BIM技術在地鐵施工安全方面的應用

姜鴻臣

（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032）

BIM技術在工程建設過程應用廣泛，為了提高BIM技術在地鐵施工安全方面的應用效率，作為施工技術人員，要不斷加強BIM技術的學習與實踐能力，從而進一步將更加高效的技術手段運用到施工過程，以全面提高施工安全性。通過進一步分析，下面從多方面對其進行具體探索。

1.BIM技術簡介

BIM技術是建筑信息模型的簡稱，BIM技術的出現為土木工程帶來了極大的幫助，是當下建筑工程領域最為重要的技術之一，覆蓋各個不同的工程領域。具體來看，BIM技術即為數字化的方式，建成物理與功能性的建筑工程表達方式。針對地鐵施工的實際流程來看，通過BIM技術能夠建設專門的施工管理體系，使得整個工程以更為安全的姿態運作，保證相應的職能人員以動態化的方式，了解到當下地鐵施工的全部情況，使得各項策略輸出更為安全可靠且高效。BIM技術運用在地鐵施工的流程之中，不僅能過在原有的基礎上進一步加強安全性，還能不斷提高工程的效率和質量，對潛在的施工隱患做到第一時間的發現與優化，確保整個工序的穩定性。4D模型是整個BIM技術的使用前提，也是地鐵施工安全的基礎方向。通常情況下，傳統地鐵施工是以三維信息圖做出考量的，因此可以將相關信息和模型特征輸出。此外，4D模型的BIM技術還可以將其他的額外信息融入，包括類別、性質等。在基本模型確定后，再進行項目技術的整體描述。4D虛擬技術的核心在于，在傳統3D模型的建設基礎上增加時間這一維度，從而通過動畫形式演示整個地鐵工程的推進情況，再借助其他的信息技術所輔助，實現最終的效果圖呈現。

2.基于BIM的實時施工模擬

2.1 實時施工模型

實時模型，指的是根據地鐵當下施工進度的情況，所實時動態化更新的模型。在BIM技術的使用初期，三維模型是其后續標準化建設的基礎，但BIM技術的使用不是一成不變的，而是根據當下地鐵工程的進度進行調整，要保證模型的不間斷更新，就需要將現場的施工情況第一時間反饋給部門。其最大的特點在于，能夠結合施工推進不斷擴大和完善，模型內容也在不斷更新，能夠精準反饋每一個具體內容或每一個工程的具體狀態，實現全流程控制。因此，對地鐵施工安全管理工作而言，其核心是對現場信息內容的精準反饋，所以現場需求兩項工作，即數據采集和模型更新。前者主要是針對現場情況的全方位偵查，包括各項數據的回饋、現場施工道具的使用，以及具體每一個地點的坐標位置等。當下地鐵施工現場的安全監控定位系統，主要采用的是GPS技術或RFID技術，而現場的三維坐標系統則需要掛靠照相測量技術以及激光掃描的技術實現。而對模型的更新和維護，則需要其他的職能人員，利用BIM技術的價值優勢進行提取、匹配等，只有將各項數據匯總和信息反饋至BIM系統，才能實現動態化的更新和維護，面對地鐵工程的實際情況有一個明確的預判，實現更為安全、高效地操作。

2.2 實時施工模型的自動創建方法

對實時施工模型的情況來看，由于其信息和數據內容是動態化運作的，因此如果采用傳統的人工監測方式，會造成人力資源的耗費，效率較低。為了更好配合BIM技術的優勢與作用，需要與之相對應的建設專門自動化數據采集系統，實現模型的自動化測算與反饋。運用于實時施工模型的創建包括六個狀態(如圖1矩形框所示)，并且每個狀態對應其特定的輸入和輸出內容。模型自動創建的整個過程從現場數據采集開始，最終產品為基于BIM的實時施工模型。

圖1 實時施工模型自動創建框架

2.2.1 數據采集與空間關聯

在地鐵施工的實際情況中，視覺、空間上的采集是采用3D激光掃描儀，對現場的工程展開掃描分析得，因此輸出的圖像也以三維標簽輪廓為主。施工現場要根據實際情況，配備多臺掃描儀，實現多角度的圖像采集和掃描，確保每一個數據采集信息能夠覆蓋到位，并將數據匯集實現專門的三維表面立體影像資料的反饋。需要注意的是，由于地鐵工程的內容以及項目周期相對較長，所以數據采集的時候勢必會出現一定的誤差，因此就需求將三維模型根據構件和構筑物的紋理進行測算，實現專門的拓撲結構反饋。這樣的修正下，能夠將3D點云生成的三維表面模型劃分，便于后續的幾何模型測繪，實現算法基礎的支持。

2.2.2 特征提取、分類和匹配

所謂的特征提取的理念，原本是計算機進行圖像處理的概念，通過加工工具的幫助，了解到圖像上的元素是否屬于圖片本身。結合到BIM技術對地鐵工程的實際情況來看，能夠將三維模型上的表面模型作為基點，將其視覺特征和空間特征通過BIM腳本提取，從而分析對空間背景下的三維模型是否安全、穩定。通過這樣的方式，能夠實現不同數據、不同背景特征下的一一分析和判別，從而對比不同的對象內容，判定當下對象的類別和分析。以計算模擬出來的樣本分析，了解到當下施工進度與安全情況。例如，做好樣本的分析，推測某一段的距離是否在安全合規體系之內，從而更為準確的現實對象反饋，做到更有針對性的安全施工。

2.2.3 人工修正

結合當下我國對BIM技術的開發和使用來看，目前沒有方法能夠百分之百地實現全自動模型的優化，因此需要職能人員對地鐵工程的各項數據進行人工維護和修正，包括如下幾個分類：對象無法識別或識別錯誤，對象的集成、分離。針對計算機無法識別的個體，需要技術人員通過人工分辨的方式進行分類，并將其安插在應有的位置之中。部分時候BIM技術會對參數對象識別出現錯誤，因此需求人工進行審核，將錯誤的對象參數刪除，或將其轉移至正確的位置。當多個對象被單一處理的時候，需要人工進行校準拆分。反之，當單一對象被多次處理的情況下，也要進行集成處理，將其回歸至應有的位置。

2.2.4 參數化構件生成

任何進入BIM技術的數據信息或參數，都需要經過計算機的統一計算和處理。而對地鐵工程的實際情況來看，參數內容和對象分析都是固定化的，區別在于針對不同的問題其計算的法則和內容有所差異，所以需要匹配好不同內容的數據維度和參數，通過分類的方式實現BIM技術的高效實用，為后續的安全建議提供基礎。

2.3 基于實時施工模型的地鐵車站施工模擬

目前我國地鐵工程使用BIM技術的流程和方法。施工工作具體展開前，需要建立專門的三維立體模型，然后采集現場的數據與信息，填補施工模型的空缺。在工程進行階段，采用不同的BIM模型更新技術，將采集到的新數據覆蓋到原模型的位置中去。針對明挖地鐵車站施工主要施工工序，將實時模擬分成了臨建工程、圍護結構、基坑開挖與支護、主體結構、附屬結構以及其他非土建部分工程。通過BIM實時施工模型可視化界面，能夠更加直觀地進行基于實時施工模型的地鐵安全情況。

3.BIM技術在地鐵施工安全方面的應用實踐

3.1 利用BIM技術對施工空間進行安全管理

首先，可依據施工的既定目標和圖紙設計要求，通過使用BIM技術形成立體的空間模型。其次，可結合BIM技術與進度計劃相聯系，按照規劃推進落實施工。最后，細致核查空間沖突，通過對結果的分析來判定區域的危險等級。簡單來說，BIM技術便是在施工前先結合圖紙設計要求形成立體的模型，構建BIM模型具有更為實用性的意義，其也可作為整個地鐵施工項目的核心部分。BIM模型由下述部分構成：結構、機械、管道等模型。BIM模型結合不同的應用目標，具有不同的表達屬性和特點。施工模型則是依據主體模型所形成的檢測空間碰撞的新模型。例如挖掘機，其機械翅膀的旋轉范圍僅固定在規定的半徑范圍內，如果單純運用實體3D模型，則難以全面反映真實的工作狀態。

BIM模型具有更為明顯的完整性，在屬于應用目的后，便可準確判定信息表達的邊界和細致程度，避免造成信息混亂等情況。此外BIM模型還具有明顯的統一性，由于其所需要的軟件具有關聯性，即使BIM模型在不同的軟件之間進行變換，所使用的建模工具和信息衡量標準也是不變的，以此便可保證信息不會重復錄入。

3.2 對于地鐵施工空間中沖突的檢查

實施地鐵項目建設期間，空間具有一定的局限性。施工期間難免會發生設備摩擦或者空間沖突等問題。這也會導致工程進度和效率受到負面影響，甚至還會發生安全問題。例如所有工序和環節均需具有充足的空間，如果施工人員的活動范圍和機械臂長半徑發生了沖突，便會大幅降低施工的效率，設置還會導致人員和經濟損失。

BIM技術便可有效避免上述情況的發生。通過使用BIM技術，在開展工程前便可對施工過程進行模擬，從而提前發現施工中可能存在的問題和隱患，并結合相應的方法進行研究，協調人工和機械在適合的范圍內運行，從根本上降低人員和機械損傷，提高施工的效率和質量。運用BIM技術可在空間沖突發生前對多數的構件和工序進行描述，同時運用邊界法描述BIM實體的外形，但并不是所有實體均可通過描述獲得其具體的使用空間，如部分機械作業便需依賴于對機械活動進行模擬來預估出現沖突的可能性。

4.結語

總之，BIM技術的不斷發展，更好地為地鐵施工安全管理工作開展提供了有效的技術保證，作為工作人員，要提高工作認識，要全面掌握BIM技術方法，從而保證地鐵工程建設質量，進一步為社會發展奠定良好基礎。