基于BIM技术的轨道交通施工过程管理平台开发及应用.docx

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1、当前为解决地铁轨道交通施工中的难题，以BIM技术为代表的信息技术越来越多地被用于地铁轨道交通的施工管理中。钱七虎认为在隧道工程中应用BIM技术辅助施工管理，可大幅降低项目参与方的项目管理难度。苏立勇将BIM技术用于北京轨道交通19号线施工中，搭建了基于BIM的信息化管理平台，推动了工程施工过程朝着数字化、信息化、精细化方向发展。苏婉君等将地铁基坑风险演化规律与BIM相结合，实现分享状态的实时可视化展示，提高了地铁车站施工的安全性。丁烈云等基于BIM开发了时间与工程三维实体结合的N维可视化技术，实现了在三维空间和时间上的安全定位和风险跟踪。1、工程概况广州地铁十八号线自万顷沙至广州东站，经过南沙

2、区、番禺区、海珠区及天河区，全长超过60km,设车站9座,其中换乘站8座，平均站间距7.6kmo沿线穿越水道、水塘、居民住宅、苗圃地、既有道路、高架桥等，其施工难点如下。(1)本项目沿线地质情况复杂，需穿越河流9处，在微风化和强风化花岗岩、淤泥质土、砂质粘性土、粉砂等复合型地层中掘进；其间经过瘦狗岭、广三、白堤-沙湾、新会-市桥、南沙-东莞等断裂带；周边地下管线多且下穿铁路轨道。需及时精准地管控掘进施工。(2)本项目体量大，线路长，多台盾构机同时施工，现场材料，机械、人员协调难度大，工程进度、人员设备统一管理难度大。此外还需对项目部及施工人员进行日常管理，传统的工程管理模式很难满足大单体轨道交

3、通工程建设的全生命期管理要求。(3)本项目信息量巨大，施工过程涉及环节多，人员复杂，机械设备数量多，需要集成对复杂的信息进行管理，实现信息共享，对信息交流和工作沟通要求高。2、B1M的组织与应用环境本项目体量大，贯穿土层地质情况复杂，涉及人员、材料、机械众多。涉及土建工程、建(构)筑物保护、管线保护、管线拆除、管线改移、交通导改等多项工作内容，涉及专业面广泛。本项目施工涵盖明挖法、盾构法等多种工法，综合性强，需多专业、多工种协同作业，对承包单位施工整体筹划及综合组织能力要求高。若按传统管理模式进行管理难度巨大，为此在全专业、全范围内应用BIM技术进行管理，以优化管理模式，提高建造品质，节约工程

4、投资。2.1 BIM组织机构本项目的BIM组织以总承包部BIM中心为总体牵头方和技术支持方。由项目总工程师为总负责人，根据项目应用目标确定所需专业BIM工程师及配合部门。为实现基于BIM的包括进度、安全、质量、人员、材料、机械设备等全面的施工过程管理，设置了协助BIM实施的分项实施部门，包含工程部、质量部、安保部、物资部、设备部等。项目组织机构如图1所图1BIM管理的组织架构BIM信息中心的基本职责为：(1)贯彻执行国家、部门颁发的法规、规范，严格执行合同文件的有关条款要求及管理规定；(2)制订BIM工作计划，有序开展BIM应用，根据项目部各业务部门的管理需求提供有效数据，支持项目信息化管理；

5、(3)组织项目部人员进行BIM培训，推广BIM在项目管理中的应用；(4)对B1M各阶段性工作成果进行汇报和总结；(5)贯彻落实领导小组交办的各项工作，制定BIM规章制度，提供BIM技术支持，协调和督办与BIM相关的工作；(6)承办B1M相关的其他工作。2.2 BIM施工管理平台的结构框架为更好地实现基于BIM的管理与协调。开发了一套基于BIM的地铁轨道交通施工过程管理平台，该平台将BIM模型与人员、材料、机械、环境等信息集成在统一的平台中。通过对信息的综合集成管理实现施工进度查看与模拟、人员调配、材料派送、机械运行监控和环境监测等功能。该平台还被开发成客户端的形式，施工管理人员可通过电脑在办公

6、室内进行查看。基于BIM的施工管理平台的框架如图2所示。图2基于B1M的施工管理平台的结构框架3、信息的采集与上传3.1 BIM模型的图元分类本项目施工过程中建立了一套精度较高的隧道BIM模型，其中包含土建、地质等专业的信息模型，先根据不同类别对图元进行分类，再根据不同图元类别的关系形成图形，使用者可根据查看需要对不同类别的图元分别单独查看。在储存模型时根据模型所处的位置进行分类，以便根据不同的施工位置进行查看。BIM模型浏览效果如图3所示。图3在B1M施工管理平台中直看管片BIM模型（计算机截图）3.2 人员的信息采集和管理本项目通过智能门禁系统和视频监控实现人员信息的采集和管理,其中智能门

7、禁系统包括人行道闸系统和车辆道闸系统，分别对行人和进出车辆进行信息采集和进出管理。2种道闸分别安装在现场的进出口和隧洞施工进出口。所有施工人员进入现场都需经过智能门禁系统，该系统可通过人脸识别与预先储存的人员信息进行比对，确认身份信息一致的人员方能进入现场。当日进入现场的人员信息还可上传至基于BIM管理平台上，实现对当日现场人员信息的采集，加强了对人员的管理。视频监控设备安装在隧道内、施工场地内和生活区中，进入现场的作业人员实时被视频监控设备监督。视频采集的内容可展示在基于BIM的轨道交通施工过程管理平台上，实现了不同位置的施工过程统一管理。3.3 基于二维码的管片信息采集在地铁轨道交通项目中

8、作为衬砌结构的隧道管片数量多,质量要求高。且管片的安装均由盾构机自动进行，所以须管片的质量和数量进行精准把控。管片安装前，每片管片均贴有专属的二维码（图4）。所有管片的编号、生产信息、材料信息均可通过扫描二维码得到。从而实现对每份材料的单独全过程追踪。若某管片发生问题，可根据管片上的二维码实现过程追溯，从而快速找到问题的源头，快速解决问题。图4现场管片上张贴的二维码3.4 盾构机状态信息采集作为主要的施工机械，盾构机的运行状态决定了地铁隧道施工的进度、效率和安全。但以往对盾构机状态的观察只限于盾构机内，工程管理人员只能通过询问盾构机工程师了解地下盾构机的掘进情况，不能及时从管理层面处理盾构机事

9、故。本工程多台盾构机同时掘进，传统的盾构机监测方法不能满足工程需要。为此建立了一套盾构机工作状态信息的传输系统，其结构如图5所示。盾构机的关键参数先通过有线传输实时传递给本地服务器。再由本地服务器将数据上传到搭载在云端服务器的基于BIM的地铁轨道交通施工过程管理平台中，使用者可通过计算机等登录管理平台进行查看。云端服务器本地服务器图5盾构机状态信息传输系统结构示意3.5 环境数据3.5.1 应用物联网监测施工环境为监测现场施工环境，施工现场布置了多种传感设备：包括监测风速、温度、湿度、PM2.5浓度的传感器等，以判定监测现场环境污染程度的是否满足相关要求。施工现场关键位置设置摄像头监测施工实时

10、状态，以实现统一把控不同位置施工过程，及时发现安全隐患，保证施工质量。3.5.2 应用遥感技术测量现场地理环境使用无人机在不同位置航拍地表照片，由多组二维照片生成三维地貌，计算地理信息，处理区域点云数据，统计场地面积数据，记录移交时地容地貌，实现对地形、地貌的勘测，协助获得地理环境特征，合理规划场地位置，确定施工场地各区域的位置及面积。辨识施工对周边建筑物的影响，规避安全风险及信访风险。进行征地拆迁工作参照、施工进度监测，动态反馈现场实际情况。将视频监控点与现场地貌融合，可实现现场的视频与地貌的结合，以针对性查看不同位置的现场情况。4、应用功能与效果通过将以上的信息统一集成在平台中，实现了BI

11、M模型、人员、机械、材料、环境信息的融合。4.1 施工进度查看与模拟为直观展示盾构施工进度，将盾构机安装的管片信息与BIM模型相关联，实现了盾构机状态和盾构进度相结合的平台展示。所有管片的安装状态均可通过不同的颜色进行表示。通过对应工程的施工时间与工程实体BIM模型，实现工程进度的三维可视化查看，掘进进度与管片安装进度可做到一目了然。图6中用不同颜色分别表示已经完成、正在施工和未完成的部分，再与施工进度横道图结合展示，施工进度也可一目了然。本系统还可根据施工进度计划实现施工进度模拟预演，提前分析不同时间段的施工内容。图6施工进度三维展示（计算机截图）4.2 人员管理系统将所有人员的个人信息和活

12、动信息加载在BIM管理平台当中，可根据施工目标实体内容分配人员进行施工，实现对人员的精细化管理。还可根据施工实体对象找到相应的责任人员。若作业人员在施工现场的操作不规范时，系统会自动识别不规范行为，通过抓拍取证，识别画面中的人，以便对其进行针对性的教育。4.3 盾构机运行监测本系统对盾构机的状态数据设置了安全值域、报警值域和危险值域。分别用黑、黄、红色表示。该项功能包括土压力、油缸的行程和油压、注浆系统中各关键部位的流量和压力均可在系统中查看，其界面如图7所示。图7盾构机运行监测界面（计算机截图）4.4 环境预警本系统将施工现场环境信息与现场地理信息相结合，可直接查看到关键位置的环境信息，发现

13、某处环境信息不达标，可直接反映到地图上，再结合现场视频监控可快速找到污染源，这种多维环境监测的形式可大幅提高环境问题的解决效率（图8）。图8环境多维度监测界面(计算机截图)5、结束语广州地铁18号线工程项目施工中以问题和需求为导向,综合利用BIM及物联网、互联网等技术建立综合立体化的BIM施工管理平台，实现了对进度、人员、材料、机械、环境的综合管理，推动了轨道交通项目的精细化管理，取得了一定的成效。本文根据该项目的实践成果与经验给出如下结论和建议。(1)基于BIM技术对施工进度进行管理，效果直观，精细化程度高，可精确到每片管片。有利于提高地铁施工管理的精准度。(2)本系统将多种信息采集到网络平台中，可打破信息孤岛，更好地实现不同信息的融合对照展示。(3)经过项目部长时间形成的基于BIM的信息大数据，在施工过程中可用于指导施工，提高施工管理能力和效率。施工完成后还可追溯该项目的整个施工过程，分析施工的不足和问题，用于指导以后工程施工。(4)在施工过程中，多平台的统一十分困难，本项目中完成了多数功能在同一平台的集成，但仍有部分功能不能集成在统一平台中，需在以后的平台应用过程中加以解决。