布永忠，劉慶豐，楊銘，王浩任，馬星

（1.石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050035；2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

0 引言

黨的十九大以來(lái)。此時(shí)，我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)進(jìn)入新時(shí)代，城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入新一輪高潮，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部適時(shí)提出“質(zhì)量提升行動(dòng)”和“建筑施工安全專項(xiàng)治理行動(dòng)”，標(biāo)志著我國(guó)城市軌道安全風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)入全面第三階段。軌道交通工程建設(shè)周期長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)效率低、運(yùn)維管理難度大是城市軌道交通行業(yè)的弊病，隨著城市城市軌道交通建設(shè)向著“超長(zhǎng)、超深、超大”方向發(fā)展，工程建設(shè)難度進(jìn)一步加大。隨著線網(wǎng)密度增大，穿越既有線、既有站的概率和頻率增加，風(fēng)險(xiǎn)管理難度進(jìn)一步加大。在全社會(huì)環(huán)保治理、生態(tài)保護(hù)高要求下，工程建設(shè)環(huán)境更加苛刻；受前期拆遷、重大政治活動(dòng)、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等影響，導(dǎo)致工程建設(shè)有效工期受到很大影響。地域范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，地質(zhì)條件進(jìn)一步復(fù)雜多樣，對(duì)城市軌道交通風(fēng)險(xiǎn)管理提出了更高的要求[1]。BIM 技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域逐漸應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)信息化資源的動(dòng)態(tài)分配，打破各系統(tǒng)之間的“數(shù)據(jù)孤島”，構(gòu)建信息共享、實(shí)時(shí)交互的城市軌道交通信息化平臺(tái)成為必然趨勢(shì)[2]。

BIM 數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)是基于三維數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展BIM 技術(shù)在軌道交通施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用，研究施工進(jìn)度、成本、材料、場(chǎng)地的動(dòng)態(tài)模擬方法和優(yōu)化控制模式，應(yīng)用BIM、3D-GIS、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息化技術(shù)對(duì)精細(xì)化管理進(jìn)行深入研究，達(dá)到宏觀管理和精細(xì)化管理相結(jié)合、信息管理和信息應(yīng)用相結(jié)合、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)相結(jié)合的目的，致力于軌道交通行業(yè)，通過(guò)研究基于BIM 數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)，創(chuàng)建安全風(fēng)險(xiǎn)管理模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控管理施工場(chǎng)地的部分危險(xiǎn)源，可全面查詢和提醒風(fēng)險(xiǎn)的通過(guò)狀態(tài)和預(yù)報(bào)警信息工程[3]。

1 工程概況

1.1 線路概況

北京軌道交通19 號(hào)線，位于北京市西部地區(qū)，南起大興區(qū)海子角地區(qū)，北至昌平區(qū)沙河地區(qū)，線路站間距大，速度目標(biāo)值高，采用A 型車8 節(jié)編組，全線最高速度120km/h，是一條穿越中心城的大運(yùn)量南北向快線。一期工程線路全長(zhǎng)22.4km，全部為地下線。共設(shè)車站10 座，車輛段一座。19 號(hào)線一期工程線路穿越中心城區(qū)，多次下穿既有線，途經(jīng)道路狹窄、管線密集地區(qū)，線路埋深大，風(fēng)險(xiǎn)性高；工程施工作業(yè)面多、工程量大、工期以及施工場(chǎng)地緊張，整體部署、資源調(diào)配及項(xiàng)目管理難度大；將BIM 技術(shù)與工程自身特性相結(jié)合，創(chuàng)新性解決城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中的技術(shù)與管理難題是必然要求與應(yīng)用趨勢(shì)。

1.2 實(shí)施模式

北京軌道交通19 號(hào)線一期工程建設(shè)過(guò)程中的BIM 應(yīng)用是采用建設(shè)方主導(dǎo)、BIM 總體管理、各方參與的組織模式，通過(guò)開(kāi)發(fā)城市軌道交通BIM 數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)，建立19 號(hào)線一期全線風(fēng)險(xiǎn)工程的三維數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)所有風(fēng)險(xiǎn)工程三維可視化，與建設(shè)管理公司既有風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)對(duì)接，支持工程風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化管理。結(jié)合動(dòng)態(tài)施工進(jìn)度信息，可全面查詢和提醒風(fēng)險(xiǎn)的通過(guò)狀態(tài)和預(yù)報(bào)警信息。

2 風(fēng)險(xiǎn)工程概述

2.1 風(fēng)險(xiǎn)工程分級(jí)統(tǒng)計(jì)

初步設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)工程分級(jí)情況匯總：19 號(hào)線風(fēng)險(xiǎn)工程共有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)1117 處，其中特級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程20 處，一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程339 處，二級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程393 處，三級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程365 處。自身風(fēng)險(xiǎn)工程共有263 處，其中一級(jí)自身風(fēng)險(xiǎn)工程93 處，二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程109 處、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程61 處。

全線工點(diǎn)經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有建（構(gòu)）筑物風(fēng)險(xiǎn)工程435處，其中特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)20 處、一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程113 處、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程95 處、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程207 處；管線風(fēng)險(xiǎn)工程共有657 處，其中一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程210 處、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程292處、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程155 處；橋梁風(fēng)險(xiǎn)工程共有25處，其中一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程16 處、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程6 處、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程3 處；自身風(fēng)險(xiǎn)工程共有263 處，其中一級(jí)自身風(fēng)險(xiǎn)工程93 處，二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程109 處、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程61 處。19 號(hào)線風(fēng)險(xiǎn)工程分級(jí)統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 19 號(hào)線風(fēng)險(xiǎn)工程分級(jí)統(tǒng)計(jì)

2.2 風(fēng)險(xiǎn)管理體系

工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)行三層管理，即公司層、項(xiàng)目管理層和項(xiàng)目實(shí)施層。公司層由公司領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)委員會(huì)、安全監(jiān)控中心、規(guī)劃設(shè)計(jì)總部、安全質(zhì)量監(jiān)察總部、總工程師辦公室、合同管理總部、計(jì)劃調(diào)度總部等公司相關(guān)職能部門組成，全面負(fù)責(zé)工程建設(shè)全過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

項(xiàng)目管理層為各項(xiàng)目管理單位，由主管領(lǐng)導(dǎo)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)部及其他相關(guān)職能部門組成，全面負(fù)責(zé)所轄線路的安全風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

項(xiàng)目實(shí)施層為與公司簽訂合同、參與工程建設(shè)任務(wù)的各相關(guān)單位，勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、環(huán)境調(diào)查、檢測(cè)評(píng)估、第三方監(jiān)測(cè)和安全風(fēng)險(xiǎn)咨詢單位需按照法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、合同文件和本體系規(guī)定進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)管理工作[4]。

3 BIM 風(fēng)險(xiǎn)管理

BIM 風(fēng)險(xiǎn)管理需全員參與，每個(gè)職能部門提供的風(fēng)險(xiǎn)信息的側(cè)重點(diǎn)不同，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的分類和層級(jí)，分為三層巡視，第一層為日常風(fēng)險(xiǎn)巡視、第二層為指派風(fēng)險(xiǎn)巡視、第三層為專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)巡視。

以不同目的和不同途徑收集風(fēng)險(xiǎn)信息。風(fēng)險(xiǎn)信息通過(guò)移動(dòng)端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鑒定，通過(guò)可視化的處理實(shí)現(xiàn)隱患的可視化定位、查看。風(fēng)險(xiǎn)巡視過(guò)程對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的狀態(tài)進(jìn)行拍攝照片和視頻，同時(shí)記錄處理狀態(tài)，根據(jù)情況下達(dá)問(wèn)題整改通知單。

4 BIM 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)與平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

4.1 BIM 數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)通過(guò)運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）、建筑信息管理技術(shù)（BIM）、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，以大數(shù)據(jù)為支撐、BIM 為核心，圍繞城市地下空間地鐵工程建設(shè)全生命周期，建立BIM 集成應(yīng)用平臺(tái)。以施工項(xiàng)目部為項(xiàng)目執(zhí)行主體，組織各參與方實(shí)施。通過(guò)對(duì)城市地下空間工程信息的全面智能感知和數(shù)據(jù)處理，作用于項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)管理，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)、各部門間的協(xié)同工作。

BIM 集成應(yīng)用平臺(tái)的三維引擎支持TB 級(jí)的地形、影像數(shù)據(jù)、1000 萬(wàn)以上對(duì)象數(shù)量的矢量地物、文字標(biāo)簽、城市級(jí)別（1000 平方公里以上）的精細(xì)模型、TB 級(jí)傾斜攝影數(shù)據(jù)、百萬(wàn)級(jí)別管網(wǎng)等海量數(shù)據(jù)的流暢加載與顯示，支持全球、城市、街區(qū)、室內(nèi)不同范圍場(chǎng)景平滑瀏覽。

在瀏覽器端與移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)大體量BIM 模型、GIS模型、實(shí)景模型等數(shù)據(jù)的瀏覽、屬性查看以及漫游、剖切、批注等功能。利用瀏覽器或移動(dòng)端對(duì)BIM 平臺(tái)上的模型、文檔及關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)及交互操作，實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)潔的使用和消費(fèi)BIM 數(shù)據(jù)的目標(biāo)[5]。

4.1.1 功能定位

（1）線路級(jí)統(tǒng)計(jì)，可視化線路切換、信息查看、在施作業(yè)面統(tǒng)計(jì)、工點(diǎn)施工進(jìn)度、預(yù)警統(tǒng)計(jì)、施工風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)、攝像頭統(tǒng)計(jì)。

（2）點(diǎn)擊詳情，BIM 場(chǎng)景中地面半透、在施作業(yè)面閃爍、預(yù)警閃爍、圖表與BIM 場(chǎng)景快速交互、攝像頭分布。

（3）業(yè)務(wù)級(jí)功能，風(fēng)險(xiǎn)工程通過(guò)情況列表、預(yù)警列表、視頻監(jiān)控畫面、巡視詳情等。

4.1.2 風(fēng)險(xiǎn)功能特色

BIM 數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)集成全線模型數(shù)據(jù)：周邊建筑物、市政管線、場(chǎng)地臨建、城市道路及附屬設(shè)施、軌道交通施工模型，模擬真實(shí)的工程建設(shè)環(huán)境。

契合軌道交通工程建設(shè)相關(guān)施工方的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)接口集成安全數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)BIM 平臺(tái)與安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)一體化集成，實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)與BIM 平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)等在BIM 平臺(tái)的三維展示。

按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，在平臺(tái)上標(biāo)記出項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)源的位置，通過(guò)地質(zhì)模型和隧道盾構(gòu)模型等進(jìn)行高亮展示。與北京軌道公司既有風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)和隱患排查系統(tǒng)對(duì)接，讀取各類風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行三維查詢、展示和提醒。結(jié)合三維進(jìn)度模擬，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)工程的動(dòng)態(tài)管理。

4.2 二、三維數(shù)據(jù)對(duì)接

根據(jù)工程施工的現(xiàn)場(chǎng)需要，建立施工監(jiān)測(cè)類型數(shù)據(jù)接口（如地表沉降、拱頂沉降、洞內(nèi)收斂等），從既有的施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)讀取第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從而達(dá)到施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成。

結(jié)合BIM 技術(shù)三維可視化以及GIS 技術(shù)大場(chǎng)景真實(shí)再現(xiàn)的特點(diǎn)，優(yōu)化工程信息、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、監(jiān)測(cè)信息等的優(yōu)化顯示。實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)上分層次、動(dòng)態(tài)、突出展示安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)信息。

（1）模型構(gòu)建。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖，在Revit 軟件中建立地表沉降、樁頂位移等各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)模型，要求與北京軌道交通工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中測(cè)點(diǎn)圖一致。

（2）添加監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)。將監(jiān)測(cè)點(diǎn)族文件放置在相應(yīng)位置后，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)模型添加編號(hào)，選中模型，在“注釋”添加編號(hào)。

4.3 基于BIM 平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理

目前施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理以風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)管理為主，未考慮到人員、機(jī)械等動(dòng)態(tài)因素。

BIM 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)錄入風(fēng)險(xiǎn)工程信息，直觀展示風(fēng)險(xiǎn)源與周邊對(duì)象的位置關(guān)系和風(fēng)險(xiǎn)源的詳細(xì)信息（管線埋深、材質(zhì)等）。風(fēng)險(xiǎn)源與工程進(jìn)度的關(guān)系能準(zhǔn)確表達(dá)，避免在管理過(guò)程中耗費(fèi)了大量的人力和精力。解決由于二維條件的限制，許多重要的數(shù)據(jù)無(wú)法表達(dá)：如地下結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（隧道拱頂沉降、收斂，樁體水平位移，明挖多層支護(hù)的應(yīng)力，市政管線沉降）。

（1）風(fēng)險(xiǎn)錄入。在三維模型中賦予工程信息，增加自身風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，可根據(jù)施工時(shí)遇到的風(fēng)險(xiǎn)工程自定義上傳風(fēng)險(xiǎn)工程，并且對(duì)風(fēng)險(xiǎn)工程發(fā)生狀況記錄。

（2）預(yù)報(bào)警信息查詢。預(yù)警統(tǒng)計(jì)：對(duì)項(xiàng)目所有產(chǎn)生的預(yù)警進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理，可按照標(biāo)段、預(yù)警等級(jí)、預(yù)警類型和預(yù)警單位等進(jìn)行搜索和統(tǒng)計(jì)。

（3）風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)測(cè)點(diǎn)庫(kù)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)三維化，解決二維表達(dá)Z 軸方向數(shù)據(jù)信息困難的痛點(diǎn)。

對(duì)接二維風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)曲線；基于對(duì)接數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)點(diǎn)編號(hào)與模型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)后在三維場(chǎng)景下實(shí)時(shí)展現(xiàn)測(cè)點(diǎn)預(yù)警統(tǒng)計(jì)情況與分布情況；針對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)模型均能直觀反映出其預(yù)警信息、沉降信息，實(shí)時(shí)調(diào)取監(jiān)測(cè)曲線；針對(duì)全線測(cè)點(diǎn)模型，能直觀反映其與監(jiān)測(cè)對(duì)象之間的相對(duì)位置關(guān)系。

4.4 基于BIM 的移動(dòng)端

4.4.1 隱患排查業(yè)務(wù)流程說(shuō)明

在系統(tǒng)平臺(tái)中進(jìn)入環(huán)牡丹園站工點(diǎn)，選擇“現(xiàn)場(chǎng)管理/質(zhì)量跟蹤和檢查/監(jiān)控看板”，即可監(jiān)控當(dāng)前已有的隱患及隱患狀態(tài)，在三維場(chǎng)景中快速定位隱患點(diǎn)；查看詳情。針對(duì)已治理的隱患進(jìn)行消除確認(rèn)。

4.4.2 風(fēng)險(xiǎn)巡視業(yè)務(wù)流程說(shuō)明

在系統(tǒng)平臺(tái)中進(jìn)入牡丹園站工點(diǎn)，選擇“現(xiàn)場(chǎng)管理/三維施工風(fēng)險(xiǎn)管理/預(yù)警監(jiān)控”，切換至巡視預(yù)警面板，即可監(jiān)控當(dāng)前已有的巡視預(yù)警，在三維場(chǎng)景中快速定位預(yù)警點(diǎn)；查看詳情。針對(duì)已處置的巡視預(yù)警進(jìn)行消警確認(rèn)。

5 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)BIM 數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)管理模塊的需求實(shí)現(xiàn)和功能操作進(jìn)行了詳細(xì)闡述，BIM 數(shù)據(jù)的集成化、模型化、可視化和共享性大大提高了項(xiàng)目管理者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的掌控，使風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)對(duì)行為更快捷、更科學(xué)。

研究得出基于BIM 的安全風(fēng)險(xiǎn)管理可以高效地集成風(fēng)險(xiǎn)巡視信息，并將集成信息提供給管理者作為判斷隱患的依據(jù)。基于BIM 的風(fēng)險(xiǎn)管理可達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)工程的閉環(huán)狀態(tài)。

根據(jù)本文用例的研究成果，結(jié)合事前預(yù)防、事中控制、事后處理的方法論做指導(dǎo)，通過(guò)多維度數(shù)據(jù)感知技術(shù)在風(fēng)險(xiǎn)管理全過(guò)程的綜合應(yīng)用建立風(fēng)險(xiǎn)工程管控基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，在建成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)之上，可以結(jié)合人工智能分析算法，訓(xùn)練軌道交通風(fēng)險(xiǎn)大數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)在建軌道交通風(fēng)險(xiǎn)工程的全過(guò)程可視化綜合控制，打造人工智能產(chǎn)品，該產(chǎn)品可化身為軌道交通行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)咨詢專家、工程師，與軌道交通風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)的制定者、管理者、執(zhí)行者進(jìn)行交流合作，顛覆傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理手段，輔助安全風(fēng)險(xiǎn)的高質(zhì)量管控，協(xié)助其分析解決方法并提供決策建議，以應(yīng)對(duì)新時(shí)代背景下對(duì)軌道交通工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的新挑戰(zhàn)。