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        基于PDCA 的地鐵工程BIM 施工管理模式研究與應用

        2021-10-05 12:42:28孫策
        工程建設與設計 2021年17期
        關(guān)鍵詞:工程量車站建模

        孫策

        (中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司,廣東深圳 518083)

        1 引言

        近年來,我國城市化建設速度迅猛提升,地鐵已成為城市公共交通系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。然而,隨著地鐵建設規(guī)模的不斷擴大,其結(jié)構(gòu)形式也愈加復雜,對施工管理水平提出了更高的要求。如何提高地鐵工程建設協(xié)同管理水平以適應現(xiàn)代化建設的要求,成為地鐵工程施工領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問題。

        建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是基于三維數(shù)字模型的建筑業(yè)信息化發(fā)展技術(shù),具有強大的三維協(xié)同性的特點[1]。應用BIM 技術(shù),結(jié)合地鐵施工協(xié)同管理需求,能夠很好地解決多專業(yè)地鐵協(xié)同施工問題。學者們從場地規(guī)劃[2]、質(zhì)量管理[3]、設備安裝[4]、竣工交付等方面對其進行了系統(tǒng)的研究,以提前發(fā)現(xiàn)施工活動中存在的問題,對施工管理方案及時優(yōu)化,實現(xiàn)地鐵工程建設的高效管理。然而,現(xiàn)有BIM技術(shù)在地鐵工程施工管理的研究中與施工管理理論結(jié)合較少,導致盡管質(zhì)量、進度、成本等方面均有應用,但無法從計劃、執(zhí)行、檢查和處理全過程對地鐵工程施工管理進行跟蹤檢查和優(yōu)化管理[5]。

        因此,本文基于PDCA 管理理論,將BIM 技術(shù)應用的地鐵工程施工質(zhì)量、進度和成本管理與PDCA 的計劃、實施、檢查和改進循環(huán)管理流程相融合,從而形成基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理模式。

        2 基于PDCA 的BIM 施工管理體系搭建

        基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系如圖1 所示。

        圖1 基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理流程圖

        3 實例分析

        3.1 工程概況

        深圳地鐵16 號線天健花園站位于深圳市龍崗區(qū),車站主體采用明挖法施工,基坑長218 m,標準段基坑寬度20.2 m。盾構(gòu)段基坑寬度23.8 m,基坑開挖深度16.5~17.6 m,基坑安全等級較高,且地處主干道,路面車流量大,交通繁忙,整體工程施工難度加大。

        3.2 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工策劃中的應用

        3.2.1 項目應用需求分析

        1)檢查圖紙問題。二維設計圖紙存在較多錯、漏、缺的問題,為施工過程帶來困難,降低工作效率,需要在三維模型建立過程中查漏補缺。

        2)優(yōu)化多專業(yè)交叉施工方案。項目涉及管線改遷、周邊房屋拆遷、綠化景觀遷改等多項系統(tǒng)工程,相互穿插施工較多,通過施工仿真進行方案優(yōu)化,保證現(xiàn)場施工順利進行。

        3)精細化材料管理。項目涉及材料眾多,施工過程中勞動力、物資、設備等施工資源調(diào)配頻繁,需利用BIM 技術(shù)為快速提取工程量、實施限額領(lǐng)料、準確結(jié)算工程量提供便利。

        4)精準化施工指導。現(xiàn)場施工過程中,將二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維模型,其中混凝土方量、鋼筋量以及鋼筋搭接等能夠讓現(xiàn)場人員通俗易懂,簡潔直觀。

        3.2.2 BIM 參數(shù)化建模

        在地鐵車站施工之前,先根據(jù)施工圖紙建立車站BIM 模型(見圖2、圖3),并結(jié)合施工方案進行附屬施工模型的構(gòu)建,并對附屬結(jié)構(gòu)模型按照施工需求進行整合,以輔助施工需求。

        圖2 天健花園站BIM 模型

        圖3 區(qū)間隧道快速建模

        3.2.3 地鐵車站問題分析

        1)施工場地布置。根據(jù)施工場地及周邊道路情況,模擬施工場地布置,合理安排現(xiàn)場布置,以減少施工用地、保證現(xiàn)場運輸?shù)缆窌惩?、方便施工人員的管理,有效避免二次搬運及事故的發(fā)生。

        2)施工圖紙審核。將各個專業(yè)的模型疊加進行碰撞檢測“碰、漏、缺”點,確定施工中不合理的地方,及時反饋給設計人員,優(yōu)化施工方案與解決辦法,減少施工變更、返工,提高施工效率和質(zhì)量,縮短工期。

        3)施工仿真模擬。為提高多專業(yè)交叉施工時的作業(yè)效率,提前進行關(guān)鍵施工過程模擬,讓技術(shù)人員更加直觀了解施工過程,并論證施工方案的可實施性,為現(xiàn)場順利施工奠定基礎(chǔ)。

        3.3 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工實施中的應用

        通過視頻監(jiān)控對施工現(xiàn)場進行科學化安全管理,實時反映現(xiàn)場施工情況,方便管理人員對施工質(zhì)量、進度和成本問題源的監(jiān)控,降低施工風險,提高施工效率。施工現(xiàn)場監(jiān)控和BIM 施工管理分析,如圖4 和圖5 所示。

        圖4 施工現(xiàn)場監(jiān)控

        圖5 BIM 施工管理分析

        3.4 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工檢查中的應用

        利用BIM 平臺對施工現(xiàn)場重要生產(chǎn)要素的狀態(tài)進行繪制和控制,有助于實現(xiàn)施工質(zhì)量、進度和成本問題源的辨識和動態(tài)管理,加強現(xiàn)場策劃工作。確保項目的效益目標得以實現(xiàn)。

        3.5 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工改進中的應用

        3.5.1 施工質(zhì)量優(yōu)化措施

        1)砌體工程優(yōu)化。通過BIM 技術(shù)優(yōu)化砌體排磚,如圖6所示,可直觀展示砌體排布方案,避免因技術(shù)方案交底不清造成的損失,并利用排磚圖將每層及整體的砌塊用量精確統(tǒng)計,確保每個材料堆場滿足施工區(qū)域的用量需求,提高了質(zhì)量管理效率。

        圖6 砌體工程優(yōu)化圖

        2)基于二維碼可視化交底。針對施工信息瑣碎、溝通困難問題,將構(gòu)件的施工信息制作成二維碼,布置在現(xiàn)場管理構(gòu)件中,優(yōu)化溝通方式,將書面與口頭的信息利用網(wǎng)絡傳達到施工人員,豐富施工管理的溝通手段,提高了現(xiàn)場管理的信息溝通效率。

        3)預留預埋定位。每個預埋件和預留洞口均帶有一個標簽,所帶的標簽提醒管理人員針對性的檢查,如圖7 所示?,F(xiàn)場施工時,現(xiàn)場技術(shù)員對所做的預埋件或預留洞口拍照上傳,清楚直觀查看現(xiàn)場是否預留或預埋,完成閉合的管理流程,避免預留洞口或預埋件的遺漏。

        圖7 預留預埋構(gòu)件定位

        4)移動端應用。針對現(xiàn)場質(zhì)量管理數(shù)據(jù)管理問題,將構(gòu)件、圖紙、人員等信息提前存儲到云端,通過手機App 可以移動查看,并上傳質(zhì)量、安全檢查情況,將工作內(nèi)容通知整改人,完成閉環(huán)管理,提高管理效率。

        3.5.2 施工進度優(yōu)化措施

        1)施工進度模擬。建立BIM 模型將施工中所需的數(shù)據(jù)進行收集、采納、存儲,再關(guān)聯(lián)時間維度(即4D)形成BIM 4D 進度管理模型,配合相關(guān)的BIM 軟件對項目進行進度施工模擬,合理制定施工計劃、精確掌握施工進程,優(yōu)化使用施工資源以及科學地進行場地布置,對整個工程的施工進度進行統(tǒng)一管理和控制,以縮短工期,降低成本,提高質(zhì)量。

        2)輔助測量放線。通過將施工點位同步傳輸至BIM 模型中,管理人員可通過App 端快速查看放線點位,并實時復核點位偏差,提高施工效率。

        3)VR 安全教育。利用VR 技術(shù)的沉浸式交互體驗,將施工安全隱患進行真實場景模擬,便于施工人員實時深度體驗,了解安全事故發(fā)生原因,感受事故過程,從而提高安全防范意識,減少因作業(yè)人員的不安全行為和施工結(jié)構(gòu)的不安全狀態(tài)導致的安全事故。

        4)車站快速建模。針對地鐵車站施工需求,利用地下管線快速建模工具快速讀取管線探測數(shù)據(jù),導入獲取的TXT 數(shù)據(jù)文件,選擇合適的單元模型,創(chuàng)建管線模型,從而實現(xiàn)管片及區(qū)間隧道的快速建模。

        3.5.3 施工成本優(yōu)化措施

        1)鋼筋節(jié)點優(yōu)化。通過將局部復雜節(jié)點,導入魯班節(jié)點軟件進行優(yōu)化調(diào)整,如圖8 所示,快速獲取到鋼筋節(jié)點,方便項目算量核量及指導現(xiàn)場鋼筋幫扎,加快現(xiàn)場工作流程。

        圖8 鋼筋節(jié)點優(yōu)化

        2)工程量提取與復核。根據(jù)地鐵車站結(jié)構(gòu)特點,將車站按倉室劃分,根據(jù)墻、柱、梁、板分類匯總工程量及圍護結(jié)構(gòu)鋼筋量,如圖9 所示,輔助工程量核算,強化成本控制。

        圖9 主體結(jié)構(gòu)混凝土工程量提取復核

        3)經(jīng)濟對比分析。利用BIM 模型提取各專業(yè)工程量,將BIM 量與項目手算量進行對比分析,發(fā)現(xiàn)錯算、漏算C35 混凝土308 m3,鋼筋109 t,經(jīng)測算,預計節(jié)約經(jīng)費約106 萬元。

        3.6 應用分析

        本項目通過基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系進行地鐵車站協(xié)同施工管理應用和優(yōu)化,充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的協(xié)同管理優(yōu)勢,提高了施工管理效率,具體表現(xiàn)在以下方面。

        1)施工質(zhì)量管理。通過圖紙問題審核及碰撞檢查,發(fā)現(xiàn)圖紙問題34 處,其中圍護結(jié)構(gòu)8 處,主體結(jié)構(gòu)26 處,降低質(zhì)量風險,減少返工窩工、工期風險和施工組織難度。通過施工仿真模擬,論證了施工方案可實施性,優(yōu)化設計及方案、提高工程質(zhì)量。并通過可視化二維碼交底,解決復雜構(gòu)造交底,提高工作效率和工程質(zhì)量。

        2)施工進度管理。通過4D 模擬施工進度,提前發(fā)現(xiàn)施工管理問題,提高工程進度控制效率,有利于整體工期的掌控。并開發(fā)室外管線、盾構(gòu)管片、附屬結(jié)構(gòu)快速建模插件,提高建模效率,節(jié)約人工成本。利用BIM 輔助測量放線,保證測量控制點的準確性和效率。

        3)施工成本管理。通過工程量提取與復核,核查錯算、漏算工程量,涉及C35 混凝土308 m3,鋼筋109 t,并通過統(tǒng)計人員、機械進出場時間等方式,精確控制人員成本,最終實現(xiàn)成本節(jié)約。

        4 結(jié)語

        本項目基于PDCA 的地鐵車站BIM 施工管理體系,對地鐵車站的施工結(jié)構(gòu)快速建模、算量比對、監(jiān)控管理等方面進行了優(yōu)化,并對人員統(tǒng)計、人員定位等方面的技術(shù)難點進行精確管理,實現(xiàn)了地鐵車站施工降本增效,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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