BIM技術在地鐵工程領域的應用

(廈門大學建筑與土木工程學院 福建 廈門 361005)

引言

地鐵作為一種現代化交通工具，為人們日常出行提供了便利，同時也是一個城市經濟發展的象征。但地鐵工程屬于大型的工程項目，設計環節難度大，施工難度和復雜性較高。如果能在地鐵項目建造過程中做好前期規劃，能有效的減少后續施工過程中產生的問題和成本的投入。BIM作為一種先進的信息技術有效的應用到地鐵項目施工的各個階段，協調各專業進行設計，及時對施工變更問題進行控制，給項目的工期控制和成本管控提供保障。BIM技術能夠應用到項目的整個生命周期，對地鐵項目的后期運營和維護提供有效的幫助，確保整個項目順利開展。

一、BIM技術概念及應用

(一)BIM技術簡介

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型技術，是當前國際上建設領域信息技術研究和應用的熱點。隨著我國經濟的快速發展，建筑行業也在不斷的進步和創新。在大數據時代的背景下，BIM技術越來越受到重視，各類建筑行業都在引入BIM技術。BIM技術通過數字信息仿真來模擬建筑物的真實信息，形成一個建筑信息數據庫。數據庫涵蓋了幾何、空間、體量、地理等眾多信息，可以實現建筑工程信息共享和各專業協同作業。BIM技術具有可視化、協調性、優化性和模擬性等幾大特點，根據其特點可應用其在建筑施工過程中進行深化設計、多專業協調、碰撞檢查和優化布置。提高整個工程的施工效率、降低成本，保證建造質量。

(二)國內外應用現狀

BIM技術首先發展于美國，因此在西方發達國家BIM技術起步相對較早，應用也比較廣泛。

在2003年，美國總務管理局(GSA)推出了國家3D-4D-BIM計劃。美國大多數建筑企業都應用了BIM技術，因此技術也相對比較成熟。英國政府則強制要求使用BIM技術，英國內閣辦公室發布的“政府建設戰略(Government Construction Strategy)”文件中，要求全面協同的3D·BIM，并將全部的文件以信息化管理。同樣BIM技術在韓國和日本一些國家都受到了重視，政府部門都大力支持和推廣。

在國內BIM技術起步相對較晚，隨著BIM技術的優勢愈加明顯，國家也在積極推廣BIM技術。BIM在房屋建筑行業應用較其他行業更加廣泛，但是在地鐵方面的應用和研究還相對較少。為了順應建筑行業信息化趨勢的發展，很多大型工程項目中都應用到了BIM技術，一些項目招投標階段明確要求要包含BIM技術，充分展現了BIM技術在建筑行業中的應用價值。

二、地鐵工程項目概況

本文以廈門市某實際地鐵工程項目進行分析，該項目位于城市中心地帶，周圍有密集的居民區和商業區。該地鐵站是兩條線路的換乘站，總共分為三層，負一層為站廳層，負二層和負三層分別為兩條地鐵線路的站臺層。車站埋深為28.7m，站臺寬度為12m，車站總長度為119m，主體建筑面積為9235。該項目施工過程中主要的難點在于，項目位于繁華地段，周邊景點眾多而且交通路況較為復雜。要考慮地鐵工程項目對周邊整個區域的影響，所以整個工程項目的前期規劃難度較大。同時因為屬于地下工程作業，地質條件復雜，給工程施工增加了難度，要盡量減少返工問題帶來的工期延誤和成本投入。其中地鐵站機電管線布置較為復雜，涉及的專業較多，很容易因為缺少溝通產生碰撞問題，施工難度大。

三、BIM技術在地鐵工程項目中的應用方面

(一)可視化模型構建

BIM技術的一個最重要特點在于三維可視化，實現了傳統的二維圖紙向三維模型的轉化。在BIM技術出現前，工程師的最主要施工根據就是CAD繪制的二維圖紙，難免因為結構設計優化深度不夠，復雜節點繪制表達不完善而影響施工效率。利用Revit等系列軟件創建地鐵項目的BIM模型，包括結構整體模型(圖1)、機電系統模型(圖2)等。在地鐵工程項目施工前期對設計結果進行可視化展示，使業主和施工單位更直觀的了解設計方案，對后期施工過程中的難點和存在問題提前預測。同時利用工程項目BIM三維模型與周邊環境相結合，根據工程項目四周的交通道路情況和建筑物布局等對項目的設計和構造布置進行優化，實現了地鐵工程建造項目與其周邊環境的有效融合。

圖1 地鐵車站整體模型

圖2 地鐵機電系統模型

(二)碰撞檢測

在地鐵工程項目前期規劃中，各專業設計是分開的，難免因為缺少溝通而產生碰撞問題，比如機電的管道和結構的梁柱位置重合。各專業根據二維圖紙建立各自的BIM模型，最終整合建筑、結構和機電等專業模型，形成一個完整的地鐵系統BIM模型。使用Revit軟件里面的碰撞檢查功能，可以有效的檢查BIM模型中的沖突和碰撞部位，生成碰撞報告(圖3)，根據檢測報告提前跟設計單位進行溝通交流，深化設計方案，減少后期返工。同時利用BIM技術，對結構一些復雜節點進行優化(圖4)，降低施工難度。對于一些設計復雜，機電管線和構造部件較多的部位，BIM模型還可用于現場施工指導，提高作業效率。

圖3 碰撞檢查報告

圖4 復雜節點優化

(三)BIM虛擬仿真模擬

應用BIM技術不僅僅可以模擬設計出的建筑物模型，還可以進行現實情景虛擬仿真模擬(圖5)。在項目前期的規劃階段，可以利用BIM技術進行一些仿真模擬，如節能模擬、緊急疏散模擬、熱傳導模擬等，有利于項目進行深度優化設計。在項目施工階段可以進行4D模擬，在項目三維模型的基礎上加上時間維度，根據施工組織設計來模擬實際施工，實時跟進項目工期，從而更加合理的制定施工組織方案來指導實際施工，BIM技術指導施工流程如(圖6)。項目后期運營階段，BIM可用于日常維護，緊急情況疏散逃生模擬等，使運營管理更加高效便捷。BIM技術可用于工程項目的各個環節，是實現工程項目信息化的基礎。

圖5 BIM虛擬仿真模擬

圖6 BIM施工流程

(四)項目成本優化控制

BIM模型作為一個建筑信息數據庫，它具有成本控制的各種基本功能，其包含了設計模型和算量模型。傳統的成本控制中，造價師通常是根據二維圖紙來構建成本模型，然后經過匯總和整理才能夠得出全面的成本數據。一旦涉及到圖紙變更，得重新進行算量估價。而在成本控制中引入BIM技術，能有效的算出工程項目的整體材料用量。涉及到設計變更時，能很快的在模型中反應出來，并生成新的變更后的材料用量，相對于傳統成本管控更加高效準確。同時，將BIM技術與廣聯達等預算軟件相結合，真正實現項目成本管控信息化。將BIM技術應用到地鐵工程項目的整個周期中，在工程的各個階段都能實時進行把控，確保工程項目的運營和項目成本管理的整體實效，有助于提升成本控制的成效。

四、結束語

目前，我國對于BIM的研究還處于初級階段，特別是在地鐵工程領域的應用相對較少。將BIM技術運用到地鐵項目工程的整個生命周期，對提高項目的前期規劃、設計優化、后期施工和運營有著重大的作用。BIM技術帶給我們的不僅僅是一種更高效的工具，而是一種全新的信息技術理念。BIM技術必將成為未來建筑行業的發展趨勢，為傳統建筑行業帶來一場信息技術革命。我們應當在實踐中不斷的探索總結經驗，讓BIM更好的發揮其價值。