應(yīng)宇墾 ，李文 ，徐勇敏 ，趙昕

（1 上海慧之建建設(shè)顧問(wèn)有限公司，上海 200090； 2 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；3 上海申通地鐵資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司，上海 200092 ）

0 引言

隨著城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城市軌道交通在解決城市中心區(qū)交通問(wèn)題中日益發(fā)揮著不可替代的作用[1]，既有地鐵車站的改擴(kuò)建項(xiàng)目日益成為政府和開發(fā)商關(guān)注的焦點(diǎn)。由于現(xiàn)有技術(shù)以及人為因素等影響，以往的既有地鐵改擴(kuò)建項(xiàng)目往往需要停運(yùn)地鐵車站，停運(yùn)將嚴(yán)重影響人們的出行，造成較大的社會(huì)影響。

為了有效解決這一問(wèn)題，本文將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地鐵改擴(kuò)建項(xiàng)目。在不停運(yùn)的情況下，采用BIM 技術(shù)管理的組織模式，充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、BIM 技術(shù)、無(wú)人機(jī)三維掃描、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、視頻/環(huán)境監(jiān)測(cè)等技術(shù)，建立一套完整的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用管理組織系統(tǒng)， 以提高管理效率和水平，提高安全管控可靠性及全過(guò)程建造數(shù)字化技術(shù)，確保管控過(guò)程中車站的正常運(yùn)行，以及管控的全面性、高效性和準(zhǔn)確性[2-3]。在不停運(yùn)的前提下升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)車站改造商業(yè)一體化，實(shí)現(xiàn)對(duì)既有簡(jiǎn)單車站和附屬區(qū)域的再利用，充分發(fā)揮地鐵站區(qū)域的商業(yè)價(jià)值。

同時(shí)，與以往應(yīng)用于新建項(xiàng)目的BIM 技術(shù)應(yīng)用相比，將應(yīng)用于既有地鐵車站的改擴(kuò)建項(xiàng)目的BIM 技術(shù)， 涵蓋了拆除改建內(nèi)容，形成了“全生命周期”應(yīng)用，應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富，BIM 應(yīng)用點(diǎn)更加多樣，新技術(shù)的應(yīng)用更加全面。

1 BIM 數(shù)字化技術(shù)

BIM 數(shù)字化技術(shù)即“建筑信息模型技術(shù)”，可以理解為建筑工程項(xiàng)目由規(guī)劃到設(shè)計(jì)再到施工，直到拆除的全生命周期，對(duì)于工程數(shù)據(jù)管理與分析的技術(shù)載體與過(guò)程[4-5]。

該技術(shù)是使用BIM 建模軟件構(gòu)建建筑信息模型，進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)和施工，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目協(xié)同管理，可減少錯(cuò)誤、節(jié)約成本、提高效益和質(zhì)量。 工程竣工后，利用建筑信息模型實(shí)施建筑運(yùn)維管理，提高運(yùn)維效率[6-8]。

1.1 基于BIM 的全過(guò)程數(shù)字化管控平臺(tái)

全過(guò)程數(shù)字化管理平臺(tái)是整個(gè)既有車站不停運(yùn)改擴(kuò)建的數(shù)據(jù)匯總和處理中心（圖1）。

圖1 全過(guò)程數(shù)字化管控平臺(tái)

（1） 項(xiàng)目信息：呈現(xiàn)項(xiàng)目地點(diǎn)、工期、工程面積等基本信息（圖2）。

圖2 界面呈現(xiàn)

（2） 工程動(dòng)態(tài)：呈現(xiàn)工地新聞、獎(jiǎng)懲動(dòng)態(tài)等信息。

（3） 文檔管理：根據(jù)權(quán)限設(shè)立目錄，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目文檔上傳、下載、在線閱讀。

（4） 模型管理：實(shí)現(xiàn)模型瀏覽、漫游、批注、協(xié)調(diào)溝通。

（5） 交通模擬：根據(jù)交通模擬，以及交通流線關(guān)鍵部位的視頻接入，實(shí)現(xiàn)交通模擬和現(xiàn)狀分析（圖3）。

（6） 人流模擬：根據(jù)人流模擬，將出入口的視頻接入，實(shí)現(xiàn)人流模擬和現(xiàn)狀分析。

1.2 基于BIM 的全過(guò)程數(shù)字化技術(shù)的管理應(yīng)用

既有車站不停運(yùn)改擴(kuò)建的全過(guò)程管理既包括絕大多數(shù)新建軌道交通車站的BIM 全過(guò)程應(yīng)用，同時(shí)又體現(xiàn)了不停運(yùn)改擴(kuò)建的特點(diǎn)，其應(yīng)用框架圖見圖4，各階段應(yīng)用要點(diǎn)和主要內(nèi)容見表1。

圖4 基于BIM 的全過(guò)程數(shù)字化技術(shù)的管理應(yīng)用框架圖

表1 各階段應(yīng)用要點(diǎn)及主要內(nèi)容

2 蓮花路站的應(yīng)用實(shí)例

本文將基于BIM 的既有地鐵車站改擴(kuò)建數(shù)字化全過(guò)程管控技術(shù)應(yīng)用于蓮花路站項(xiàng)目，選取蓮花路車站在不停運(yùn)改擴(kuò)建過(guò)程中的應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行闡述。 蓮花路地鐵站為上海地鐵1 號(hào)線的既有車站，總面積49995m2，1999 年竣工后使用至今，2018 年開始進(jìn)行不停運(yùn)改擴(kuò)建(圖5)。

圖5 上海地鐵站1 號(hào)線

2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集

利用數(shù)字化設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)，為建立現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字模型做準(zhǔn)備。 在拆改場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，提供可視化的模擬分析數(shù)據(jù)，作為評(píng)估拆改設(shè)計(jì)方案選項(xiàng)的依據(jù)。

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)影響因素分析

整理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，建立可以體現(xiàn)周邊人流場(chǎng)地實(shí)況信息的現(xiàn)場(chǎng)模型，形成車站不停運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)分析報(bào)告，包含現(xiàn)場(chǎng)模型圖像（圖6）、場(chǎng)地分析結(jié)果，以及對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)方案或工程拆改設(shè)計(jì)方案的場(chǎng)地分析數(shù)據(jù)對(duì)比。

2.2 施工工藝模擬

利用深化設(shè)計(jì)模型對(duì)改擴(kuò)建過(guò)程中施工工藝復(fù)雜、結(jié)構(gòu)形式特殊、 專業(yè)施工交叉密集及施工風(fēng)險(xiǎn)突出的工程關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行施工方案模擬。 土方工程方案模擬應(yīng)綜合分析土方開挖量、開挖順序、開挖機(jī)械數(shù)量、車輛運(yùn)輸能力等因素，考慮項(xiàng)目所在地對(duì)土方外運(yùn)的限制，優(yōu)化確定大型設(shè)備及構(gòu)件的到貨安裝時(shí)間節(jié)點(diǎn)、吊裝運(yùn)輸路徑、預(yù)留洞口等內(nèi)容。 垂直運(yùn)輸施工方案模擬應(yīng)依據(jù)施工組織方案，綜合分析運(yùn)輸需求、垂直運(yùn)輸器械的運(yùn)輸能力等因素，結(jié)合施工進(jìn)度優(yōu)化確定垂直運(yùn)輸組織計(jì)劃（圖7）。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)模型圖像

通過(guò)在模型的基礎(chǔ)上附加建造過(guò)程、施工順序、 施工工藝等信息，進(jìn)行施工過(guò)程的可視化模擬，實(shí)現(xiàn)施工方案的可視化交底。 對(duì)重點(diǎn)施工方案和關(guān)鍵部位的施工工藝，使用BIM 數(shù)字化軟件進(jìn)行模擬和分析，優(yōu)化施工方案及施工工藝，并進(jìn)行多方案比選論證，從而選擇最佳的施工方案。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工序進(jìn)行3D 指導(dǎo)，在施工前預(yù)判問(wèn)題、解決問(wèn)題，降低工程返工風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 建造技術(shù)數(shù)字化模擬應(yīng)用

2.3 安全風(fēng)險(xiǎn)管理

以深化設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系增加風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)模型和風(fēng)險(xiǎn)工程等信息，建立安全風(fēng)險(xiǎn)管理模塊，利用BIM 數(shù)據(jù)集成與BIM 信息化建設(shè)管理平臺(tái)建立環(huán)境模型與安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)的可視化動(dòng)態(tài)管理。 集模型集監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)方案和檢測(cè)數(shù)據(jù)等功能于一體，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化預(yù)警和自動(dòng)推送。

安全風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)形成適用于既有車站不停運(yùn)改擴(kuò)建工程的專項(xiàng)施工方案、技術(shù)交底方案、設(shè)計(jì)交底方案、危險(xiǎn)源辨識(shí)計(jì)劃、施工安全策劃書等。

2.3.1 施工安全模擬

運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)更新施工安全設(shè)施配置模型，對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行動(dòng)態(tài)辨識(shí)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

通過(guò)對(duì)實(shí)際施工方案、實(shí)施過(guò)程模擬進(jìn)行交底，直觀展示各施工步驟、施工工序之間的邏輯關(guān)系，使現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、施工人員對(duì)工程項(xiàng)目的技術(shù)要求、質(zhì)量要求、安全要求、施工方法等有透徹理解。

對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育， 對(duì)高發(fā)危險(xiǎn)事件進(jìn)行預(yù)演模擬，結(jié)合系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置好的人員疏散路線信息、 救援路線信息、攝像頭位置點(diǎn)信息、救援設(shè)備位置點(diǎn)信息等，在人員疏散逃離及救援人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)給予正確的處置參考信息， 便于科學(xué)組織施工，提高施工人員安全意識(shí)，避免技術(shù)質(zhì)量事故的發(fā)生。

2.3.2 施工監(jiān)測(cè)管理

施工監(jiān)測(cè)管理是利用信息傳感設(shè)備、視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備，或其他數(shù)字化監(jiān)測(cè)手段對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的管理方式。 對(duì)于人流量密集區(qū)域、車站商業(yè)連接區(qū)域或其他危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)。

采用互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)， 及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題反饋至模型，便于檢查驗(yàn)收、整改責(zé)任認(rèn)定和跟蹤解決。 施工安全設(shè)施配置模型應(yīng)完善安全防護(hù)等安全設(shè)施配置信息，除不停運(yùn)改擴(kuò)建工程信息外，還應(yīng)包括腳手架防護(hù)、基坑支護(hù)、模板工程、消防疏散分區(qū)、安全通道平面布置、施工升降安全、塔吊、起重吊裝安全、施工機(jī)具安全、施工現(xiàn)場(chǎng)文明生產(chǎn)安全等信息。 同時(shí)，由模型輸出相關(guān)的視圖照片、問(wèn)題跟蹤記錄輔助編制施工質(zhì)量檢查與安全分析報(bào)告。

3 結(jié)論

BIM 數(shù)字化管控技術(shù)在蓮花路站不停運(yùn)改造項(xiàng)目的應(yīng)用，雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)既有地鐵車站不停運(yùn)改擴(kuò)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別和預(yù)警，同時(shí)平臺(tái)中存儲(chǔ)的BIM 模型和相關(guān)項(xiàng)目、安全信息數(shù)據(jù)也會(huì)為今后工程建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和預(yù)警提供有效支持，但是目前BIM 技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用還處于初始階段[10]，需要各專業(yè)在建筑工程領(lǐng)域的共同努力和合作，應(yīng)加深對(duì)BIM 技術(shù)的分析和探索，使BIM 技術(shù)能夠更廣泛地應(yīng)用在建筑工程中。

未來(lái)，基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析的人臉識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，甚至工廠或現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人技術(shù)，已經(jīng)或正在加快進(jìn)入行業(yè)的視野，試圖更加深入、更加廣泛地解決工程項(xiàng)目管理的問(wèn)題。 今后的研究將在BIM 數(shù)字化管控平臺(tái)的應(yīng)用激勵(lì)機(jī)制以及BIM 與其他技術(shù)集合等方面進(jìn)行深一步探討和完善，以期為城市軌道交通不停運(yùn)改擴(kuò)建提供參考，促進(jìn)工程建設(shè)的發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化做出貢獻(xiàn)。