BIM_智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用_安蕾.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 4 期2023 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2023摘要：为解决高速铁路四电工程管理中的痛难点，研究分析施工项目中的管理要素和管理目标，依托新福厦高铁四电工程，设计基于BIM+智慧工地的高速铁路四电工程管理平台。此平台完成六类功能需求，包括项目概览、智能人员、智慧机械、智慧物料、技术交底管理、环境管理等。实现高速铁路四电工程的数字化协同管理模式，保证管理效率和质量，提高铁路工程施工水平，为后期铁路施工信息化和智能化建设起到参考示范作用。关键词：企业经营管理；智慧工地；BIM；高速铁路；四电工程中图分类号：F407.9；TU17 文献标识码：A 文章编号：1002-851X（2023）04-0070-09DOI：10.14181/ki.1002-851x.202304070引用本文 安蕾.BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用J.建筑经济，2023，44（4）：70-78.*基金项目：中国铁建股份有限公司2021年重大专项“高速铁路接触网智能建造关键技术研究及成套装备研制”（2021-A01）；中国铁建股份有限公司2022科研计划课题“基于BIM+GIS一张图的四电工程施工精益建造技术研究”（2022-C35）作者简介：安蕾，高级工程师，主要从事铁道电气化、信息化工作。1引言随着新一代信息智能化的发展，特别是互联网、物联网、BIM等技术的推广，探索运用新技术，变革传统施工管理模式，已成为提升项目精细化管理水平和加快企业数字化转型的重要手段。铁路四电工程，属于站后工程，包括通信、信号、电力、牵引变电、接触网及相关工程，具有标准高、专业多、内外部协调复杂、周期长等特点。在传统的管理模式下，各参与方和建设环节之间存在严重的信息壁垒和数据孤岛，造成建设过程中数据共享与分析困难。同时还存在管理手段匮乏以及效率低等 问题。针对铁路四电工程管理重难点，基于BIM+智慧工地的高速铁路四电工程管理平台可以很好地解决以上问题。BIM+智慧工地以BIM为信息载体，实现施工管理过程数据的集成应用。近年来许多学者对智慧工地建设进行了探索和研究，并取得了一定进展。目前，BIM+智慧工地多用于建筑BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用*安蕾（北京中铁建电气化设计研究院有限公司，北京 100043）第 44 卷第 4 期71行业，利用大数据，借助传感器等设备辅助施工管理。在智能建造、技术支撑体系、管理模式、特定领域应用等角度进行研究分析。然而，在铁路四电工程领域，从技术层面、管理要素、保证措施、管理目标等协同管理模式方面进行的研究较少，尤其是针对铁路四电工程中存在的施工点多且分散、现场管理难度大等问题，缺乏系统性的研究及标准化应用推广案例。因此，围绕高速铁路四电工程施工管理痛难点，设计基于BIM+智慧工地的管理平台系统，满足施工管理的多维度需求。2管理要素分析及系统设计2.1管理要素分析针对铁路四电工程项目管理重难点，以“人、机、料、法、环”作为项目五大管理要素，对目前铁路四电工程项目管理重难点进行梳理，如表1所示。研究“管什么”“怎么管”“达到什么效果”，进而确保平台实现项目安全、质量、进度、成本四大管理目标。五大管理要素分析及措施表详见表2。设计思路紧紧围绕人、机、料、法、环五要素开展。基于BIM+智慧工地建设平台，对项目的技术、质量、劳务、生产、机械设备、安全等业务实现降本、增效、防风险管理。2.2系统架构基于项目管理的五大要素，实现工程项目管理目标，搭建智慧工地框架体系，基于B/S架构，面向多种使用对象，结合企业级与施工项目群的数据互联、分级管理等要求，设计基于BIM+智慧工地的管理平台系统。该平台构建感知层、网络传输层、数据层、应用层、用户层等安蕾 BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用表1铁路四电工程管理重难点管理要素铁路四电工程管理重难点人1.劳务人员基数大、流动性强；2.专业技术人员多、作业面分布广；3.人员专业技术水平低和经验不足；4.现场管理人员不足；5.工点分散致使人员考勤制度难以推行。机1.大型轨道作业车使用环境复杂，作业安全隐患大；2.机械设备运行、维护管理纸质化、碎片化管控不及时、难度大，无法实时监测其运行、维护状态；3.智能化施工装备、检测设备的作业和维护管理问题。料1.四电工程物资设备种类繁多，仓储管理困难；2.物资从源头到安装全过程无法做到有效的追溯及实时更新；3.不同种类物资所含出厂、检验等关键资料归类检索困难，管理混乱。法1.现场以二维图文技术交底为主，缺少直观性，交底效率低或流于形式；2.施工组织设计、施工方案缺少直观性，可视化程度低。环1.线路跨越地区长，现场施工自然环境复杂；2.施工工点分散致使环境温度、噪声、扬尘等监测难度大，数据采集效率低，无法实时搜集；3.与外部单位施工接口多、质量缺陷问题多，协调难度大。建 筑 经 济2023年72表2五大管理要素分析及措施管理要素问题的提出“管什么”“怎么管”“达到什么效果”人1.人员配置满足现场施工进度吗？2.人员具备安全生产意识吗？3.人员工作效率达到要求了吗？4.人员对工艺工法、重难点方案理解吗？“管什么”：劳务实名制、安全培训、考勤、可视化交底培训、施工人员行为的智能分析。“怎么管”：建立劳务实名制信息台账；建立完备的交底培训管理流程，进行流程化管理；在劳务驻地设置考勤硬件设备，并与平台数据同步形成信息台账；通过AI监控系统，对现场作业人员的一些不安全行为进行预警。“达到的效益效果”：决策层能实时掌握现场的用工情况，根据现场施工进度合理配置劳动力，保障项目管理的安全、质量、进度、成本四大目标得以实现。机1.机器使用手续齐全吗？2.机器运行状态有问题吗？3.操作 机 器的人 对吗？4.机器的运行环境安全吗？“管什么”：设备档案管理、设备运行状态管控、设备操作人员管理、设备运行环境管理。“怎么管”：针对进场的大型机械建立设备台账，建立设备责任制度；通过与BIM平台的互联，实现对智能装备及轨道车作业进行管控；结合人员管理对操作人员进行管控；结合环境管理，对设备运行环境进行监控。“达到的效益效果”：实现设备与操作人员的无缝衔接管理，保证工程质量、安全、进度、成本管理目标得以实现。料1.开始生产了吗？2.到哪了？3.入场检验了吗？4.库存够吗？5.谁领了？谁安装的？6.现场安装了吗？“管什么”：依据ABC分类理论筛选关键物资设备，从源头到安装实现全过程可追溯管理。“怎么管”：关键物资分类与编码，并与模型构件关联；从生产环节建立关键物资标识二维码；不同阶段通过移动端扫码，二维码信息的迭代更新。“达到的效益效果”：随时查看物资当前的流转情况，为项目物资管理、进度管理、成本管理决策提供依据。法1.技术交底写的明白吗？2.交底流程对吗？3.交底清楚了吗？4.作业人员明白了吗？5.现场交底过了吗？“管什么”：可视化工艺交底、专项施工方案交底、安全教育培训。“怎么管”：将可视化交底上传至BIM平台，辅助完成工艺交底，提高交底质量；对重难点施工方案安全、作业流程等关键环节进行线上交底，形成交底记录；定制安全教育培训流程，线上完成相关培训并形成台账。“达到的效益效果”：降低交底难度，提高交底效率与效益。通过BIM平台进行数据统计及检索，可快速查阅技术资料，实时显示人员交底的记录，自动统计项目交底完成率，提高管理效率。环1.影响周围居民了吗？2.温度满足作业要求吗？3.风力影响作业吗？4.未来天气影响施工计划吗？“管什么”：对重点工点温度、湿度、扬尘、噪声等进行综合监测。“怎么管”：布设智能化环境监测设备，将采集到的环境监测数据发送给智慧工地管理平台；对采集数据的实时状态和历史数据进行分析呈现。“达到的效益效果”：为决策层提供详细的绿色施工相关数据支持，提高工程建设的管理效率，为环境保护和施工计划提供决策依据。第 44 卷第 4 期73五层，如图1所示。感知层由边缘数据采集终端构成，通过AI视频监控设备、考勤测温设备、环境监测设备、定位设备、智能化施工装备等，对重点工点涉及的作业人员、智能化施工装备、危险源、环境的实时状态进行智能监测和数据采集 预警。传输层是系统的神经网络，数据采集终端通过4G/5G网、互联网、无线网络，将系统所需信息进行实时可靠传输。本项目结合实际工点情况，现场工点以4G/5G网为主，智能预配车间采用有线/无线网实现可靠传输。数据层是通过云存储对施工过程数据进行存储和管理。施工过程数据包括感知层采集的数据、BIM数据、GIS数据等。应用层包括六大功能，包括项目概览、智能人员、智慧机械、智慧物料、工艺工法、环境管理等，通过对铁路四电“人、机、料、法、环”五大要素的监测管理，提供项目数字化、可视化、精细化管理。2.3系统应用与功能简介本文以新福厦高铁四电工程项目为试点，基于上述系统架构及平台功能要求，结合项目施工现场管理需要，开发项目级智慧工地管理安蕾 BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用图1BIM+智慧工地系统架构建 筑 经 济2023年74平台，并在智能建造中心设置生产调度指挥中心。新建福州至厦门铁路是国家“十三五”重点工程，是福建省内第一条真正意义上的高铁和国内建设的第一条跨海高铁。该项目被评定为中国铁建股份公司首批智慧工地十大样板工程之一。该项目位于福建省沿海地区，北起福州市，途经莆田市、泉州市，南至厦门市和漳州市。正线长度277.42公里，全线设福州南、福清西、莆田、泉港、泉州东、泉州南、厦门北、漳州8个车站。其中改建既有站1座，新建车站4座，并行既有站新建车场3座，新建动车运用所2座。设计行车速度350km/h。四电集成施工内容包括新建新福厦铁路全线电力（含站房10/0.4kV综合变电所及室外高低压电力线路）、电气化、通信、信号、灾害监测、四电独立房屋及附属工程，隧道消防、照明、永久通风、洞室防护门等。2.3.1平台主界面平台主界面由“项目简介”“电子沙盘”“工程动态”“现场监控”四大模块组成。（1）“项目简介”可对项目铁路四电工程相关信息进行查询。（2）“电子沙盘”将各专业施工工点、数据采集终端、劳务驻地、智能建造中心、项目部及分部，进行基于“BIM+GIS一张图”的集成管理，通过图层筛选功能，可查看具体工点、数据采集终端的位置、运行状态、工程量等信息，实现可视化动态信息集成管理。此模块如图2 所示。（3）“工程动态”将各工点、各专业、各分部分项工程采集的施工进度数据，通过系统实时集成，并与计划进度进行智能分析，辅助各专业负责人实现智能决策。（4）“现场监控”采用分布式监控集中管理的模式，在工地现场安装存储网络视频服务器；通过摄像机采集图像，将视频信号传输到监控中心系统平台上进行集中监控管理。监控设备支持远程操控，支持声音传输，并能够与现场作业人员实现互动。此外，AI监控设备可以实现作业人员未带安全帽、未穿反光衣、吸烟等不安全行为的实时预警。2.3.2智能人员智能人员功能主要由“人员概况”“驻地考勤”两大模块组成。如图3所示。（1）“人员概况”，通过与BIM平台人员信息模块、安全培训模块及驻地考勤设备相关图2平台主界面（电子沙盘）图3智能人员界面第 44 卷第 4 期75联，搭建人员信息的综合统计看板。对已上场人员、特殊工种、安全培训等情况进行统计 分析。（2）“驻地考勤”，考虑到铁路四电工点分散、成带状分布，且工点现场无法实现封闭作业，故选择在劳务队驻地设置考勤设备，以便于考勤便捷化。该界面对各驻地人员考勤情况进行统计分析，对考勤异常人员进行实时 报警。2.3.3智慧机械智慧机械功能是基于BIM技术，远程控制接触网腕臂、吊弦智能化生产线等设备，实现与设备的测量、计算、生产、安装全流程实时数据协同的数字孪生系统，包括设备生产及能耗数据，以及对现场作业车的定位及运行数据进行实时可视化监测。如图4所示。2.3.4智慧物料为满足高速铁路四电物资管理需求，智慧物料功能依据全生命周期可追溯的管理理念，特别采用管理理论ABC分类法筛选典型重点物资，建立物资编码映射表及物资构件模型、物资属性模板、基于BIM+二维码的全生命期物资管理等。以二维码为载体，对物资生产、出厂、入库、出库、安装进行可视化、可追溯的全过程闭环管理，对各专业关键物资的到货情况进行展示。如图5所示。2.3.5技术交底管理制作四电工程重难点、关键工序可视化交底视频，清晰、直观地了解作业的卡控要点。通过BIM+智慧工地系统中的“工艺工法”功能对作业人员进行技术交底培训，人员可在手机端及WEB端进行在线培训。“交底学习情况”子模块显示各专业人员线上学习的情况。由交底人发起交底，经过审核人员审核后传达至被交底人，被交底人查看交底内容并且回复交底安蕾 BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用图4智慧机械（智能设备生产及能耗情况）a.物资分类管理界面b.物资生产界面图5智慧物料建 筑 经 济2023年76意见。交底内容分为文档、可视化工艺视频等，交底内容进行强制学习，记录学时并且及时汇总反馈至交底人。通过交底记录功能，将交底由线下转为线上，并且可以随时了解被交底人的学习状况，提高了交底的管理效率，实际 落地。2.3.6环境管理“环境管理”功能包括“环境监测”“站前接口”两个模块。（1）“环境监测”：项目经过福建省五处自然保护及渔业养殖等环境敏感区，途经福州、泉州、厦门等多个市区，居民区及厂区多。为了减少施工造成的影响，通过在现场重点工点布设环境监测设备，实现对温度、湿度、扬尘、噪声等参数进行实时监测、及时 预警。（2）“站前接口”：为高效推进站前接口预留条件的工期和质量，提前定制好接口检查中的各项要点，信息录入时让“选择题”代替“填空题”，接口问题库标准化，通过输入里程关联车站管辖范围、站前标段、监理标段、构筑物等信息。总之，让填报变得更便捷、更智能。同时，通过BIM+GIS三维场景快速定位，实行接口检查的动态、闭环、可视化集成管理，并通过看板实时展示接口检查情况，如图6 所示。3基于BIM技术的智慧工地建设应用“智慧工地”建设的需求围绕施工各专业现场业务，基于人、机、料、法、环五要素开展。主要采用云计算、大数据、物联网、互联网、人工智能、BIM等技术手段，针对新福厦铁路项目的特点，将物资、安全、质量、接口、智能建造、进度、人员、机械、监控、技术交底、电子地图等数据采用统一协议，对各子系统进行集成，通过模块化分级管理，提高项目部精细化管理水平。“智慧工地”肩负着企业和项目管理层对现场有效监管的任务，从技术、质量、劳务、生产、机械设备、安全等方面实现降本、增效、防风险管理。本项目在莆田智能建造中心智慧工地分区配置工作站、大屏及触控操作台，用以统一管理现场设备、展示现场情况。智能监控摄像头配置于各首件工点及智能建造中心室内外重点分区，实时监控各首件工点及智能建造中心室外展示段、室内仓储等区域情况，并结合平台三维BIM模型远程展示现场建设及周边环境情况。人员定位手环配置于各首件工点，实时采集人员位置、心率、体温等参数一并推送至智慧工地平台，结合平台BIM模型、劳务管理模块，实时展示人员的位置、状态。轨道车监控、定位装置安装于项目各工作轨道车，即时检测车头、车尾工作环境，采集轨道车运行位置信息并反馈至平台车辆模型，同步显示轨道车的运行状态、位置、环境等数据。智慧工地应用以图6站前接口第 44 卷第 4 期77安蕾 BIM+智慧工地在高速铁路四电工程管理中的应用各首件工点为核心，逐步推进；以信息化手段为基础，逐渐拓展；确保新福厦铁路四电项目智慧工地的应用落地，提升项目建设的安全性、创新性。4结语本文以新福厦高铁四电工程为依托，基于BIM+智慧工地技术，设计构建工程管理平台，重点解决高速铁路四电工程施工管理痛难点，分析项目五大管理要素和四大管理目标，实现项目概览、智能人员、智慧机械、智慧物料、工艺工法、环境管理等功能，建立适用于铁路四电工程的智慧工地管理 模式。通过理论研究及案例应用，采用BIM+智慧工地技术，以BIM模型为工程信息载体，通过电脑端、手机端、物联网、5G、智能分析等手段获取数据，并与工程实时关联，可实现对项目施工各层级数据高效可视化管理。同时，结合现有施工生产及管理水平，开发了“傻瓜式”简单便捷的操作流程及界面，降低现场作业人员和管理人员对BIM+智慧工地系统的接受 难度。新福厦铁路四电项目智慧工地应用，打破部门间的信息壁垒，促进信息的流通；优化施工管理工作流，提升管理效率；减少现场人员的工作量，提高工作效率；细化资源配置，节约现场材料；全方位掌握人员信息，加强现场施工安全性；集成各功能模块数据，辅助管理层项目决策；应用信息化管理手段，节省项目管理成本；积累项目级智慧工地应用经验，增强企业核心竞争力；形成庞大的工程信息数据库，方便后期查询使用，为后期工程设施的投入使用、运营维护提供了良好的 条件。总体来说，基于BIM+智慧工地的工程管理平台改善传统资料碎片化的问题，建立数字化协同管理模式，提高项目管理决策能力，解决项目管理存在的最后“一公里”问题，为后期类似智慧工地建设和实施提供 参考。参考文献1 中华人民共和国住房和城乡建设部.绿色建造技术导则（试行）EB/OL.http：/ Lung-Chuang Wang，Yu-Cheng Lin Pao H.Lin.Dynamic mobile RFID-based supply chain control and management system in constructionJ.Advanced Engineering Informatics，2007（4）：377-390.3 Shaohua Jiang，Won-Suk Jang，Miroslaw J.Skibniewski.Selection of wireless technology for tracking construction materials using a Fuzzy Decision ModelJ.Journal of Civil Engineering and Management，2012（1）：43-59.4 Guo H，Li H，Chan G，etal.Using game technologies to improve the safety of construction plant operationsJ.Accident Analysis and Prevention，2012，48：204-213.5 Caroline P.Valente，Fernanda M.P.Brandalise，Carlos T.Formoso.Model for devising visual management systems on construction sitesJ.Journal of Construction Engineering and Management，2019建 筑 经 济2023年78Application of BIM+Smart Construction Site in the Management of High-Speed Railway Electricity EngineeringAN Lei（China Railway Construction Electrification Design&Research Institute，Beijing 100043，China）Abstract：In order to solve the pain and difficulty in the construction management of the high-speed railway four electricity project，this paper studies and analyzes the management elements and management objectives in construction project，and relies on the new Fuzhou Xiamen high-speed railway four electricity project，designs a high-speed railway four electricity project management platform based on BIM+Smart construction site.This platform completes six types of functional requirements，including project overview，intelligent personnel，intelligent machinery，intelligent materials，processes，environmental management，etc.This study realizes the digital collaborative management mode of high-speed railway four electricity project，ensures the management efficiency and quality，improves the railway construction level，and plays a reference and demonstration role for the later information and intelligent construction of railway construction.Keywords：enterprise operation and management；smart construction site；Building Information Modeling；high-speed railway；four electrical engineering（2）：04018138.6 曹吉昌，王佳仪，陈明琪.基于BIM+GIS+IoT技术的智慧工地系统关键技术研究及应用J.建筑科技，2020（Z1）：74-77.7 陈阳，王攀，李辉，等.基于BIM+5G环境的智慧工地集成化应用技术C.北京：中国图学学会，2021：127-133.8 范鹤滨，叶文启，吴长顺，等.BIM智慧工地的项目管理模式探究J.建筑施工，2019（10）：1952-1954.9 丘涛.智慧工地建设的数据信息协同管理研究D.广州：华南理工大学，2019.10 曾凝霜，刘琰，徐波.基于BIM的智慧工地管理体系框架研究J.施工技术，2015（10）：96-100.11 黄建城，徐昆，董湛波.智慧工地管理平台系统架构研究与实现J.建筑经济，2021（11）：25-30.12 赵有明.基于BIM技术的智能建造在铁路行业的应用与发展J.铁路计算机应用，2019（6）：1-6.13 容建华，王万齐，刘闯.铁路工程智慧工地管理信息系统设计与实现J.铁路计算机应用，2018（7）：99-104.14 刘维生，冯茂森.铁路四电工程智慧工地的研究与应用J.铁道建筑技术，2020（9）：22-25.