BIM 技術(shù)在地鐵建設(shè)工程的應(yīng)用研究

賴永金 趙武陽 李智超 陳道祥 張壽龍 陳巧玲

（福州外語外貿(mào)學(xué)院理工學(xué)院， 福建 福州 350202）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及對城市化進(jìn)程的推進(jìn)，各大城市人口數(shù)量噴發(fā)式增長，給城市交通造成巨大壓力。為了有效解決城市地面交通擁堵問題，我國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入繁榮期，目前國內(nèi)已有三十多座城市開通了地鐵，地鐵總里程近4600 公里。隨著我國地鐵建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、信息化要求的提升，BIM 技術(shù)在地鐵工程中日漸得到廣泛的應(yīng)用，它可以在地鐵工程項(xiàng)目全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視化、精細(xì)化、協(xié)同化的動(dòng)態(tài)管理，是地鐵建設(shè)工程發(fā)展的必然趨勢[1]。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)簡介

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜程度的提升，建設(shè)行業(yè)信息化先后經(jīng)歷了手工繪圖階段、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）階段、建筑信息模型（BIM）階段。BIM 概念最早是由Chuck Eastman 教授于1975 年提出[2]，并迅速在工程建設(shè)行業(yè)掀起一場信息化數(shù)字革命[3]，它不僅是現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代，也表現(xiàn)在生產(chǎn)組織模式和管理方式的轉(zhuǎn)型。

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM，它是以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，整合建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等生命周期的動(dòng)態(tài)信息，集合成完整的建筑工程信息數(shù)據(jù)庫，在建筑全生命周期內(nèi)為各方建設(shè)主體提供一個(gè)信息共享和協(xié)同工作的平臺，能夠有效提高工作效率、節(jié)約成本、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1.2 BIM 技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于地鐵工程具有施工周期長，工程量大，專業(yè)繁雜等特點(diǎn)，目前國內(nèi)外學(xué)者主要將BIM 技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑方面，而針對地鐵建設(shè)項(xiàng)目涉及偏少，但目前軌道交通行業(yè)的問題已經(jīng)不是要不要使用BIM 技術(shù)，而是如何使用好BIM 技術(shù)。在軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，BIM 技術(shù)具有革命性，它將對軌道交通傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生不可估量的影響，未來基于BIM 開展工作是大勢所趨。

目前，國外注重BIM 技術(shù)的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地鐵工程施工、設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理方面，實(shí)現(xiàn)多方面的統(tǒng)籌管理，在各個(gè)階段、各專業(yè)之間以及運(yùn)營期間實(shí)現(xiàn)全方位協(xié)同工作。為提升城市軌道交通工程信息化水平，我國正在大力推廣地鐵建設(shè)工程的BIM 應(yīng)用，但目前仍處于初級階段，雖然有多個(gè)城市在地鐵建造過程中采用了BIM 技術(shù)，但大多處于三維建模與可視化碰撞檢測以及施工模擬階段，BIM 技術(shù)的潛能還未充分發(fā)揮出來，需要進(jìn)一步挖掘BIM 技術(shù)在地鐵工程全生命周期的應(yīng)用。

2 BIM 技術(shù)在地鐵工程全生命周期的應(yīng)用

2.1 規(guī)劃階段

目前BIM 技術(shù)在地鐵項(xiàng)目規(guī)劃階段主要有以下應(yīng)用：（1）利用概念體量工具幫助建筑師進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，方便車站結(jié)構(gòu)方案比選和優(yōu)化；（2）結(jié)合勘探數(shù)據(jù)構(gòu)建地鐵沿線地質(zhì)和管線BIM 模型，實(shí)現(xiàn)巖土勘察成果的三維可視化和空間工程信息的整合[4]；（3）基于項(xiàng)目的BIM 模型導(dǎo)出工程量，優(yōu)化投資估算和投標(biāo)報(bào)價(jià)；（4）創(chuàng)建地鐵車站模型并進(jìn)行渲染和動(dòng)畫模擬，可以在招投標(biāo)中直觀地展示設(shè)計(jì)效果，提升中標(biāo)概率。

2.2 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建的BIM 模型是項(xiàng)目全生命周期信息化應(yīng)用的基礎(chǔ)，BIM 技術(shù)可以根據(jù)工程不同階段和項(xiàng)目要求選擇概念級、方案級、設(shè)計(jì)級、施工級的模型細(xì)度[3]。在方案設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于參數(shù)化設(shè)計(jì)、地鐵車站三維建筑建模、綠色設(shè)計(jì)、方案比選等方面；在初步設(shè)計(jì)階段，可以利用BIM 技術(shù)的參數(shù)化、協(xié)同化特征，組建項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、換乘交通導(dǎo)流控制、線路可視化觀察、采光效果分析、裝飾裝修和舒適度模擬。在施工圖設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備模型整合、圖紙審定、管線綜合、碰撞檢查、施工圖深化設(shè)計(jì)與出圖、導(dǎo)出材料構(gòu)件明細(xì)表等方面。

2.3 施工階段

針對地鐵工程的涉及專業(yè)繁雜、地質(zhì)條件復(fù)雜、工作空間狹窄等嚴(yán)苛工況，在施工階段利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的施工控制、資源管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、成本管理、安全管理、信息管理等目標(biāo)[5]。在施工準(zhǔn)備階段，利用BIM 技術(shù)可以優(yōu)化地鐵車站施工場地布置，合理安排人員、材料、設(shè)備，確保文明施工；在施工期間，將BIM 技術(shù)與移動(dòng)終端或VR 設(shè)備結(jié)合，可以進(jìn)行三維可視化交底、施工方案模擬、隱蔽工程驗(yàn)收，安全高效且減少返工；在施工過程中，將時(shí)間維度和造價(jià)信息加入到三維BIM 模型，進(jìn)行4D 施工進(jìn)度模擬與修正、5D 造價(jià)成本分析，有利于優(yōu)化進(jìn)度計(jì)劃、合理配置與管控資源、減少工程造價(jià)；此外在整個(gè)施工階段利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)施工信息的動(dòng)態(tài)采集、整合、共享，達(dá)到竣工模型交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化移交[6]。

2.4 運(yùn)營和維護(hù)階段

在地鐵的運(yùn)營和維護(hù)階段，BIM 技術(shù)的主要用于運(yùn)維信息采集與維護(hù)、空間管理、三維換乘的管理、設(shè)備設(shè)施管理、維修管理、資產(chǎn)管理、安全管理、物業(yè)管理等方面[7]。地鐵作為城市交通主動(dòng)脈，運(yùn)輸節(jié)奏快、人員密度大、流動(dòng)性強(qiáng)，BIM 技術(shù)可以進(jìn)行換乘人流模擬、緊急疏散模擬，可以有效避免人流擁堵，幫助人員快速疏散；此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起，結(jié)合BIM 技術(shù)在地鐵的運(yùn)營和維護(hù)階段建立運(yùn)維知識庫，快捷查詢追溯歷史資料和設(shè)備信息，構(gòu)建“數(shù)字地鐵”、“智慧地鐵”。

3 結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)在地鐵建設(shè)工程全生命周期的各個(gè)階段均有具體應(yīng)用，能夠真正實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。雖然BIM 技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用仍處于起步階段，但以其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等優(yōu)勢，是提升地鐵建設(shè)工程智能化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化的必然趨勢，應(yīng)用前景非常廣闊。