劉 顯 軍， 冉 鵬

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 成都 610036)

1 概 述

BIM(即建筑信息化模型Building Information Modeling)是利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理的過程，其包括項(xiàng)目所有的幾何、物理、功能和性能信息。項(xiàng)目的參建各方在項(xiàng)目管理過程中可以基于同一模型，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全生命周期實(shí)現(xiàn)信息共享和無損傳遞，以提高工程建設(shè)的質(zhì)量和效率，節(jié)約項(xiàng)目成本，提升其決策能力和管理能力。

目前，BIM的應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國家正在迅速推進(jìn)，如美國已推出國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定房屋的建筑設(shè)計(jì)必須應(yīng)用BIM技術(shù)，推行集成項(xiàng)目交付IPD管理模式。目前比較成熟的BIM軟件有Autodesk公司的Revit，Bentley公司的Microstation TriFoma， Graphisoft公司的ArchiCAD，這些軟件都是以數(shù)字化的建筑實(shí)體和構(gòu)件作為設(shè)計(jì)元素，并能自動(dòng)計(jì)算和反映這些元素之間的功能聯(lián)系和空間關(guān)系，為設(shè)計(jì)師想象力的發(fā)揮提供了極大的空間[1]。

在國內(nèi)，基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)、施工優(yōu)化、進(jìn)度管理、施工安全分析、成本預(yù)測等建筑工程軟件已經(jīng)有了較深入的研究。在工民建、地鐵、機(jī)場、水電及工業(yè)制造等領(lǐng)域BIM技術(shù)均得到了廣泛的推廣與應(yīng)用[2]。

2 BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 起步晚、要求高

與工民建、地鐵及工業(yè)制造等行業(yè)相比，在鐵路行業(yè)中BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用起步較晚，中國鐵路總公司在2013年5月才專題組織討論了BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用目標(biāo)和工作部署，標(biāo)志著BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用正式啟動(dòng)。隨著我國高鐵建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，一大批鐵路項(xiàng)目開工建設(shè)，對(duì)鐵路工程的技術(shù)、質(zhì)量及工期要求越來越高，各參建單位及運(yùn)營單位要想進(jìn)一步“提質(zhì)增效”其難度越來越大。

2.2 專業(yè)交叉多，信息交換頻繁

鐵路建設(shè)項(xiàng)目是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要各階段相互銜接、各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。目前，在鐵路建設(shè)中基本上都是采用平面設(shè)計(jì)，以技術(shù)交底或設(shè)計(jì)交底會(huì)議的方式傳遞圖紙的設(shè)計(jì)情況及技術(shù)要求。在信息溝通、資源調(diào)配、進(jìn)度控制、安全質(zhì)量管理、標(biāo)準(zhǔn)化要求等方面統(tǒng)一性不強(qiáng)，效率低下；各部門、專業(yè)間信息溝通不及時(shí)、不順暢；設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)和理解不明確、不完整;設(shè)計(jì)及施工成果對(duì)于鐵路運(yùn)營、維護(hù)和管理的服務(wù)效果不明顯。鑒于現(xiàn)代高速鐵路的技術(shù)要求更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)及施工周期較短，在鐵路建設(shè)的各階段需要較多的人員頻繁交換信息。

3 BIM技術(shù)在鐵路建設(shè)項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

(1)工程量計(jì)算及概算分析。目前，各設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)概預(yù)算編制工作是由員工進(jìn)行工程量計(jì)算并編制預(yù)算，但隨著項(xiàng)目規(guī)模的不斷擴(kuò)大、復(fù)雜程度的不斷提高，且工程量計(jì)算是一項(xiàng)即復(fù)雜、又繁瑣的工作，經(jīng)常會(huì)有“差錯(cuò)漏碰”的現(xiàn)象發(fā)生。而在BIM模型中含有工程量計(jì)算所需的全部信息，可以通過編程的方式很方便地完成工程量的計(jì)算并生成既有概算軟件需要的數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成概預(yù)算的編制工作，可以大幅度提高工作效率，有效避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

(2)設(shè)計(jì)圖紙的碰撞檢查。目前，設(shè)計(jì)院各專冊(cè)都是獨(dú)立完成相關(guān)的工作，隨著鐵路建設(shè)項(xiàng)目工程規(guī)模和復(fù)雜程度不斷提高，使得在建設(shè)管理中的接口管理工作變成了一項(xiàng)即重要又繁瑣的工作，經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種構(gòu)造物、管線和設(shè)備的碰撞問題，甚至?xí)l(fā)生廢棄工程及返工的現(xiàn)象。而在BIM模型中含有構(gòu)筑物的幾何及空間信息，可以方便地檢查出各種構(gòu)造物、設(shè)備、管線的空間位置關(guān)系，從而有效地避免碰撞的發(fā)生、降低工程成本、加快施工進(jìn)度。該應(yīng)用在施工階段同樣適用。在施工圖審查期間，可以提前精確地發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，提前進(jìn)行應(yīng)對(duì)處理，確保施工過程順暢。

(3)施工圖紙自動(dòng)生成。BIM模型是可視化的立體模型，包含構(gòu)筑物的幾何及空間信息，可以方便地將立體模型轉(zhuǎn)化為工程實(shí)施所需的平面、立面、剖面等各種視圖和詳圖。將設(shè)計(jì)人員從繁重的繪圖工作中解脫出來，把設(shè)計(jì)的重點(diǎn)從繪圖轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)方案研究及各專業(yè)的協(xié)同工作，進(jìn)而有效地提高工作效率，避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

(4)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。鐵路建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模十分龐大，設(shè)計(jì)方案的選擇直接決定著工程的投資和實(shí)施進(jìn)度。通過BIM技術(shù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)工程投資計(jì)算、模擬施工等工作，可以方便地進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案的比選，從而使設(shè)計(jì)方案更加合理，節(jié)約工程投資。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在施工階段同樣適用，可以在施工圖審查時(shí)進(jìn)一步精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)問題，提前進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，確保工程順暢進(jìn)行。

3.2 施工階段的應(yīng)用

(1)可視化的技術(shù)交底。BIM的第一項(xiàng)應(yīng)用即為可視化的技術(shù)交底，其可由傳統(tǒng)的平面圖通過各種3D制圖軟件轉(zhuǎn)換為3D模型，通過3D模型，在BIM模型中加入時(shí)間數(shù)據(jù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)虛擬建造功能，使參建人員更好地了解不同實(shí)施階段構(gòu)筑物的情況并實(shí)現(xiàn)可視化的技術(shù)交底，通過可視化的三維技術(shù)交底，可以使工程技術(shù)人員和施工人員更好地了解設(shè)計(jì)意圖、施工節(jié)點(diǎn)的工藝工法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全注意事項(xiàng)等，真正地將技術(shù)交底工作落到實(shí)處，提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、保證施工安全。

(2)形象的施工進(jìn)度管理。將BIM與施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，以動(dòng)態(tài)的三維模式模擬整個(gè)施工過程與施工現(xiàn)場，將空間信息與時(shí)間信息整合在一個(gè)可視的4D(3D+Time)模型中，可以直觀、精確地反映整個(gè)項(xiàng)目的施工過程，對(duì)施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制[3]。

BIM模型中不僅包含構(gòu)筑物中的三維信息，還包含構(gòu)筑物的建造時(shí)間信息，它具備虛擬建造的功能。BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中主要可以完成兩項(xiàng)重要工作：一是實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化，二是施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)跟蹤管理。利用BIM技術(shù)的虛擬建造功能，可以方便地比較各種施工組織方案的優(yōu)缺點(diǎn)，可以在特定資源配置下實(shí)現(xiàn)對(duì)工期的合理優(yōu)化；可以在特定工期要求的情況下合理安排各項(xiàng)工程的實(shí)施順序，優(yōu)化資源配置，節(jié)約工程投資。在工程實(shí)施過程中，利用BIM技術(shù)可以方便地生成施工組織設(shè)計(jì)的橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖，降低工程技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以將工程實(shí)際的實(shí)施進(jìn)度信息錄入BIM模型，通過軟件分析實(shí)際實(shí)施的進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度之間的差異，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程實(shí)施中的進(jìn)度問題，并可以隨時(shí)調(diào)整后續(xù)施工組織設(shè)計(jì)，保證工程按要求完成。

利用BIM項(xiàng)目管理軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行可建性模擬，按月、日、時(shí)進(jìn)行施工方案的分析優(yōu)化，方便項(xiàng)目管理單位了解整個(gè)施工環(huán)節(jié)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和工序，清晰掌握施工中的難點(diǎn)和要點(diǎn)，進(jìn)而提高施工效率和施工方案的安全性與合理性。

(3)提示并跟蹤安全質(zhì)量消號(hào)管理。鐵路建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜程度高，質(zhì)量管控難度大，安全管理風(fēng)險(xiǎn)大，其安全質(zhì)量管理是一項(xiàng)重中之重的工作，通過在BIM模型中加入安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及安全質(zhì)量管理信息，結(jié)合BIM技術(shù)的進(jìn)度模擬功能，通過手機(jī)APP及公眾號(hào)的便捷提醒和展示，可以實(shí)現(xiàn)其在工程實(shí)施過程中的動(dòng)態(tài)提示安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，定人定時(shí)進(jìn)行整改并動(dòng)態(tài)反饋；以確保工程安全質(zhì)量滿足要求。

(4)便捷地對(duì)上即對(duì)業(yè)主單位結(jié)算(以季度為周期)。目前鐵路工程對(duì)上結(jié)算大都按照季度進(jìn)行驗(yàn)工計(jì)量。施工過程中對(duì)上一季度的工程量計(jì)算相對(duì)繁瑣，時(shí)常出現(xiàn)超計(jì)、漏記等現(xiàn)象，而BIM模型中含有工程量計(jì)算所需的全部信息，可以通過編程結(jié)合進(jìn)度形象狀況很方便地完成工程量的計(jì)算并生成單價(jià)數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成結(jié)算數(shù)據(jù)的編制工作，進(jìn)而提高工作效率。

(5)快速地完成對(duì)勞務(wù)班組的驗(yàn)工結(jié)算。按照鐵路總公司架子隊(duì)管理模式的要求，各鐵路施工單位內(nèi)部(或承包單位)結(jié)算基本上都是按照月度對(duì)各勞務(wù)班組進(jìn)行結(jié)算，因鐵路線路較長、施工周期較短，每個(gè)施工單位下屬的勞務(wù)班組數(shù)量較多，少則幾十個(gè)，多則上百家勞務(wù)班組，每月的驗(yàn)工計(jì)量工作極其繁瑣。一般都是由施工單位工程部的幾個(gè)專業(yè)工程師進(jìn)行現(xiàn)場核查計(jì)算，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)超結(jié)算和漏計(jì)現(xiàn)象，而且結(jié)算周期較長，稍不注意就將發(fā)生因結(jié)算不及時(shí)而影響工人工資發(fā)放的情況。而BIM模型中含有工程量計(jì)算所需的全部信息，可以通過編程并結(jié)合各工點(diǎn)的當(dāng)月進(jìn)度情況很方便地完成當(dāng)月各勞務(wù)班組完成工程量的計(jì)算并生成合同單價(jià)，自動(dòng)計(jì)算各勞務(wù)班組當(dāng)月的結(jié)算金額，可以大幅度提高工作效率，有效避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

(6)整合資源配置，控制施工成本。隨著項(xiàng)目規(guī)模的不斷擴(kuò)大，成本管理工作極其重要，BIM模型中包含構(gòu)筑物的所有屬性信息，可以方便地進(jìn)行各種工程材料的統(tǒng)計(jì)和分析，從而為工程設(shè)備和材料的集中采購提供重要的技術(shù)支撐，通過材料和設(shè)備的批量采購，可以有效地降低采購成本。BIM具有龐大的虛擬建造功能，可以方便地計(jì)算人員、機(jī)械、材料及相關(guān)設(shè)施的配置方案，并可以根據(jù)實(shí)施進(jìn)度動(dòng)態(tài)地調(diào)整各種資源的合理配置數(shù)量和時(shí)間，通過對(duì)資源配置的精細(xì)化管理，可以有效地避免施工資源浪費(fèi)，降低施工成本。同時(shí)，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程工藝工法的優(yōu)化、可以比較各種工藝工法的資源投入并進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，達(dá)到降低施工成本的目的。

(7)實(shí)時(shí)的大數(shù)據(jù)集成，為管理者提供決策依據(jù)。鐵路項(xiàng)目實(shí)施中產(chǎn)生的信息量十分龐大，如何較好地利用各種信息實(shí)現(xiàn)資源共享是一項(xiàng)重要的工作。在常規(guī)管理中，項(xiàng)目實(shí)施階段的信息掌握在不同的參與人員手中，信息的溝通共享水平較低，大家各自的工作計(jì)劃無法動(dòng)態(tài)地有機(jī)整合。而利用BIM技術(shù)，可以通過設(shè)置接口，對(duì)不同監(jiān)測單位或個(gè)人在施工中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)地通過網(wǎng)絡(luò)傳入到BIM模型，可以方便地將各種建設(shè)信息集成到建筑模型中，使參建各方充分地實(shí)現(xiàn)資源共享。例如，將隧道施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測數(shù)據(jù)接入隧道工點(diǎn)內(nèi)，將連續(xù)梁施工中的預(yù)壓數(shù)據(jù)、線形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、鋪軌與鋼管拱平行作業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)等接入到相應(yīng)的橋梁工點(diǎn)等，均可以為管理者對(duì)下一步發(fā)出施工安排和安全質(zhì)量管控要求等指令提供依據(jù)[4]。

4 BIM技術(shù)在建設(shè)管理周期內(nèi)的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建設(shè)單位建設(shè)周期內(nèi)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在安全、質(zhì)量和進(jìn)度管理等方面。建設(shè)單位利用BIM技術(shù)進(jìn)行進(jìn)度管理工作，側(cè)重于指導(dǎo)施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)管理，建設(shè)單位通過對(duì)指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)管理，可以有效地控制工程進(jìn)度節(jié)奏和投資安排。同時(shí)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行安全質(zhì)量管理，可以突出安全質(zhì)量管理工作的重點(diǎn)，提高工作效率，并為今后類似工程的運(yùn)營管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐[5]。

5 結(jié) 語

建筑信息模型(BIM)是一個(gè)完備的信息模型，通過其在鐵路建設(shè)行業(yè)中的應(yīng)用，以包含多層信息的三維模型為基礎(chǔ)，將工程項(xiàng)目在各個(gè)不同階段(設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營)的工程信息、施工過程和資源集成在一個(gè)模型中，將傳統(tǒng)枯燥的文字、數(shù)據(jù)及平面進(jìn)度轉(zhuǎn)化為更形像、更方便的模型，通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，為工程設(shè)計(jì)和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，使該模型達(dá)到設(shè)計(jì)和施工管理的一體化，通過模型與相關(guān)人員的信息交流實(shí)現(xiàn)協(xié)同統(tǒng)一，各專業(yè)協(xié)同工作，將大幅節(jié)約項(xiàng)目投入，降低工程成本，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多單位項(xiàng)目信息的一致性，進(jìn)而達(dá)到加快項(xiàng)目進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，推動(dòng)鐵路行業(yè)更加穩(wěn)步向前發(fā)展的目的。BIM技術(shù)是鐵路建設(shè)管理的方向，是提高鐵路建設(shè)管理水平的重要手段，必將在今后的鐵路建設(shè)管理中發(fā)揮重要的作用。