jī)電安裝； BIM； VR； 風(fēng)險(xiǎn)管理

在加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國家政策背景下，交通壓力也日益凸顯。近幾年來，我國地鐵建設(shè)速度明顯加快，地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，而地鐵機(jī)電安裝施工工藝復(fù)雜，涉及與其他專業(yè)相交叉，不可控因素多，造成了施工風(fēng)險(xiǎn)增大，給施工管理帶來了極大的困難。我國地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理專業(yè)人才相對(duì)缺乏，使得項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量把控和風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避工作缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，如何結(jié)合利用現(xiàn)今已有的新技術(shù)針對(duì)地鐵機(jī)電安裝施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)、合理、高效的管理是需要解決問題。

BIM技術(shù)，一種基于數(shù)字化技術(shù)和可視化技術(shù)集成和管理與信息的方法，于20世紀(jì)70年代由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的先驅(qū)者查理斯·伊斯曼(Charles Eastman)最先提出。近幾年，BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)、施工過程及后期運(yùn)營(yíng)管理當(dāng)中應(yīng)用廣泛，利用BIM可以進(jìn)行三維碰撞檢查、工程算量、模擬施工等。BIM技術(shù)的發(fā)展也為地鐵施工項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理帶來了突破口。地鐵安裝施工項(xiàng)目因?yàn)槭┕?fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)因素多，施工安全關(guān)鍵點(diǎn)不易控制，通過BIM的VR技術(shù)進(jìn)行工程信息集成管理與項(xiàng)目方案模擬，可以捕捉項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化項(xiàng)目質(zhì)量安全分析的過程，能夠使項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與控制變得更準(zhǔn)確、可操作性更強(qiáng)。因此基于BIM的VR技術(shù)在地鐵安裝施工中的風(fēng)險(xiǎn)管理研究對(duì)于地鐵安裝施工風(fēng)險(xiǎn)管理有著重要的意義。

1 工程概況

成都地鐵5號(hào)線一、二期工程線路北起新都區(qū)香城大道，南至天府新區(qū)回龍路，自北向南沿天柏路-敬成路-蓉北商貿(mào)大道-北站西二路-一環(huán)路北一段-一環(huán)路西三段-一環(huán)路西二段-一環(huán)路西一段-高升橋東路-九興大道-紫荊西路-神仙樹路-萬象路-劍南大道-元華路敷設(shè)。沿線途徑新都區(qū)、金牛區(qū)、青羊區(qū)、武侯區(qū)、高新區(qū)、天府新區(qū)、雙流縣等轄區(qū)。車站自北向南，起于商貿(mào)城北站，止于回龍站，線路全長(zhǎng)49.018 km。其中地下段長(zhǎng)42.327 km，高架及過渡段長(zhǎng)6.691 km，平均站間距1.209 km，共設(shè)車站41座(其中高架站5座、地下站36座)、全線共設(shè)綜合維修基地1座、停車場(chǎng)2座、主變電站4座，控制中心與在建的7號(hào)線合設(shè)于7號(hào)線崔家店停車場(chǎng)內(nèi)。

本文主要以成都地鐵5號(hào)線2標(biāo)段十站十區(qū)間的施工內(nèi)容為依托，施工范圍為九道堰、九道堰站-杜家碾站區(qū)間、杜家碾站、杜家碾站-大豐站區(qū)間、大豐站、大豐站-石犀公園站區(qū)間、石犀公園站、石犀公園站-皇花園站區(qū)間、皇花園站、皇花園站-古柏站區(qū)間、古柏站、古柏站-泉水路站區(qū)間、泉水路站、泉水路站-洞子口站區(qū)間、洞子口站、洞子口站-福寧路站區(qū)間、福寧路站、福寧路站-五塊石站區(qū)間、五塊石站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水及消防系統(tǒng)、低壓配電與照明系統(tǒng)、裝飾裝修(含鋼結(jié)構(gòu)雨棚裝飾、路引、站外牌及車站附屬設(shè)施、防火封堵)等工程(圖1)。

圖1 成都地鐵5號(hào)線機(jī)電安裝及裝飾工程2標(biāo)段

2 基于BIM的VR技術(shù)在地鐵機(jī)電安裝施工風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用

2.1 地鐵機(jī)電安裝施工風(fēng)險(xiǎn)管理存在的問題

地鐵機(jī)電安裝施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)管理是指項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人根據(jù)對(duì)工程施工情況，對(duì)施工各階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)控制措施制定的一個(gè)過程，負(fù)責(zé)人需對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行連貫管理，這樣才能使工程順利完整地進(jìn)行。

地鐵機(jī)電安裝工程常在土建工程收尾前展開工作。此時(shí)，土建部分未能全部完成，并且可能存在主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷，多專業(yè)工作之間存在交叉，相互協(xié)調(diào)難度大，因此地鐵機(jī)電安裝工程存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)。

(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工管理困難。地鐵設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的平面圖紙導(dǎo)致放樣部分工作難度高。同時(shí)與其他專業(yè)相協(xié)調(diào)難度大，造成施工管理困難，從而易導(dǎo)致相應(yīng)的質(zhì)量問題，增加了工程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

(2)交互信息量大，交叉施工作業(yè)多。信息傳遞的效率對(duì)于地鐵機(jī)電安裝工程的周期與成本有直接的影響。地鐵安裝交叉施工作業(yè)多，信息交叉量大，機(jī)電設(shè)備安裝工程與主體結(jié)構(gòu)、牽引供電、通信、信號(hào)、接觸網(wǎng)、自動(dòng)售檢票、扶梯、屏蔽門、公共區(qū)裝修等系統(tǒng)和專業(yè)都有交叉，存在多專業(yè)銜接和交叉施工的問題。目前的施工信息傳遞方式是CAD二維圖紙，對(duì)大量圖紙進(jìn)行處理的工作量大、直觀性不強(qiáng)、專業(yè)要求高，處理困難，無疑多項(xiàng)目的控制造成了影響，增加了項(xiàng)目施工的風(fēng)險(xiǎn)。采用BIM可視化技術(shù)將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維動(dòng)態(tài)模型，對(duì)于各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合起到了一個(gè)良好的促進(jìn)作用。

(3)不可控風(fēng)險(xiǎn)因素多。地鐵機(jī)電安裝施工過程中涉及的風(fēng)險(xiǎn)影響因素較多，存在安全管理體制不完善、信息交流不暢、防護(hù)不良等諸多隱患。再者設(shè)備安裝施工作業(yè)點(diǎn)多、施工人員不集中、線網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)相互關(guān)聯(lián)、施工環(huán)境不良等，風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)量多且不易把控，安全隱患不易察覺，故對(duì)整個(gè)施工過程利用BIM的VR技術(shù)進(jìn)行可視化管理尤為重要。

2.2 BIM的VR技術(shù)在地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

地鐵設(shè)備安裝施工項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理可分為多個(gè)階段，即決策階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段。其風(fēng)險(xiǎn)管理也是多階段的，管理者針對(duì)各階段可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)作出分析決策，導(dǎo)致忽視了風(fēng)險(xiǎn)的反饋與交流，各參與方也缺乏彼此間的溝通交流。利用BIM技術(shù)搭建共享平臺(tái)(圖2)，使用BIM的VR技術(shù)將信息直觀反饋給各參與方，將能夠促進(jìn)各參與方的信息交流，達(dá)到信息實(shí)時(shí)共享，降低項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 BIM共享平臺(tái)

(1)決策階段。借助BIM的VR技術(shù)，可對(duì)各方案進(jìn)行后階段的過程模擬，并且各參與方可及時(shí)將意見反饋給決策方從而對(duì)各方案各個(gè)方面進(jìn)行分析論證，找到其中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，決策方統(tǒng)籌考慮，綜合選取最優(yōu)方案并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制策略。

(2)設(shè)計(jì)階段。BIM技術(shù)可利用三維信息模型來表示整個(gè)地鐵項(xiàng)目。用BIM三維模型將各信息統(tǒng)一關(guān)聯(lián)起來，可對(duì)各信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理與控制，地鐵安裝模型中可進(jìn)行碰撞模擬，節(jié)約了傳統(tǒng)二維圖紙無法解決的碰撞問題，設(shè)計(jì)人員根據(jù)模擬結(jié)果可及時(shí)對(duì)管線進(jìn)行調(diào)整，降低后期返工的風(fēng)險(xiǎn)。碰撞模擬過程如圖3所示。

圖3 碰撞模擬過程

(3)施工階段。傳統(tǒng)的施工圖紙很難反映施工場(chǎng)地布局的動(dòng)態(tài)化變化，在施工現(xiàn)場(chǎng)布置過程中，工程師只能通過工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)配，加之地鐵安裝工程復(fù)雜，一旦考慮不周，容易引發(fā)各專業(yè)之間的各種沖突，甚至導(dǎo)致安裝工程中出現(xiàn)不良事故。BIM的VR技術(shù)以4D施工模型，即空間+時(shí)間模型為基礎(chǔ)，有效地對(duì)施工進(jìn)度及實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化模擬并進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較，能夠動(dòng)態(tài)顯示場(chǎng)地的布局情況，對(duì)工程的進(jìn)度控制起到極大的促進(jìn)作用(圖4)。

圖4 BIM的VR技術(shù)在施工階段的工作過程

通過虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，人們能更好地理解地鐵安裝施土過程，特別是工藝復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大的施工部分。BIM的VR技術(shù)將施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，能讓作業(yè)人員直觀感受到施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了作業(yè)人員的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，加強(qiáng) 了風(fēng)險(xiǎn)教育。同時(shí)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤與可視化也能促進(jìn)施土人員的安全行為，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

地鐵機(jī)電安裝施工過程進(jìn)行可視信息化管理，能夠直觀地檢測(cè)出在施工過程中遇到的風(fēng)險(xiǎn)，便于施工風(fēng)險(xiǎn)的控制，將各類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生率降到最低甚至能夠排除一些風(fēng)險(xiǎn)。從真正意義上實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、工作人員的本質(zhì)安全化，有效地減少了傳統(tǒng)施工中各專業(yè)協(xié)調(diào)困難帶來的一系列風(fēng)險(xiǎn)，有利于控制項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量以及安全問題，有效控制了建設(shè)成本并增加安全經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李鈺，呂建國.基于BIM和VR/AR技術(shù)的地鐵施工信息化安全管理體系[J].工程管理學(xué)報(bào)，2017(8).

[2] 王夢(mèng)潔，潘芳芳，黃天宇.基于BIM和VR技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目全面質(zhì)量管理[J].技術(shù)交流，2016(8).

[3] 張登倫.機(jī)電安裝工程項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2013.

[4] 鐘榮華.BIM技術(shù)在地鐵施工安全方面的應(yīng)用研究[J].安全工程，2016(6).

[5] 路曦.BIM結(jié)合VR技術(shù)在土建類專業(yè)中的應(yīng)用研究[J].技術(shù)探討，2017(10).

[定稿日期]2017-10-13

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(編號(hào)：2016YFC0802203-3)

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

U231.3

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