基于BIM的城市轨道交通工程施工风险控制

赵广武 张博倩

(1.北京房地集团有限公司，北京 100101； 2.首都经济贸易大学，北京 100070)

0 引言

随着社会现代化的快速推进，城市人口的急剧增加导致了交通拥挤、事故频发等一系列问题，原有的交通运输系统已满足不了日益增长的需求，快速、安全、效率高以及污染小的城市轨道交通的产生、发展成为必然的趋势[1]。我国的城市轨道交通从理论到现场施工经验都相对落后，不仅项目工程量大、施工技术及施工环境复杂，而且在施工过程容易受到施工周边条件的制约。正是由于这些原因，轨道交通施工过程中的事故频率相对较高，威胁人们的生命安全，给国家造成巨大的经济损失[2]。

轨道交通建设事业的发展要求我们必须解决在施工过程中面对的各种问题，减少事故的发生。BIM作为一种技术，在全寿命周期内，通过集成项目信息，实现各参与方之间以及相关应用软件之间的信息交流和共享，提高项目整体质量。结合当前BIM技术的研究现状，文章提出基于BIM技术的城市轨道交通工程施工风险控制的研究，以期为BIM技术解决城市轨道交通工程施工风险管理中遇到的问题提供流程和方法参考。

1 城市轨道交通施工模式下BIM技术的应用

1.1 BIM技术简介

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，包含了跟建筑项目相关的立体几何关系、空间相对位置关系、周边环境地理信息、建筑各组成单元的性质及参数。BIM为大家呈现的是整个建筑生命周期内与项目相关的信息，能够为项目各参建方提供各种与建筑项目相关的信息[3]。

BIM技术能够在建筑领域兴起并很快的得到广泛重视和迅猛的发展，主要是因为BIM具有其特有的特点[4,5]：可视化程度高、冲突协调性、虚拟先行性、全局优化性和可出图性。

1.2 BIM技术应用于轨道交通工程风险控制的适用性

1)技术适用性。轨道交通工程项目的BIM模型包含了整个建设周期的全部信息，可以使风险控制的过程更加准确化、动态化、全面化。工程项目涉及众多参建单位、建设周期长、工程资料繁多等，BIM将为项目风险管理者提供强大的数据支持。BIM技术将项目的各参与方集中起来，使大家在同一个平台上合作，沟通交流更加便捷直观。BIM技术具有建筑物的三维实体建模和项目进度控制计划相结合的计算功能，将进度控制计划相关时间节点加入到动态三维实体构件上以实现4D模拟分析技术。BIM技术还具有信息时效性功能，相比于传统的风险管理方法，在模型内基于整体建筑模型数据发生任何小小的改变，则所有与之关联的各类全部信息也将自动随之更新，这样得到的是动态的风险控制的结果，增加了信息的时效性，提升了项目风险管理水平，确保了建设项目各大目标的实现。

2)经济适用性。我国对城市轨道交通行业的投资每年都呈上涨趋势，并且不少已有地铁的城市提出将在原有地铁线路基础上进行改扩建，经济投入更是惊人。然而在飞速发展和巨大投资的背后，每年轨道交通工程项目由于各种管理不善造成的不必要的经济损失在总投资金额中占有相当大的比重，这样的不必要的损失贯穿建设项目整个建设周期中。美国SERA Architects的一份基于20个项目的研究数据研究和实践BIM应用效益评估的资料，对设计时间、施工时间、变更成本等指标进行了统计分析，结果显示BIM技术的引进将带来极大的经济效益，并且随着该项技术的逐步完善和成熟，其应用前景不可估量。

3)环境适用性。BIM技术在国内虽然起步较晚，推广和普及相对落后，但该技术正在逐渐引起政府相关部门的注意，北京奥运会主体育场鸟巢项目，上海中心大厦等工程复杂、施工难度大的建筑项目中均引进了BIM技术的元素。国内许多知名建筑类学校开始设立各类BIM学习相关专业，将BIM技术的学习和推广加入到课程体系中。无论从BIM技术的推广速度，还是从相关部门对该技术的认可程度来看，BIM技术的推广和迅速发展营造的环境已经相当成熟，所以文章的研究将BIM技术应用到轨道交通工程施工风险控制中是可行的。

2 BIM技术工程应用实例

2.1 项目概况

本项目为某新建地铁站，北侧为高层建筑，南侧为绿地及一条河，东西向布置。为地下两层结构，车站设计为岛式车站，站台宽度11 m，车站有效站台中心里程DK17+666.632，总长262 m，宽21 m(站台中心处)，车站标准段基坑深度为15.66 m～16.33 m，西段头井深度为17.95 m，东段头井深度为18.4 m，采用明挖顺做法施工。车站设3个出入口、2个消防疏散口，在主体施工完毕后再施工出入口、风道及疏散通道，其中西北出入口过和平路采用暗挖施工，其余附属结构均采用明挖法施工。公共区采用两层单柱双跨、设备区采用两层双柱三跨箱型结构，本工程主体结构设计使用年限为100年，车站耐火等级为一级。车站结构共计A,B,C,D四种断面形式，A断面设计为公共区，两层单柱双跨结构；B断面设计为设备区，两层双柱三跨箱型结构；C断面位于车站端头，两层单柱双跨结构，活塞风井设置于此；D断面为单层段。

2.2 BIM技术在风险控制中的应用实践

该项目从初期设计阶段、招标阶段、合同签署再到施工阶段均采用BIM技术保驾护航，在进入施工阶段时BIM模型仍需继续完善项目的施工信息。创建项目施工风险监控管理信息平台，提高项目施工管理水平。项目各参与方可登陆平台随时查看预警信息，根据各类数据进行工作调整，制定风险应对措施。下面将针对项目施工过程中遇到的一些代表性风险进行分析以及BIM技术在这些风险控制中的应用。

冲突检查：BIM软件执行碰撞检查命令的程序是首先通过相关软件进行本专业内部的冲突核查，在解决自身内部冲突的基础上，将各专业模型拟合成一个综合模型，然后将Revit里面的整体模型导入Navisworks软件中进行整个模型的冲突检查，并生成碰撞检测报告，最后依据检测报告修改模型。通过碰撞检查，共发现27 100个碰撞点，设计人员根据报告进行核对，检查出的冲突碰撞基本都存在。然后组织各方进行碰撞修改意见交流，最终对全部碰撞点进行了设计修改，图1为部分碰撞检查生成的碰撞报告。BIM在进行冲突检查并完成方案修改定稿整个过程消耗了2 d时间，对比以前人工检查和修改的方法明显的提升了工作效率，避免了后期变更设计带来的各类风险。

施工方案优化：本工程建设项目施工现场受限，潜在风险因素众多。在施工方案实施前，运用BIM技术对施工场地的平面布置进行了合理优化，同时对施工场地内机械的位置都进行了合理规划，保证施工作业空间尽可能大，不影响各作业的同时进行，对项目的进度起到一定的促进作用。图2为本基坑侧壁支护施工模拟。通过施工方案模拟进行方案比选，使得本项目在进度、成本控制上争得不少时间和资金。

4D进度控制：BIM技术在输入的各工序时间节点的基础上，根据各分部分项工程的实时施工状况，及时录入各工程的实际开始和结束时间，并在模型中用不一样颜色的进度条区别出来，并与进度计划进行对比，使得进度控制更直观具体，将延误工程直接暴漏出来，项目各参建单位都能随时了解项目进度情况，并对延误工程进行实时调整。保证进度计划的顺利实施，图3为进度完成情况的直观图。

5D成本控制：本工程在运用BIM技术进行成本风险管理的过程中，主要从下面几个方面体现出来：

工程量计算精确，避免了繁杂的耗时费力的人工计算。

成本动态控制：在施工过程中发生设计变更，模型将自动重新生成新的工程量清单，造价管理人员将对工程的成本计划进行必要的调整。

与进度计划相关联：在4D进度控制的模型基础上加入成本信息形成5D成本控制模型，如图4所示。

2.3 主要成果指标

合理评估专业设计碰撞使项目专业设计布局更加合理。通过使用BIM技术进行的碰撞检测与分析，共避免了各种专业设计碰撞27 100多处，有效解决了专业之间碰撞的问题，避免了因碰撞发生的窝工返工增加的成本投入。

搭建工程建设安全风险监控平台使施工更加高效。通过使用BIM技术模型创建的轨道交通工程建设安全风险监控平台帮助项目各参与方沟通更加方便快捷，提高了整体的工作效率。使得项目整体的人力投入相比于同类工程减少了20%左右，工作协调问题导致的会议次数减少了60%，促使管理成本大幅下降。

通过BIM施工模拟功能使施工组织与资源安排更加优化。目前，BIM技术的模拟功能已帮助项目减少人力、物力资源浪费约20%，工期比计划提前13%，减少设备二次釆购量的10%，工程实际进度比计划进度提前了4个月，有效控制施工阶段的各类风险。

3 结语

本文以研究传统风险管理模式中存在的问题为出发点，分析了BIM技术在城市轨道交通工程风险管控中的绝对优势，并通过该技术的适用性分析将BIM技术引入到城市轨道交通工程项目风险管理的工作上来。通过研究得出了以下结论：

BIM技术能有效解决城市轨道交通工程项目风险管理孤立滞后、工作协调难度大、预警机制不完善等系列问题。在技术上，通过4D进度控制模型，5D成本控制模型等实现模拟优化，冲突检测，虚拟先行；在经济上，精确计算工程量，可视化进度管理等手段减少设计变更造成的成本增加。

通过BIM技术在该项目的成功实践，使项目整体的人力投入相比于同类工程减少了20%，工作协调问题导致的会议次数减少了60%，管理成本大幅下降，工程实际进度提前了4个月，节约造价约500万元，进而验证了BIM技术在该类工程风险控制中的有效性、适用性、优越性。

BIM技术在轨道交通工程施工风险的控制作用效果明显，在对项目施工过程中存在的成本风险、质量风险、进度风险等主要风险控制中优越性突出，若能持续有效地推广应用，必将有效提高我国城市轨道交通工程建设项目的风险控制水平。

参考文献:

[1] 刘西洋.我国城市交通方式结构研究现状分析[J].建筑工程技术与设计,2015,3(6):11-13.

[2] 李皓燃,李启明,陆 莹.2002—2016年我国地铁施工安全事故规律性的统计分析[J].都市快轨交通,2017,5(1):15-16.

[3] 李双喜,周 滢.BIM技术在轨道交通工程设计中的应用[J].地下空间与工程学报,2014,10(S1):135.

[4] 王广斌,张 洋,谭 丹.基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法研究[J].科技进步与对策,2009,26(21):47-49.

[5] 肖良丽,方婉蓉,吴子昊,等.浅析BIM技术在建筑工程设计中的应用优势[J].工程建设与设计,2013(1):74-77.