BIM在地鐵車輛基地建設中的應用前景探討

馮凱

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安710043）

1 引言

BIM技術在建筑領域的應用具有很多優勢，其提供的信息相對更加完整、準確，并且各個信息之間聯系順暢，人們可以快速準確地掌握所需信息，同時，BIM技術可以實現建筑模型的可視化，讓人們能更加直觀地了解建筑的情況，使建筑工程各部門與各專業之間的協調工作更加高效[1]。BIM技術還可以應用到地鐵施工建設項目中，在工程管理方面有很強的輔助作用，使地鐵工程建設更加規范，工程管理更加智能，真正體現工程建設的信息化管理的優勢。

2 地鐵車輛基地BIM技術的使用范圍分析

2.1 BIM技術在地鐵行業中的應用

目前，在我國地鐵行業中，BIM技術的應用還不是很成熟，使用范圍較小，主要在地鐵工程的設計階段使用了該項技術。早在2010年，香港就利用BIM技術對其區域內的20余座地鐵車站進行了模型構建，通過模型可以直觀地看到地鐵站中的采光、人員流量、建筑布局等具體信息[2]。在我國內陸城市中（如北京、廈門等地）的地鐵建設已經逐步將BIM技術引入工程建設中。

實例1：上海軌道交通11號線石龍路站的給排水、動力照明、通風空調專業設計全過程使用了BIM碰撞檢測功能，從而優化了施工方案，使返工誤工現象大幅度減少，避免了人力、物力等資源的浪費，經過核算，節省了近30%的工程投資。

實例2：北京地鐵10號線二期石榴莊站使用BIM技術建立了光照分析模型，合理優化了人工光源布置方案，極大地便利了施工。

2.2 車輛基地BIM技術的應用范圍分析

2.2.1 碰撞檢查

BIM技術的應用主要集中在3個方面：（1）碰撞檢查，可以有效解決建筑布局、位置沖突等問題，提高施工方案可行性，降低工程返工率。（2）有利于提高工程布線的工作效率，使各個區域的布線、線路之間的聯系更加合理化。（3）根據確定好的施工方案，工作人員進行具體施工時，各工程部門之間的施工交底、部門溝通等工作都可以在BIM模型的基礎上進行，從而提高效率，保證工程質量。

2.2.2 模擬施工

在三維可視化功能的基礎上加上時間維度，可以使BIM模型具備四維功能，模擬施工進度，可隨時隨地快速、直觀地將施工計劃與實際進度進行比對，可有效實施協同協作等工作，便于項目參建方準確掌握工程項目的各項情況及問題，進而減少施工質量與安全問題，降低返工和整改的可能性。另外，利用BIM技術進行協同協作，可以提高信息互通速率，以及信息反饋與決策傳達的效率。同時，將該模型進行模塊化操作，在相似項目中只需要直接引入該模塊就可以繼續開展工作，提高了施工效率。

2.2.3 三維渲染

在已經建好的BIM模型上，還可以繼續添加條件進行升級、改進，從而提高模型的準確性。通過三維渲染動畫，配合投標演示及施工階段調整的實施方案，可以模擬具有高度真實感和強大視覺沖擊的實際施工過程，使總體施工方案可視化，令客戶在此過程中產生濃厚的代入感。

2.2.4 信息管理

在模型的建立過程中，可以將每個工程項目的背景條件等相關信息進行保存，通過持續不斷的積累，使設計單位的信息庫更加豐富，技能也能得到較大的提升。

3 車輛基地使用BIM實例分析

3.1 項目概況

廣州某車輛段地塊長約850m，寬約266m，各結構工程建筑面積7.29 ×104m2,合同約定工程工期547日歷天，節點：423日歷天具備接車條件，工期緊。項目特點：交叉作業多、工程管線數量龐大、圖紙深度不夠、施工工序繁雜、管理難度較高。

3.2 BIM研究過程

3.2.1 成立BIM組織機構

要將BIM技術引入具體的工程項目中，就要對項目實施過程進行技術劃分，提前設計各專業BIM小組的實施架構，見表1。

表1 車輛基地BIM小組架構及工作職責

3.2.2 配置BIM軟硬件措施

為了保證BIM技術的應用效果，需要配備相關的軟硬件措施，軟件包括Autodesk Revit、CAD、Navisworks Manage、廣聯達、鴻業設備等；硬件包括高性能工作站數臺。

3.2.3 建立統一的BIM應用標準

因BIM技術的應用涉及專業眾多，需要建立統一的應用標準，主要由文件夾結構、命名標準、模型拆分與組織、模型族庫管理標準、模型建模標準、BIM信息模型標準、土建模型算量要求、設備模型算量要求8個方面組成。

3.2.4 制定BIM實施流程

由于BIM技術的使用范圍較廣，在具體的實施過程中和多個專業都有聯系，而且程序繁雜，具有一定的變動性。所以，在工程中應用BIM技術時，前期要制定各個專業區域的操作程序，確保工程的順利進行，實施步驟如圖1所示。

3.2.5 建立BIM模型并應用

按照既有流程采用相關軟件建立BIM模型，并將其應用于實際施工中，如圖2所示。

圖1 BIM實施流程圖

圖2 各主體工程模型圖

3.3 主要成果

3.3.1 管線碰撞

將各專業（建筑、結構、給排水、動力照明、通風空調專業等）模塊集成到一個模型中，制定相應的碰撞規則，對布線結果進行碰撞檢測，生成管線的碰撞檢測報告，在報告中就可以很直觀地看到管線的重復部位以及重復情況等詳細信息，為后面的設計圖審核工作做好前期準備工作。

經過碰撞測試可知，在該次布線工程中，將會產生1 838個碰撞部位，其中，315個碰撞部位的管線布局要重新設計，其余1 000多個部位只需簡單地微調就可以避免碰撞。由此可見，通過BIM技術可以準確地預測所布管線的空間情況，在施工前期就可以及時更改，從而減少返工率，減低施工成本。圖3和圖4是一些具體的應用實例。

圖3 管線間相互碰撞

圖4 管線與土建結構碰撞

3.3.2 算量及資源管理

同樣，根據構建好的數字模型還可以計算出工程各個階段所需要的材料數量，從而提高材料預估的準確性，減少浪費，降低工程成本。

3.3.3 設計圖紙查漏補缺

通過構件的數字模型可以查漏補缺，提高設計圖的準確性，從而降低工程返工率，提高施工效率，如圖5所示。

圖5 發現圖紙錯誤示意

3.3.4 使用功能模擬

通過對室內暖通、給排水、低壓配電圖紙與室外給排水、配電圖紙建立信息模型，并模擬各系統工作原理。

3.3.5 方案比選與優化

利用BIM技術可以按照設計方案模擬具體的施工過程，技術人員可以從模擬的施工過程中發現施工中可能出現的問題，從而優化施工方案[3]。

3.3.6 三維技術交底

BIM在將建筑物的各項信息整合的同時，為用戶制造了一個三維的交流環境。與傳統的技術交底過程中，各參建單位人員在交流過程中翻找現場資料相比，BIM提供了一個更方便的平臺，使各參建單位人員在協調方案、論證可行性、排除風險的過程中交流更加便利，從而使設計交流過程時間大幅減少，減少隱患的出現，提高項目建設效率。

3.4 主要創新點

3.4.1 限界檢查

對地鐵項目中包含的各個項目進行碰撞測試，根據具體的碰撞數據對設計圖進行優化調整，在圖紙會審及深化設計時為設計提供參考數據，確保列車在冷滑，熱滑時順利通過，如圖6所示。

3.4.2 模擬運營

利用BIM技術對地鐵的后期運行過程進行模擬，發現清洗列車時容易出現占道時長過大的問題，導致洗車功效下降，必須通過人工清洗才能滿足清洗需求，預計每年需增加人工洗車費用約150萬元。因此，在設計中將洗車線形式定為八字往復式，提高了洗車效率，降低了運營維護成本。

圖6 限界檢查示意圖

3.4.3 精細化管理

1）施工區、生活區規劃

在施工區、生活區的規劃過程中，可以利用BIM的三維總平面圖進行施工現場臨時道路規劃與布置；規劃排水設施走向；選擇塔吊型號與安裝位置；確定鋼筋棚大小、建設標準及布局位置；生活區的規劃。

2）工期的動態糾偏

可以通過BIM技術計算工程量，結合總工期、物資總控、季（月）度計劃等計劃對物資進場計劃進行合理編排，解決地鐵車輛段中因工程交叉專業多帶來的問題。同時，根據計算工程量以及現場實際施工進度，及時對勞動力、材料、機械資源調配，更新各項材料及設備進場時間，使項目精細化管理工作更進一步。

3）二維碼應用

通過在BIM模型中定期跟蹤錄入二維碼，可以對建筑物內各設備從制造時間→設備入場時間→現場存放位置、順序→設備安裝→交付運營的所有階段進行實時的掌控，及時、方便地取得設備及設備所在系統更詳細的信息（如出廠日期、出產廠家、與設備連接的系統簡圖），體現BIM在施工及運營維護的全程服務管理功能。

3.5 經濟效益分析

利用BIM技術對工程設計圖中的管線布局情況進行碰撞檢測，可知在該次布線工程中存在30 000多處碰撞部位，多個區域會出現管線空間重復的問題。根據找出的具體問題，對設計圖進行相應分析，對布線方案、管路走向等進行適當的調整、更改，減少了碰撞部位數量共計20 000余處，節約了施工成本。

4 結語

本文重點研究了BIM技術在地鐵施工項目中的具體應用，并對該技術的應用范圍、應用過程進行了更深層次的探索與研究，對工程項目中BIM技術的模型構件、碰撞測試的具體應用范圍、應用過程和可執行性進行了研究，有利于在相關工程項目中繼續應用BIM技術指導施工。