探討B(tài)IM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張娥娥

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 BIM技術(shù)的概念與發(fā)展現(xiàn)狀

BIM技術(shù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)模型的繪制方法將所需的建筑方案錄入其中，建立更直觀的三維模型，便于技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行評(píng)測(cè)修改及施工人員進(jìn)行實(shí)操參考。BIM技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的土建項(xiàng)目中有廣泛的應(yīng)用，在許多新興類的項(xiàng)目中也能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)[1]。

2 BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 建模可視化強(qiáng)

在傳統(tǒng)的建筑模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行二維圖紙的繪制，需要技術(shù)人員從三視圖的角度進(jìn)行模擬衡量，再結(jié)合3DMAX軟件對(duì)其進(jìn)行立體化處理，在模型的直觀性、可視性上存在一定的不足，特別是設(shè)計(jì)人員對(duì)外進(jìn)行設(shè)計(jì)內(nèi)容的溝通和展示過(guò)程中，由于專業(yè)性過(guò)強(qiáng)，很難有效地將二維圖形轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致溝通和展示效果難以達(dá)到預(yù)期。應(yīng)用BIM系統(tǒng)，可從不同的角度觀察模型，還可以在不同情況下結(jié)合設(shè)定參數(shù)的差異模擬實(shí)際效果，特別是在機(jī)電線路的設(shè)計(jì)中，可開(kāi)展更為靈活的測(cè)試來(lái)模擬驗(yàn)證通電情況下的設(shè)備使用情況，更好地提升了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性與便捷性，也逐漸替代了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)軟件。

2.2 圖像協(xié)調(diào)性佳

在建筑工程實(shí)際施工時(shí)，需要將三維設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)制輸出，使其能夠轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合技術(shù)人員進(jìn)行施工參考的矢量圖形。在BIM系統(tǒng)中，不同類型的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)跀?shù)據(jù)源上具有統(tǒng)一性，即在某一個(gè)圖層內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的修正后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保存與同步更新，減少了逐一修正處理的工作量，還可以利用系統(tǒng)中的報(bào)錯(cuò)功能來(lái)驗(yàn)證建筑工程中結(jié)構(gòu)參數(shù)的正確性。因BIM系統(tǒng)當(dāng)中的圖像輸出、修正等功能具有便捷性，所以技術(shù)人員在對(duì)業(yè)主進(jìn)行匯報(bào)展示時(shí)的直觀性更強(qiáng)，且可以類比在不同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工程結(jié)構(gòu)情況下的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)于優(yōu)化建設(shè)方案具有更好的指導(dǎo)輔助作用。BIM系統(tǒng)中還包含了對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用建材、工程量與成本的初步核算，有效地將設(shè)計(jì)、投資結(jié)合在一起，更好地優(yōu)化了項(xiàng)目開(kāi)展的前期準(zhǔn)備。

具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

3 地鐵建筑工程設(shè)計(jì)與建設(shè)的技術(shù)需求

目前在我國(guó)許多城市的地鐵工程將地鐵建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)劃與BIM軟件系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，如2010年上海地鐵工程、2012年北京地鐵工程等。2015年國(guó)家住建部正式頒發(fā)了關(guān)于著力在國(guó)內(nèi)打造信息化建筑工程模型應(yīng)用的相關(guān)文件，為BIM系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了政策支持。從地鐵建筑的實(shí)際規(guī)劃與應(yīng)用來(lái)看，不僅涉及地鐵通行隧道等較為基礎(chǔ)的建設(shè)環(huán)節(jié)，還包含了地鐵車站、人行通道和機(jī)電管理等多方面的內(nèi)容，特別是對(duì)一些地鐵的建設(shè)方案綜合性要求會(huì)更高。通過(guò)BIM系統(tǒng)可以進(jìn)行三維化的模型應(yīng)用演示，內(nèi)部相關(guān)的力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也能夠嚴(yán)格按照工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輸出，為后續(xù)的施工建設(shè)提供了廣泛的參考，也更有利于建筑工程方案的優(yōu)化調(diào)整[2]。

4 BIM技術(shù)在地鐵建筑中的應(yīng)用

4.1 建筑三維設(shè)計(jì)

在進(jìn)行地鐵工程設(shè)計(jì)與規(guī)劃的過(guò)程中，采用傳統(tǒng)的平面化布設(shè)方式很容易由于三視圖轉(zhuǎn)換不到位和立體空間差異的問(wèn)題而導(dǎo)致一些設(shè)計(jì)弊端，特別是在施工階段與施工單位進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)需要輔以更多的配套說(shuō)明才能確保設(shè)計(jì)方案的有效落實(shí)。

在BIM系統(tǒng)中，地鐵建筑的規(guī)劃和設(shè)計(jì)可以采用三維直觀的方式從不同的角度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中的透視設(shè)計(jì)更好地實(shí)現(xiàn)了不同建筑區(qū)域的有效結(jié)合，使地鐵建筑設(shè)計(jì)方案更具有可視化的特性。在三維立體圖像的展示過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員可以更加直觀地看到地鐵建筑內(nèi)部布設(shè)的所有管線的分布情況，特別是對(duì)于一些在高程上存在分布差異的管道，若僅采用二維圖像的處理方式則會(huì)出現(xiàn)各專業(yè)管線交叉的問(wèn)題，不利于展開(kāi)后期的管線線路碰撞測(cè)試和安全評(píng)定。通過(guò)應(yīng)用BIM系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與測(cè)試，可以更好地確定各專業(yè)管線的布設(shè)位置，進(jìn)一步提升地鐵建設(shè)的安全性與運(yùn)行的高效性。

4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

由于地鐵內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)包含的類型較多，不同工序中的建筑參數(shù)范圍會(huì)對(duì)后續(xù)的安裝建設(shè)等產(chǎn)生直接影響，必須重視對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)記錄。在BIM系統(tǒng)中可以采用構(gòu)建相關(guān)函數(shù)的方式使地鐵建筑的結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同的工序建設(shè)之間形成有效聯(lián)系，在進(jìn)行方案調(diào)整時(shí)也可通過(guò)改變其中的因變量實(shí)現(xiàn)所有參數(shù)的共同調(diào)整，更好地規(guī)避了修改方案時(shí)遺漏的問(wèn)題。利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行地鐵建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，可幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)后續(xù)施工、安裝和材料選擇進(jìn)行科學(xué)合理的判斷。如在地鐵車站的樓扶梯設(shè)計(jì)中，地面傾角、高差和長(zhǎng)度等參數(shù)會(huì)共同決定臺(tái)階數(shù)量和電扶梯設(shè)備的選擇與安裝，只有通過(guò)更加詳細(xì)的參數(shù)記錄才能確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和嚴(yán)密性。BIM模擬圖如圖2所示。

圖2 BIM設(shè)計(jì)模擬圖

4.3 模型檢驗(yàn)測(cè)試

地鐵工程建設(shè)較復(fù)雜，且在不同的工程結(jié)構(gòu)中對(duì)于建設(shè)技術(shù)的要求也有一定的差異性，在進(jìn)行BIM模型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要重視檢驗(yàn)測(cè)試工作的開(kāi)展，確保各個(gè)細(xì)節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)統(tǒng)一、符合安全運(yùn)行的要求。以地鐵車站建設(shè)為例，在進(jìn)行車站設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，需要先從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展，包括地基的承載性、車站自重、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等，在測(cè)試時(shí)要注意矢量性的模型的相關(guān)處理，同時(shí)提前設(shè)置檢驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中的參數(shù)選項(xiàng)，避免因模型端口未釋放等問(wèn)題造成結(jié)果的偏差。

4.4 用材明細(xì)輸出

在應(yīng)用BIM系統(tǒng)進(jìn)行地鐵的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可以直接根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容拉取所使用的材料規(guī)格、數(shù)量和單價(jià)等信息，對(duì)于項(xiàng)目采購(gòu)、成本核算、造價(jià)管理等方面的工作都有較強(qiáng)的參考意義。對(duì)于一些較為繁雜的地鐵建設(shè)項(xiàng)目，如既有地鐵項(xiàng)目規(guī)劃中，涉及的材料清單內(nèi)容更加龐雜，單純采用人工整理的方式很容易出現(xiàn)遺漏和偏差。

在利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行拉取時(shí)要先選擇對(duì)應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)，明確其構(gòu)造要求后對(duì)建材清單進(jìn)行科學(xué)的排序整理，橫向?qū)Ρ炔煌牧系某叽缫?guī)格、生產(chǎn)廠家、單價(jià)成本、使用數(shù)量等方面的信息。對(duì)于一些項(xiàng)目設(shè)計(jì)成本過(guò)高的情況，還可以對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注，由技術(shù)人員重新進(jìn)行修正核算，為后續(xù)的采購(gòu)、施工等工作做好充足的資料準(zhǔn)備，有利于減少材料人員整理核算的工作量。當(dāng)設(shè)計(jì)方案當(dāng)中的建設(shè)細(xì)節(jié)出現(xiàn)變更時(shí)，材料需求清單中的細(xì)節(jié)數(shù)字也會(huì)自動(dòng)更新調(diào)整，節(jié)省了人工成本[3]。

4.5 項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多終端登錄和信息文件的共享，所有技術(shù)人員只需要通過(guò)個(gè)人賬號(hào)登錄后就可依據(jù)不同的權(quán)限查看最新的設(shè)計(jì)文件，而其中一方根據(jù)工作需要對(duì)方案進(jìn)行了修整調(diào)解后也可進(jìn)行同步更新并記錄具體的修改人員和修改情況，在提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)信息溝通暢通性的同時(shí)，也能更好地理清在方案設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的修改情況和對(duì)應(yīng)責(zé)任，并能夠保留不同的設(shè)計(jì)版本，以便進(jìn)行橫向的對(duì)比和分析，確定最優(yōu)方案。協(xié)同設(shè)計(jì)可以根據(jù)設(shè)計(jì)方向的差異將復(fù)雜的項(xiàng)目進(jìn)行有效拆解，如土木結(jié)構(gòu)、機(jī)電建設(shè)等，利用BIM系統(tǒng)中的中心文件管理特點(diǎn)進(jìn)行信息的同步更新，使設(shè)計(jì)成果能夠高度集中，輔助設(shè)計(jì)人員快速掌握實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果。

4.6 二維圖紙輸出

在地鐵工程的實(shí)際施工過(guò)程中，不僅需要有三維圖形的參考，在一些復(fù)雜的管道建設(shè)處還需要設(shè)計(jì)二維剖面圖，以便進(jìn)行細(xì)化分析和實(shí)操建設(shè)。在BIM系統(tǒng)中可直接根據(jù)需要截取剖面的坐標(biāo)位置，并輸出對(duì)應(yīng)的二維圖紙，不需要技術(shù)人員重新繪制圖紙，可體現(xiàn)出BIM系統(tǒng)的智能化和便捷化的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)方案的二維圖紙輸出過(guò)程中，BIM系統(tǒng)可以對(duì)局部細(xì)節(jié)進(jìn)行放大和分析，如在地鐵站臺(tái)位置處會(huì)涉及人行通道、地鐵軌道交接等多層設(shè)計(jì)需求，在剖面繪制的過(guò)程中可對(duì)所需要的坐標(biāo)處進(jìn)行多次切割和拼接處理，繪制成局部區(qū)域的完整圖紙，更有利于施工人員對(duì)其進(jìn)行參考和對(duì)比。BIM系統(tǒng)中所有的圖紙數(shù)據(jù)都采用了同步更新的方式，當(dāng)某一維度的圖紙出現(xiàn)了參數(shù)變更時(shí)，可以同時(shí)聯(lián)系二維圖紙和三維模型共同進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步發(fā)揮模型設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)性[4]。

4.7 開(kāi)展全面設(shè)計(jì)

在地鐵工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中，需要考慮到建設(shè)地的周邊建筑、地下管線等方面的影響，對(duì)其開(kāi)展更全面的規(guī)劃設(shè)計(jì)。技術(shù)人員可以先在BIM系統(tǒng)中錄入該區(qū)域的地下管網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，以立體化的信息對(duì)地鐵可供建設(shè)的范圍進(jìn)行有效確定，可以避免在后續(xù)施工過(guò)程中出現(xiàn)管道挖損問(wèn)題。

在不同的城市區(qū)域規(guī)劃地鐵車站的位置時(shí)，需要將客流量、交通便利性、地理環(huán)境等多方面的因素共同納入考慮范圍中，BIM系統(tǒng)可幫助技術(shù)人員更加全面地分析，并提供可供建設(shè)的參考點(diǎn)，減少了設(shè)計(jì)人員的工作量。合理的地鐵站位設(shè)置，不僅有利于吸引客流，更符合地下空間的高效開(kāi)發(fā)建設(shè)需求，確保了設(shè)計(jì)思路的科學(xué)性。

在BIM系統(tǒng)中，可把模擬化的建筑信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦又庇^的數(shù)據(jù)參數(shù)，這對(duì)核對(duì)信息的一致性帶來(lái)了極大的便利性，避免了在不同的設(shè)計(jì)圖層中由于數(shù)據(jù)偏差而引發(fā)的漏洞問(wèn)題。

4.8 施工動(dòng)態(tài)管理

BIM系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)計(jì)方案自動(dòng)計(jì)算總工程建設(shè)量，并結(jié)合甲方要求的建設(shè)周期對(duì)其進(jìn)行科學(xué)劃分生成每日工作要點(diǎn)，充分考慮了不同工序項(xiàng)目開(kāi)展之間的協(xié)調(diào)性和高效性。管理人員可根據(jù)每日的實(shí)際建設(shè)過(guò)程在BIM系統(tǒng)中錄入相應(yīng)的工程量，系統(tǒng)可根據(jù)剩余工程量和時(shí)間對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的調(diào)節(jié)，在確保設(shè)計(jì)方案中各項(xiàng)需求有效落實(shí)的同時(shí)，也可更好地避免項(xiàng)目超期和延誤交付的問(wèn)題，將地鐵工程的建設(shè)與規(guī)劃有機(jī)結(jié)合，保障地鐵工程的項(xiàng)目質(zhì)量。

BIM技術(shù)在地鐵建筑中的應(yīng)用如圖3所示。

圖3 BIM技術(shù)在地鐵建筑中的應(yīng)用

5 結(jié)語(yǔ)

在地鐵建筑工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中，必須要考慮其實(shí)際運(yùn)載和使用過(guò)程中的需求性，通過(guò)BIM系統(tǒng)創(chuàng)建工程模型和設(shè)計(jì)建筑三維圖對(duì)地鐵建筑工程的實(shí)況進(jìn)行有效模擬，確保了設(shè)計(jì)工作的全面性與科學(xué)性。在結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整過(guò)程中，技術(shù)人員可以通過(guò)BIM系統(tǒng)對(duì)不同的工序環(huán)節(jié)之間進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，確保在某一結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程當(dāng)中，其他相關(guān)的環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)遺漏，更好地為后續(xù)工程動(dòng)態(tài)管理和二維圖紙輸出提供重要的設(shè)計(jì)參考。