■林瑞慧

（福建省交通科研院有限公司，福州 350004）

近年來，隨著信息化建模技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑施工項目中的應(yīng)用逐漸普及，對于施工的成本控制、生產(chǎn)效率、工作安全方面都起到重要作用。三維設(shè)計BIM 技術(shù)是未來設(shè)計的趨勢[1]。BIM技術(shù)在隧道工程項目中的應(yīng)用是多方面的，對于項目設(shè)計是一次技術(shù)突破，同時也改變了傳統(tǒng)的施工方法與運營模式[2]。 隧道工程項目涉及專業(yè)眾多，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以建立集成交互平臺，精簡各專業(yè)之間的項目溝通流程，便于各專業(yè)同步完成工作目標(biāo)[3]。BIM 技術(shù)對設(shè)計變更內(nèi)容的反饋效率高， 對模型設(shè)計變量的修改能夠快速得到工程量變化反饋結(jié)果， 節(jié)省了傳統(tǒng)可視化過程中重建模型的時間和成本[4]。對于復(fù)雜工程項目的施工，傳統(tǒng)平面設(shè)計圖紙所傳遞的信息往往不夠直觀，無法為后期的施工管理提供足夠的工程信息。采用BIM 技術(shù)建立的模型可以較為直觀地指導(dǎo)施工，其先進(jìn)的信息共享也便于施工管理[5]。BIM 技術(shù)有效促進(jìn)社會各方、各專業(yè)工作人員之間的協(xié)作，從而改變中國建設(shè)工程項目風(fēng)險管理模式。利用BIM 技術(shù)生成的模型可以直觀地反映項目現(xiàn)場施工情況，提高施工精度，減少工程材料浪費。 本研究以廈門海滄隧道工程為對象，通過BIM 技術(shù)解決傳統(tǒng)隧道工程施工過程中存在的問題，總結(jié)歸納BIM 技術(shù)在隧道工程中的使用優(yōu)勢。

1 基于BIM 建模的碰撞檢查

根據(jù)業(yè)主提供的各專業(yè)圖紙為海滄隧道工程項目建立BIM 模型，包括地質(zhì)模型、隧道模型、施工設(shè)備模型及施工場地模型等。 根據(jù)設(shè)計單位及施工單位提供的構(gòu)件產(chǎn)品信息進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，這些信息包括但不限于構(gòu)件尺寸信息、施工進(jìn)度信息、造價成本信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息、設(shè)備制造及維護(hù)信息。 依據(jù)BIM 模型在本項目的設(shè)計、施工階段進(jìn)行的碰撞檢測等措施，配合施工方及設(shè)計單位進(jìn)行教學(xué)設(shè)計優(yōu)化。海滄隧道BIM 中的碰撞檢測分為硬碰撞和軟碰撞。 硬碰撞指的是項目設(shè)計在施工中會出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)沖突問題，軟碰撞指的施工條件不滿足設(shè)計要求或施工時間節(jié)點存在沖突的情況。

針對廈門海滄海底隧道選擇某一段預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋進(jìn)行碰撞檢測，預(yù)應(yīng)力鋼束在對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件十分重要，一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)沖突有兩種情況時常發(fā)生。 一種是發(fā)現(xiàn)問題后和設(shè)計單位及時溝通修改，可能會耽誤工期；另一種是施工單位發(fā)現(xiàn)鋼筋碰撞問題后既不上報問題， 也不與設(shè)計單位溝通，直接剪切鋼筋或調(diào)動預(yù)應(yīng)力鋼束的位置，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力情況改變，為后期運營埋下了很大的質(zhì)量安全隱患。 在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部提取普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋模型（圖1）進(jìn)行碰撞檢測。

圖1 碰撞結(jié)構(gòu)

碰撞檢測完之后會產(chǎn)出碰撞檢測報告， 報告以excel 表格形式呈現(xiàn)（圖2），表中每一行代表一處碰撞， 在這一行中會說明是哪兩個構(gòu)件發(fā)生了碰撞、碰撞位置等等，使得結(jié)構(gòu)沖突位置一目了然，節(jié)省了大量查閱圖紙復(fù)核的時間。

圖2 碰撞檢測報告excel 表格信息

圖2 碰撞檢測報告excel 表格信息顯示廈門海滄海底隧道的橫洞下方有服務(wù)洞，一旦服務(wù)洞與橫洞交叉發(fā)生碰撞則必須要更改項目的設(shè)計方案，一旦工程發(fā)生變更那么將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、 時間損失。 在檢測過程中發(fā)現(xiàn)1 號行車橫洞與襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生了碰撞（圖3～4）。 從圖4 的標(biāo)圈位置可以看出，1 號行車橫洞與襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生了交叉， 如果不及時更改設(shè)計方案，施工時會造成更大的損失。

圖3 碰撞效果圖

圖4 碰撞結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計階段采用BIM 技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計，有效控制了圖紙中的各類錯漏。 通過后續(xù)的現(xiàn)場反饋，減少了70%以上的現(xiàn)場變更，降低了30%以上的現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作，工作數(shù)據(jù)查找效率提高了300%。三維協(xié)同數(shù)字化設(shè)計，使設(shè)計過程更直觀易懂，提高了約20%的出圖效率。 基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)開展以BIM 模型為載體的數(shù)字化移交，對于本項目意義重大。 探測數(shù)據(jù)三維化， 為設(shè)計提供了準(zhǔn)確的三維探測數(shù)據(jù)，及時總結(jié)和分析并對現(xiàn)有方案作出相應(yīng)的修改，積極地應(yīng)對復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造。 后續(xù)的模型在施工管理中發(fā)揮了作用，真正做到了一套模型從設(shè)計應(yīng)用到施工。

2 基于BIM 技術(shù)的施工管理

2.1 可視化技術(shù)交底

隧道工程的施工交底通常采用設(shè)計圖紙配合文字說明。 如果施工人員不能夠準(zhǔn)確理解圖紙表達(dá)意思而導(dǎo)致施工出現(xiàn)差錯，容易工期延誤或工程返工。 BIM 模型具有直觀、可視化等優(yōu)點，可以更加具體地指導(dǎo)項目施工，施工人員能夠通過三維模型快速掌握施工內(nèi)容， 提高了施工技術(shù)人員的交底效率。 采用BIM 相關(guān)軟件建立海滄隧道模型（圖5），模型的不同顏色段代表不同的圍巖等級。

圖5 海滄隧道三維BIM 整體模型

通過展示BIM 模型，技術(shù)人員在與施工人員進(jìn)行技術(shù)交底時，可以快速查看施工細(xì)節(jié)部位，加深施工人員對現(xiàn)場情況的掌握程度，提高了相互溝通的效率。 在海滄隧道項目過程中，通過BIM 模型查看隧道IV 級圍巖的支護(hù)細(xì)節(jié)部分（圖6），避免因為理解偏差導(dǎo)致工期延誤等問題發(fā)生。

圖6 海滄隧道IV 級圍巖BIM 模型支護(hù)細(xì)節(jié)部分

2.2 施工成本控制

運用BIM 技術(shù)可以解決傳統(tǒng)模式無法管控工程成本的問題， 可對施工項目進(jìn)行多方位的成本管理。

2.2.1 優(yōu)化施工方式

傳統(tǒng)的工程項目進(jìn)行分包施工時，各個專業(yè)分包得到的圖紙往往僅涉及自身專業(yè)的相關(guān)內(nèi)容，很難發(fā)現(xiàn)與其他專業(yè)施工沖突的地方，如果施工沖突嚴(yán)重則很有可能耽誤工期、 提高施工成本。 基于BIM 的圖紙優(yōu)化則會很好地減少甚至避免這種情況的產(chǎn)生?；贐IM 的圖紙優(yōu)化環(huán)節(jié)首先進(jìn)行碰撞檢查，最大程度上避免碰撞點的出現(xiàn)，合理調(diào)整各分包專業(yè)的施工方式，增強團(tuán)隊的協(xié)作能力。

2.2.2 計算工程量準(zhǔn)確

從管理施工成本的角度考慮，工程量的相關(guān)信息與工程款結(jié)算掛鉤， 需要統(tǒng)計大量施工數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)的計算方式造成一定困難。 BIM 模型中包含了大量的項目部件及構(gòu)件信息，可以快速計算工程設(shè)計用量， 解決了圖紙統(tǒng)計工程量的不確定性問題，方便項目成本管理工作的開展。

2.2.3 成本管理精細(xì)化

施工技術(shù)人員可以通過采集BIM 模型提供的施工時間、 工作區(qū)域及工程完成情況來評估工程量。 由于材料費用占據(jù)約工程總造價的50%～60%，因此施工材料的管控工作十分重要。通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建工程材料關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)Ω黝惒牧系男枨笥昧窟M(jìn)行精準(zhǔn)統(tǒng)計，便于施工管理者實行進(jìn)行限額領(lǐng)料政策。圖7 為海滄隧道項目利用BIM 管理平臺制作的材料管控表，項目相關(guān)單位的工作人員均有權(quán)限調(diào)取該項目的材料使用記錄，減少了工程材料的浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)了成本的精細(xì)化管理。

圖7 海滄隧道材料管控圖

BIM 的理念和技術(shù)融入傳統(tǒng)工作流程，才能保證基于BIM 技術(shù)的施工階段成本管理工作順利進(jìn)行。 因此，要將主要的成本管理工作具體化、精細(xì)化，完善成本管理工作流程，最終實現(xiàn)如圖8 所示的階段性成本管理流程。 與通常施工成本控制分為事前成本計劃、 過程成本控制和階段性成本分析3 個階段一樣，基于BIM 的施工階段成本管理也分為3 個階段， 在具體實施中以傳統(tǒng)流程為主，BIM技術(shù)為輔助手段，并明確成本管理工作分解及任務(wù)分工。

圖8 階段性成本管理流程

工程成本的控制中單位的施工效益、材料的進(jìn)價成本及消耗都是決定因素。 在廣聯(lián)達(dá)BIM5D 軟件中可以統(tǒng)計隧道材料工程量，以及材料成本和資源消耗，指導(dǎo)編制物資供應(yīng)和采購計劃。 項目部相關(guān)人員可以隨時查看統(tǒng)計隧道工程用量，使得審核過程有效可靠，實現(xiàn)真正的限額領(lǐng)料，方便實現(xiàn)項目管理過程的實時三算對比。 在軟件視口屬性中選擇需要查詢的時間段， 根據(jù)匹配好的構(gòu)件屬性，選擇資源、資金曲線，自動生成折線圖。 在本次項目應(yīng)用過程中統(tǒng)計了混凝土用量及消耗成本，并且對混凝土消耗成本作出實際與計劃的對比，統(tǒng)計查看了2018 年8 月初至2018 年9 月底隧道工程量的數(shù)據(jù)（圖9～10），與實際材料進(jìn)行對比參考。

圖9 混凝土實際與計劃用量資源曲線

根據(jù)模擬結(jié)果顯示，從2017 年3 月起至2018 年1 月，混凝土的用量計劃8 380 m3左右，實際用量6 075 m3左右， 比計劃用量少2 000 m3。 計劃資金消費7 000 萬元左右， 實際消費金額4 000 萬元左右。 數(shù)據(jù)顯示混凝土材料消耗實際比預(yù)算金額消耗更少。 再根據(jù)圖10 顯示進(jìn)度，工程施工建設(shè)進(jìn)度嚴(yán)重落后，說明項目管理方人員在這個時間段對建設(shè)進(jìn)度及資金消耗的把控欠佳， 需要及時調(diào)整計劃。BIM 技術(shù)對項目管理方控制資金成本起到了一定的作用。

圖10 混凝土實際與計劃消耗資金曲線

2.3 施工進(jìn)度控制

施工進(jìn)度控制是在項目施工過程中不斷調(diào)整施工速率的過程。 通過研究BIM-4D 模型結(jié)合實際項目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)， 制定合適的進(jìn)度調(diào)整方案，對隧道施工項目進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化。 BIM 模型可對指定的不同施工進(jìn)度計劃進(jìn)行模擬分析， 從中選擇更加合理的項目計劃。 BIM 技術(shù)的引入改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)描述施工進(jìn)度的觀感， 為項目施工進(jìn)度控制帶來新體驗。

2.3.1 優(yōu)化項目施工的實施進(jìn)度

通過施工過程模擬可以預(yù)先判斷未來的施工進(jìn)度狀況，通過對比實際施工與計劃施工模擬進(jìn)度的差距，及時調(diào)整施工速度與人員按排，施工模擬也可以檢測施工項目安排任務(wù)是否存在沖突。 傳統(tǒng)進(jìn)度優(yōu)化需要根據(jù)目前施工進(jìn)度進(jìn)行預(yù)估分析，在方案調(diào)整上較為被動，引入BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度調(diào)整具有主動性， 可以提早進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。 BIM-4D技術(shù)所展現(xiàn)的實際施工進(jìn)度數(shù)據(jù)， 不受外界因素影響而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法收集。BIM-4D 技術(shù)能夠收集大量施工信息數(shù)據(jù)， 相對于施工管理者的經(jīng)驗優(yōu)化方式， 以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的進(jìn)度優(yōu)化分析更加全面精細(xì)。

2.3.2 提高人員工作的協(xié)同交流效率

通過BIM 模型傳遞的信息便于各專業(yè)人員相互交流，提高工作人員的協(xié)同交流效率。BIM-4D 信息集成系統(tǒng)建立了可供各方面工作者交流查閱的信息平臺，將傳統(tǒng)一對一的交流方式改為不受時間空間限值的網(wǎng)點式交流。 在信息平臺上所有與項目相關(guān)的資料都是一致的，避免了各單位資料不統(tǒng)一的情況發(fā)生；依靠BIM 信息平臺的交流溝通，保證了項目施工進(jìn)度協(xié)同調(diào)整的準(zhǔn)確性，提高了團(tuán)隊施工進(jìn)度管理能力。

2.3.3 減少項目施工的進(jìn)度損耗

BIM-4D 技術(shù)設(shè)計相對于平面圖紙繪制較復(fù)雜，但是采用BIM 模型進(jìn)行前期設(shè)計可提前解決施工階段可能發(fā)生的問題，采用碰撞檢測等技術(shù)能夠提前預(yù)估施工過程中可能出現(xiàn)的施工風(fēng)險事件，通過提前調(diào)整施工方案或變更設(shè)計圖紙可以減少施工時間的浪費并在無形中降低了人力物力消耗。 目前我國的一線施工工人文化水平普遍不高，在隧道施工過程中存在技術(shù)交底困難的問題，通過BIM 模型可以讓工人快速了解自己的工作任務(wù)和施工目標(biāo)，在確保施工質(zhì)量的同時也提高了施工效率。

2.3.4 實現(xiàn)可視化施工過程模擬。

施工進(jìn)度工程管理通常采用網(wǎng)絡(luò)計劃圖進(jìn)行表述， 但是此類描述方法往往缺乏直觀的內(nèi)容表達(dá)， 大型工程項目的網(wǎng)絡(luò)計劃圖往往過于復(fù)雜，很難讓施工管理人員第一時間理清施工任務(wù)之間的邏輯關(guān)系。 利用BIM 技術(shù)虛擬項目施工建設(shè)，通過反復(fù)模擬施工過程，管理隧道工程施工進(jìn)度，在施工階段提前模擬可能發(fā)生的問題，逐步修改，提前制定對策，優(yōu)化進(jìn)度和施工方案，指導(dǎo)實際工程施工。 比較計劃方案和實際施工進(jìn)度，項目建設(shè)進(jìn)度將隨時調(diào)整，確保項目建設(shè)順利完成。

海滄隧道施工進(jìn)度動態(tài)模擬結(jié)果見圖11，在2017 年3 月計劃施工開始到2018 年5 月期間，隧道左側(cè)開挖進(jìn)尺過慢，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。 紅色標(biāo)識里程段都屬于未能如期按照計劃施工的部分，黃色標(biāo)識里程段表示正在施工，灰色標(biāo)識里程段表示已經(jīng)完工。 從施工項目整體把握施工進(jìn)度節(jié)奏，分析施工延遲落后的原因，方便管理人員及時調(diào)整施工計劃。

圖11 隧道項目整體施工進(jìn)度計劃過程方案模擬

3 總結(jié)

綜上所述，本項目將BIM 技術(shù)應(yīng)用到海滄隧道工程之中，其應(yīng)用效果如下：（1）設(shè)計階段采用BIM技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計，有效地控制了圖紙中的各類錯漏。 （2）依托本工程，項目組自主研發(fā)了“基于BIM技術(shù)的隧道安全施工三維可視化管理”，基于此平臺， 可以在施工現(xiàn)場查看隧道各部位的細(xì)節(jié)并進(jìn)行可視化交底；管理施工信息模型和資料共享，及時糾正施工時發(fā)生的錯誤并提高溝通效率； 模擬項目施工進(jìn)度和施工工法，找出問題并及時糾正；對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行管理， 防止因構(gòu)件不合格而延誤工期。