張志偉 曹伍富 苑露莎 劉玉雙 張 立 周 軼

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，100068，北京；2.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100068，北京；3.中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，100036，北京；4.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，100068,北京；5.北京市軌道交通工程技術(shù)研究中心，100068，北京∥第一作者，建筑師)

施工進(jìn)度管理是建設(shè)工程三大控制目標(biāo)之一。每一項(xiàng)工程都有嚴(yán)格的工期要求。為了保障工程項(xiàng)目能根據(jù)施工進(jìn)度按時(shí)完成，就必須分析該項(xiàng)工程的施工工藝，采取必要的施工進(jìn)度控制措施，合理安排一切資源，在保證質(zhì)量的前提下，保證施工進(jìn)度，節(jié)約成本[1]。

采用基于BIM(建筑信息模型)技術(shù)的樁基定位方法，測量人員只需在手機(jī)上查看數(shù)據(jù)并直接輸入全站儀進(jìn)行放樣，通過模型查看數(shù)據(jù)并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，能夠全面提高樁基放線定位及復(fù)核效率，效率提高至少20%[2]。在《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司2020年工作要點(diǎn)》中也提到：“推動(dòng)BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過程的集成應(yīng)用，開展建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要和建筑機(jī)器人發(fā)展研究工作，提升建筑業(yè)信息化水平[3]?！?/p>

基于Dynamo軟件進(jìn)行樁基模型創(chuàng)建、樁基編號(hào)、樁基進(jìn)度上報(bào)等成套技術(shù)的研究尚處于空白。本文以北京地鐵19號(hào)線一期工程新宮車輛段樁基施工為例，以BIM參數(shù)化建模為基礎(chǔ)，通過Dynamo軟件可視化編程和智慧工地平臺(tái)建立了一套樁基進(jìn)度管理的BIM工作流程。該流程可在減少人員和時(shí)間投入的情況下大幅提升工作效率。

1 新宮車輛段樁基施工進(jìn)度管理難點(diǎn)

新宮車輛段為北京地鐵19號(hào)線一期工程唯一的車輛停放、檢修基地，占地面積30.05 hm2，建筑面積246 478 m2，共有運(yùn)用庫、聯(lián)檢庫和物資總庫等17個(gè)單體。該車輛段樁基施工的合同工期為2016年9月1日—2020年12月20日。該車輛段樁基施工進(jìn)度管理的特點(diǎn)、難點(diǎn)如下：

1)樁基數(shù)量多、工期短，無特殊原因需晝夜不間斷連續(xù)施工。

2)樁基施工時(shí)，現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度與上報(bào)進(jìn)度有一定的時(shí)間差，上報(bào)進(jìn)度往往滯后于現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度。

3)形象進(jìn)度只能反應(yīng)整體進(jìn)度數(shù)據(jù)，不能反應(yīng)某個(gè)單體的某一區(qū)域進(jìn)度情況，表達(dá)方式不夠清晰。

4)施工過程中的質(zhì)量問題記錄存在缺失現(xiàn)象，因此無法對(duì)問題部位進(jìn)行快速精確定位，難以對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行溯源。

5)資料整理和數(shù)據(jù)整理的工作量較大，占用時(shí)間較多，使相關(guān)人員不能專心于施工現(xiàn)場管理。

2 車輛段樁基施工進(jìn)度管理現(xiàn)狀問題分析

車輛段樁基施工進(jìn)度表示主要以形象進(jìn)度百分比法和圖紙標(biāo)記法為主，存在的問題主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1)形象進(jìn)度百分比法能夠展示整體完成率，但是卻不能顯示某個(gè)流水段已完成的數(shù)量，且需要手動(dòng)統(tǒng)計(jì)已完成的總數(shù)，容易造成漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)。如“聯(lián)合檢修庫樁基1 689根，已完成635根，完成37.60%”。

2)圖紙標(biāo)記法能夠形象展示施工區(qū)域內(nèi)的進(jìn)展情況，但是，手動(dòng)涂畫存在錯(cuò)涂、漏涂的可能；每根樁的施工日期需要手動(dòng)填寫一次，這增加了技術(shù)人員的工作量，也使進(jìn)度數(shù)據(jù)查閱不方便，使進(jìn)度信息無法高效協(xié)同。同時(shí)，手動(dòng)修改若出現(xiàn)涂抹，則會(huì)影響查閱體驗(yàn)。

3 基于BIM+智慧工地的車輛基地樁基施工進(jìn)度管理方式

通過BIM信息平臺(tái)，工程項(xiàng)目的各參與方能夠及時(shí)更新和修改模型中的信息，實(shí)現(xiàn)各參與方的協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的集成化管理[4]。在實(shí)際的車輛基地樁基施工過程中，BIM工程師通過BIM軟件進(jìn)行樁基建模，通過Dynamo軟件快速提取樁基的幾何數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息和結(jié)構(gòu)材質(zhì)等信息，通過Excel表格或者CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))圖紙向項(xiàng)目測量工程師和土建工程師提資。土建工程師和測量工程師利用BIM軟件輸出的資料進(jìn)行現(xiàn)場施工作業(yè)，使用智慧工地平臺(tái)軟件快速填報(bào)樁基的施工進(jìn)度信息。

新宮車輛段樁基施工項(xiàng)目以Autodesk Revit為BIM基本建模軟件，以Dynamo for Revit為快速建模和數(shù)據(jù)處理軟件。通過Dynamo軟件幫助用戶實(shí)現(xiàn)具有互操作性的工作流程文檔管理，以及自動(dòng)的模型創(chuàng)建、協(xié)調(diào)、模擬和分析[5]。

3.1 BIM模型創(chuàng)建

以新宮車輛段聯(lián)合檢修庫為建模對(duì)象，該檢修庫有兩種類型的樁，即ZHA-1樁和ZHA-2樁。ZHA-1樁的樁長為22 m，樁徑為1 000 mm；ZHA-2樁的樁長為32 m，樁徑為1 000 mm?；贏utodesk Revit 2016軟件，通過Dynamo軟件對(duì)樁基進(jìn)行快速建模。

3.1.1 樁基模型創(chuàng)建

采用Dynamo for Revit軟件智能識(shí)別圖紙中的圓形來創(chuàng)建樁基模型。具體操作如下：

1)清理CAD圖。僅保留樁基圖形和樁頂高程說明，然后將CAD圖導(dǎo)入Dynamo for Revit軟件并將CAD圖完全分解。在Dynamo for Revit軟件中框選導(dǎo)入的CAD圖形，以獲取樁位信息。

2)利用Circle.Center Point軟件求出圓形的中心，即樁位點(diǎn)坐標(biāo)。由于某些CAD圖在完全分解后，會(huì)在相同位置上出現(xiàn)兩個(gè)或者多個(gè)圓形，所以要對(duì)圓心進(jìn)行一次公差范圍內(nèi)的清理。一般視覺上同一位置的多個(gè)圓的圓心坐標(biāo)相同，少部分可能會(huì)有少于1 mm的偏差。在本工程中采用1 mm的公差范圍，即將圓心坐標(biāo)在1 mm內(nèi)的偏差視為相同位置，清理后只保留一個(gè)坐標(biāo)。處理方法如圖1所示。

圖1 獲取圓心并在公差范圍內(nèi)清理重合的點(diǎn)

3)獲取圓形的半徑。在CAD圖中，存在圓形的半徑不是整數(shù)的情況，因此對(duì)半徑進(jìn)行四舍五入后計(jì)算半徑的唯一值；將該值乘以2即可得到樁徑；將樁徑轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的文字，并加上前綴、后綴，通過示例構(gòu)件類型創(chuàng)建新的構(gòu)件類型。

4)獲取半徑值在半徑唯一值中的索引，用來確定每根樁的構(gòu)件類型。然后通過對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)創(chuàng)建樁基模型。快速創(chuàng)建樁基流程圖如圖2所示。

圖2 快速創(chuàng)建樁基模型流程圖

3.1.2 按規(guī)則對(duì)樁基進(jìn)行編碼

完成樁基快速建模后，需對(duì)樁基按照一定規(guī)則進(jìn)行編號(hào)。這部分樁基施工準(zhǔn)備階段工作對(duì)于工程技術(shù)人員來說是非常耗時(shí)和枯燥的。使用Dynamo軟件可以快速完成樁基編號(hào)。

新宮車輛段聯(lián)合檢修庫樁基編號(hào)規(guī)則為:樁長22 m樁的編號(hào)前綴為LD，樁長32 m樁的編號(hào)前綴為LC。前綴相同的樁的排列方式為“W”形排列，如圖3所示。

圖3 前綴相同的樁按照“W”形排列

1)框選要編號(hào)的雙排群樁模型。對(duì)于雙排群樁，奇數(shù)排樁在Revit軟件坐標(biāo)系的x軸上的值(N)總是大于偶數(shù)排的值。獲取樁基坐標(biāo)的x軸上的值并按其大小排序；獲取這個(gè)新排列的坐標(biāo)在原坐標(biāo)列表的索引，再使用索引值對(duì)框選的樁基進(jìn)行排序。將新的樁基列表等分成兩份，完成對(duì)奇數(shù)排和偶數(shù)排樁的分離。

2)無論是奇數(shù)排還是偶數(shù)排樁，樁基在Revit軟件坐標(biāo)系的y軸上的值(E)總是左邊的小于右邊的，因此需要對(duì)兩排樁分別按y軸上的值進(jìn)行排序，并按照新的索引重新對(duì)樁基進(jìn)行排序。

圖4 快速樁基標(biāo)號(hào)流程圖

3)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字列表，奇數(shù)排樁編號(hào)起始值為樁基的第一個(gè)編號(hào)，偶數(shù)排樁編號(hào)起始值為奇數(shù)排樁編號(hào)起始值+1。數(shù)列中數(shù)值的數(shù)量可以通過List.Count軟件獲取的樁基數(shù)量確定，List.Count軟件的步進(jìn)值為2。將生成的數(shù)字序列轉(zhuǎn)換為文字序列，并添加編號(hào)前綴后生成新的文字序列，并將文字寫入到Revit軟件樁基的“樁編號(hào)”參數(shù)中。

3.1.3 生成樁基放樣數(shù)據(jù)

完成樁基編號(hào)后，需獲取樁基坐標(biāo)才能用于最后的施工放樣。因Revit軟件除了項(xiàng)目基點(diǎn)和測量點(diǎn)外還存在內(nèi)部原點(diǎn)這一概念，所以在Dynamo軟件中使用Element.GetLocation軟件獲取到的坐標(biāo)為基于內(nèi)部原點(diǎn)為坐標(biāo)系的坐標(biāo)(內(nèi)部原點(diǎn)坐標(biāo)永遠(yuǎn)為(0，0，0))。而一般情況下項(xiàng)目基點(diǎn)與內(nèi)部原點(diǎn)是完全重合的，因此在Dynamo軟件中直接使用Coordinates.BasePoint軟件獲取到的項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0，0)，這顯然與想要的結(jié)果不一致。通過分析項(xiàng)目基點(diǎn)、測量點(diǎn)和內(nèi)部原點(diǎn)，創(chuàng)建如下數(shù)學(xué)模型。

圖5為項(xiàng)目北與真北重合的理想狀態(tài)，項(xiàng)目O內(nèi)部坐標(biāo)為(0，0)，點(diǎn)P內(nèi)部坐標(biāo)為(x1,y1),由此可以得出點(diǎn)P到y(tǒng)軸的距離為x1、到x軸的距離為y1。已知項(xiàng)目基點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)為(x,y),由此可以求出點(diǎn)P的坐標(biāo)為:x2=x+x1,y2=y+y1，即點(diǎn)P的真實(shí)坐標(biāo)為P(x+x1,y+y1)。

很顯然，理想狀態(tài)下的模型不常有。一般情況下，建筑物的項(xiàng)目北與真北有一個(gè)夾角θ。將圖5中的模型以項(xiàng)目基點(diǎn)O為軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，結(jié)果如圖6所示。

圖5 項(xiàng)目北與真北重合坐標(biāo)模型

圖6 建筑物與真北旋轉(zhuǎn)一定角度模型

由圖6可見，點(diǎn)P的新內(nèi)部坐標(biāo)為(x3,y3),此點(diǎn)到項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)系(細(xì)線坐標(biāo)軸)的x、y軸的垂線長度仍為x1和y1。點(diǎn)P的真實(shí)坐標(biāo)為：x4=x+a1+a2，y4=y+b2=y+b-b1。根據(jù)三角函數(shù)可得出：a1=y1sinθ,a2=x1cosθ,b=y1cosθ,b1=x1sinθ，由此可以得出點(diǎn)P的真實(shí)坐標(biāo)為P(x+y1sinθ+x1cosθ，y+y1cosθ-x1sinθ)。Dynamo軟件計(jì)算樁基真實(shí)坐標(biāo)流程圖如7所示。

獲取Revit軟件模型中所有樁基構(gòu)件。然后獲取Revit軟件中項(xiàng)目基點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)和到正北的角度。根據(jù)圖6原理，使用Dynamo軟件中的Python軟件編寫計(jì)算樁基真實(shí)坐標(biāo)的程序。將真實(shí)坐標(biāo)分別寫入到Excel和Revit軟件樁基構(gòu)件中，直接利用Excel表格或者將模型文件導(dǎo)出Dwg文件進(jìn)行查看。

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，從模型輸出的樁基坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度達(dá)到±1 mm，滿足施工放樣的要求。至此測量工程師可以使用該表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量放樣，BIM端的工作完成。

3.2 智慧工地平臺(tái)

通過建設(shè)“智慧工地”轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場管理工作方法，為項(xiàng)目的各參與方提供全新的信息交互方式，實(shí)現(xiàn)工地管理的信息化、智能化和可視化，從而徹底改變工地的管理模式[7]。最終實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：一是聚焦于施工現(xiàn)場一線的生產(chǎn)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)與生產(chǎn)過程的深度融合；二是保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取和共享，提高現(xiàn)場基于數(shù)據(jù)的協(xié)同工作能力；三是強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析與預(yù)測支持，輔助進(jìn)行科學(xué)決策和智慧預(yù)測；四是充分應(yīng)用并集成軟硬件技術(shù)，滿足施工現(xiàn)場變化多端的需求和環(huán)境，保證信息化系統(tǒng)的有效性和可行性[8]。

圖7 Dynamo軟件計(jì)算樁基真實(shí)坐標(biāo)流程圖

3.2.1 搭建智慧工地平臺(tái)

智慧工地平臺(tái)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，三者分別為實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化提供保障和支撐[9]。

本項(xiàng)目以廣聯(lián)達(dá)智慧工地平臺(tái)中的構(gòu)件跟蹤為基礎(chǔ)，將Revit軟件模型導(dǎo)入到智慧工地平臺(tái)的PC(客戶)端，將BIM模型中的樁基編號(hào)與智慧工地中的跟蹤編號(hào)相關(guān)聯(lián)，如圖8所示。同時(shí)指定現(xiàn)場管理人員跟蹤該項(xiàng)工作任務(wù)。

圖8 模型導(dǎo)入BIM5D客戶端后的智慧工地平臺(tái)

3.2.2 上報(bào)進(jìn)度數(shù)據(jù)

施工現(xiàn)場管理人員可以通過手機(jī)App進(jìn)行樁基任務(wù)跟蹤，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的施工進(jìn)度搜索樁號(hào)并進(jìn)行樁基施工進(jìn)度的錄入。

3.2.3 查看三維進(jìn)度數(shù)據(jù)

在日常樁基施工生產(chǎn)中，可以在智慧工地平臺(tái)上隨時(shí)查看已經(jīng)完成的樁基施工信息，只要輸入樁號(hào)并填寫樁基的開始、結(jié)束時(shí)間和主控項(xiàng)目等施工過程中的信息即可。在跟蹤模型視圖中可以快速查看某些區(qū)域的施工完成狀態(tài)，如圖9所示。在計(jì)劃圖標(biāo)中可以查看具體完成的數(shù)量和該施工流水段總的樁基數(shù)量，如圖10所示。

圖9 深色區(qū)域代表已經(jīng)完成的樁基施工

圖10 施工流水中樁基的數(shù)量

3.2.4 輸出進(jìn)度管理報(bào)表

通過智慧工地平臺(tái)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能可以輸出進(jìn)度管理報(bào)表，將已經(jīng)施工完成的樁基生成樁基臺(tái)賬，如圖11所示。

圖11 樁基臺(tái)賬

4 結(jié)語

新宮車輛段聯(lián)合檢修庫共有樁基1 689根，Dynamo軟件建模比手工建模的建模速度提升5倍、編號(hào)速度提升9倍、提取坐標(biāo)速度提升85倍，極大地提升了工作效率和準(zhǔn)確率。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師而言，通過Dynamo軟件進(jìn)行程序編寫和調(diào)試所需時(shí)間較短，能夠根據(jù)項(xiàng)目的需求快速做出部署，在高周轉(zhuǎn)的建筑施工背景下具有很大的意義。同時(shí)Dynamo程序在相同的工作范圍內(nèi)可以重復(fù)使用，做到一次編寫重復(fù)利用。

在樁基施工階段，使用BIM+智慧工地平臺(tái)可實(shí)時(shí)掌握樁基施工進(jìn)度。通過查看統(tǒng)計(jì)報(bào)表中的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可了解樁基施工過程中出現(xiàn)的各種問題，通過對(duì)問題進(jìn)行分析總結(jié)并采取針對(duì)性解決方案，可有效提高樁基的施工質(zhì)量。