BIM在人防工程中的應用研究

黃　杰　吳　濤

(解放軍理工大學國防工程學院，南京　210007)

BIM在人防工程中的應用研究

黃杰吳濤

(解放軍理工大學國防工程學院，南京210007)

【摘要】近年來，隨著我國建筑行業信息技術的發展，出現了BIM技術，它為人防工程建設提供了有利的技術條件。本論文介紹了BIM的概念，重點歸納了目前BIM技術在人防工程設計、施工中的應用。通過自身參與的某人防工程的BIM設計與施工，分析總結了BIM技術在人防工程中的應用要點。

【關鍵詞】BIM；人防工程；設計；施工

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.14

1引言

人民防空工程，簡稱人防工程，國外也稱民防工程或民防掩蔽部，是指在城鎮中保障居民和物資安全而修筑的特殊建筑物，屬于地下隱蔽工程。人防工程周邊環境十分復雜，施工場地狹窄，施工技術難度較高，涉及專業眾多，對設備安裝，管線綜合排布要求高，專業之間較易形成“信息孤島”，產生施工沖突。

BIM是基于參數化、可視化而建立的建筑模型數據庫，通過數據共享和傳遞實現各專業，各用戶之間協同，在人防工程建設過程中引進BIM技術，能夠為人防工程施工提供幫助，提高工程項目管理水平。對于局部復雜形狀平面圖形難以表達的部位，可以通過BIM模型實現三維可視化，充分了解工程局部復雜結構和施工難點。本文通過介紹BIM技術在某人防工程建設中的應用，初步探索了BIM對人防工程的技術支撐。

2BIM的概念、特點和發展

2.1BIM的概念

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)，是以建筑物三維信息化為載體，貫穿于建筑物全生命周期，將設計、施工和運維等所需要的信息關聯起來，各工種協同工作而形成的建筑物信息數據庫。

2.2BIM的特點

2.2.1信息集成

BIM技術通過數字信息來存儲建筑物的真實信息，包括建筑體量的空間關系，各個設計要素，如梁、柱、墻、管線、設備的幾何信息，各種建筑材料和構件的物理和功能特征，以及構件連接方式、荷載等分析信息。歸根結底，BIM的核心是通過數字信息來組建一個由計算機管控的三維模型數據庫，便于工程師從中提取相關信息。這種數字化技術與傳統CAD技術有很大地差別。

2.2.2工作可傳遞性

BIM的基本特性之一是工程數據在設計創建時就有隨時保持一致的相互關聯性，即當工程中的某項內容被修改后，BIM系統會立即自動將修改反映到所有受影響的其他構件，而不需設計者自己處理圖紙。這種特點使得應用BIM系統的項目工作具有一定的連續性，工作成果能夠迅速體現在相關工程階段中，節省了人力，降低了成本，極大地提高了工作效率。

2.2.3支持協同工作

BIM系統為設計方、施工方、建設方和運營管理者搭建了一個及時溝通、同步工作、時時監測的全新平臺，提高了工作水平和設計質量。如：利用BIM技術搭建的三維模型來做梁、柱、管線等碰撞檢測，可以根據各專業不同的布設原則，同步自動檢測出各構件間沖突或影響，提高了整個設計團隊中各專業溝通配合的效率。

2.3BIM在建筑行業的應用現狀

幾年來，BIM技術己從早先提出的理想概念轉變為實際應用的設計工具，給整個建筑設計乃至施工、運維管理等領域帶來了不同的機遇和挑戰。在我國，先進的建筑設計院、施工單位和房地產公司都成立了自己的BIM部門。

BIM軟件廠商給建筑行業提供了更多的智能工具，實現了更多的功能。它除了繼承計算機輔助設計的相應功能，同時還將其使用范圍擴展到了更多的領域，如工程造價、運維管理。

2.4BIM在人防工程中的發展趨勢

目前，國內對于BIM技術應用及發展的的研究層面大都在地面建筑設計領域，在人防工程方面的應用和研究很少。BIM技術近幾年剛剛被引入到人防工程應用中，主要是用于人防工程可視化設計、管線綜合優化、指導管線洞口預埋施工、進行施工模擬以及智能化運維管理。如圖1所示。

圖1　人防工程BIM應用技術路線

根據BIM技術目前的應用發展現狀，未來它可以在人防工程設計、施工、運營等各個階段中發揮重大作用，展現其三維可視化、優化設計、協同工作、資源共享等特性。

3.1項目說明

該人防工程包括工程主體和車輛掩蔽部兩部分，工程主體長52.0m，寬35.9m，建筑面積1 980m2，其中一口和二口口部通道面積為114m2，三口連通道面積為32m2。車輛掩蔽部面積1 165m2，設一個車輛出入口，一個人員出入口，一個連通口。建筑形式為單建掘開式，本工程采用明挖法施工。

3.2BIM團隊

本工程的BIM團隊由熟悉人防工程設計與施工過程、相對有經驗的各專業設計人員組成，主要包括建筑、結構、風水、電、防化、通信等專業(如圖2)。且團隊成員均熟練掌握Revit、Navisworks等BIM軟件，有一定的人防工程BIM設計經驗。

圖2　BIM團隊成員

3.3BIM在人防工程設計中的應用

3.3.1可視化設計

在設計階段，BIM團隊成員中各專業人員在本工程二維CAD格式施工圖的基礎上，利用Revit軟件分別建立了人防工程的土建以及機電模型(如圖3～ 4)能夠從全局了解項目周邊的構筑物等情況，快速直觀地把握人防工程的體量，同時還可以剖析其功能布局。一個項目按照傳統的設計方法是無法把設計效果直觀地表現出來，而利用Revit軟件建立人防工程的三維實體模型，可以達到可視化的效果，業主方、設計單位可以運用BIM模型相互溝通，指出設計中的不足，進行方案的優化，有多個設計方案時還可以進行方案比選，更大限度地體現BIM的價值。

3.3.2管線綜合深化設計

人防工程設計中涉及土建、結構、風水電、防化、電磁屏蔽、通信、智能化、防護設備等多個專業，工程內部管線、設備多、協調工作量大，管線綜合排布是一個極其復雜的工作。在CAD設計中往往是各個專業各自完成自己專業圖紙，各專業之間缺乏足夠的交流，得到的又是二維圖紙，沒有三維立體的空間反饋，土建專業與設備專業、設備專業與設備專業之間存在很多碰撞問題(如圖5)，而又不能夠及時發現，也就很難進行圖紙設計優化。

圖3　某人防工程土建模型　圖4　某人防工程機電模型

圖5　矩形梁與給水管道碰撞

BIM模型可以協助完成人防工程機電安裝部分的深化設計，包括綜合布管圖和綜合布線圖的深化。使用BIM技術改變CAD疊圖方式進行機電專業深化設計，應用軟件功能解決水、暖、電、通風等各專業間管線、設備的碰撞，優化設計方案，為設備及管線預留合理的安裝和操作空間，減少占用使用空間。在對深化效果進行確認后，出具相應的模型圖片和二維圖紙，指導現場的材料采購、加工和安裝，能夠大大提高工作效率。

3.4BIM在人防工程施工中的應用

3.4.1施工模擬

利用Navisworks軟件建立基于BIM的人防工程4D模型。4D模型是在基本信息模型的基礎上增加工程進度信息。BIM技術可以模擬實際施工，在早期設計階段就發現后期施工階段可能出現的各種問題，從而提前處理，為后期工作打下堅實的基礎(如圖6)。在后期施工時能作為施工的實際指導，以提供合理的施工方案、人員及材料供應計劃，最大限度的實現資源的合理運用。

圖6　施工模擬動畫

3.4.2施工動態監測

長期以來，建筑工程中的事故時常發生。為了對施工過程進行實時監測，特別是重要部位和關鍵工序，及時掌握施工過程中結構的受力和運行狀態，建立基于BIM的三維可視化動態監測系統是非常有必要的。

使用自動化監測儀器進行基坑沉降觀測，通過將感應元件監測的基坑位移數據自動匯總到基于BIM開發的安全監測系統上，通過對數據的分析，結合現場實際測量的基坑坡頂水平位移和豎向位移變化數據進行對比，形成動態的監測管理，確保基坑在土方回填之前的安全穩定性(如圖7)。

通過信息采集系統得到基坑施工過程中不同部位的監測值，根據施工工序判斷每時段的安全等級，并在基于BIM的三維可視化動態監測系統上實時地顯示施工現場的安全狀態和存在的潛在威脅，給管理者以直觀的指導。

圖7　基于BIM的基坑沉降安全監測

3.4.3塔吊安全管理

人防工程施工現場需布置多個塔吊同時作業，塔吊之間碰撞屢有發生。在整體BIM施工模型中布置不同型號的塔吊，能確保其同電源線和附近建筑物的安全距離，確定哪些員工在哪些時候使用塔吊。在整體BIM施工模型中，用不同顏色的色塊來表明塔吊的回轉半徑和影響區域，并進行碰撞檢測來生成塔吊回轉半徑計劃內的施工活動安全分析報告。該報告可以減少由于施工人員和塔吊缺少交互而產生的意外風險。基于BIM的塔吊安全管理如圖8所示。

圖8　塔吊安全管理

3.4.4物資材料管理

施工現場材料的浪費、積壓等現象比較普遍，安裝材料的精細化管理一直是項目管理的難題。運用BIM模型，結合施工工序及工程進度周密安排材料采購計劃，不僅能保證工期與施工的連續性，而且能用好用活流動資金、降低庫存、減少材料二次搬運。同時，材料員根據工程實際進度，方便地提取施工各階段材料用量，在下達施工任務書中，附上完成該項施工任務的限額領料單，作為發料部門的控制依據，實行對各班組限額發料，防止錯發、多發、漏發等無計劃用料，從而減少施工班組對材料的浪費。

5總結

BIM技術的出現，給建筑業帶來了第二次革命，實現了從二維轉向三維、從單純幾何表現轉向全信息模型集成、從各工種單獨作業轉向各工種協同作業。通過BIM技術在某人防工程設計與施工中的應用，我們總結出BIM模型具有三維可視化、協同性、信息可提取性等特點。BIM技術在國內人防工程中的應用尚處于探索階段，本工程的BIM應用將為其他人防工程建設提供良好的借鑒價值。雖然BIM技術在人防工程領域的廣泛推廣可能還需要一個過程，但我們相信BIM在人防工程中必將有更廣闊的發展前景。

參考文獻

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Research on Application of BIM in the Civil Defense Engineering

Huang Jie，Wu Tao

(CollegeofNationalDefenseEngineering，PLAUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210007，China)

Abstract:In recent years,with the development of information technology in the construction industry,BIM technology has emerged.It provides favorable conditions for civil defense engineering construction.This article introduces the concept of BIM and mainly studies the application of BIM technology in design and construction of civil defense engineering.The author analyzes and summarizes the key application of BIM technology in civil defense engineering by participating in design and construction of a civil defense engineering.

Key Words：BIM；Civil Defense Engineering；Design；Construction

【作者簡介】黃杰(1990-)，男，在讀碩士，主要研究方向：地下工程規劃與管理、BIM；吳濤(1971-)，男，副教授，主要研究方向：地下工程規劃與管理、BIM。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)03-0074-04