BIM技術(shù)在裝配式地鐵車站設(shè)計中的應(yīng)用研究

陳盼利

武漢新業(yè)人力資源服務(wù)有限公司（派駐鐵四院城地院建筑所） 湖北 武漢 430000

BIM技術(shù)是一種能夠提供信息支持、提供動態(tài)功能輔助、提供全過程管理基礎(chǔ)的建模工具，從裝配式地鐵車站設(shè)計環(huán)節(jié)開始BIM技術(shù)就成為工程管理必不可少的技術(shù)手段，協(xié)調(diào)多個專業(yè)的設(shè)計人員協(xié)同設(shè)計，提升設(shè)計方案、模型質(zhì)量的同時降低設(shè)計環(huán)節(jié)耗時。應(yīng)用BIM技術(shù)制作而成的設(shè)計模型和方案，在后續(xù)技術(shù)交底、施工管理中能發(fā)揮出更好的效果，可為不同環(huán)節(jié)、不同需求的工程人員提供相應(yīng)的幫助。

1 BIM技術(shù)相關(guān)概述

Building Information Modeling建筑信息模型，簡稱BIM，是建筑工程全生命周期中進行設(shè)計、施工、運營管理的平臺，對建筑設(shè)施進行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合不同階段的決策需求輸出不同形式的支持，滿足建筑工程全過程管理所需的協(xié)同作業(yè)要求[1]。

1.1 BIM技術(shù)特征

可視化、仿真性、協(xié)同性、優(yōu)化能力、可出圖、信息完整是BIM技術(shù)的主要特征，是BIM技術(shù)在建筑工程全生命周期管理中提供相應(yīng)價值的基礎(chǔ)[2]。BIM技術(shù)可對設(shè)計師的設(shè)計意圖進行三維可視化反饋，設(shè)計師的設(shè)計、修改均可以在BIM技術(shù)軟件中得到直觀體現(xiàn)，不僅可以降低設(shè)計與施工之間技術(shù)交底的理解偏差，還能夠幫助業(yè)主了解建筑施工成果。BIM技術(shù)具有優(yōu)秀的仿真功能，不僅能夠?qū)⒔ㄖ锌梢姷牟糠衷O(shè)計進行可視化，還能夠?qū)⒉豢梢姷牟糠诌M行仿真展示，比如熱傳導(dǎo)、通風(fēng)、光照等，幫助設(shè)計人員提升設(shè)計有效性。BIM技術(shù)表現(xiàn)出了較為優(yōu)秀的協(xié)同性，設(shè)計階段的土木、水電、裝飾等不同專業(yè)的設(shè)計師可以在同一個模型中進行設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)各部分設(shè)計中的沖突部分，及時調(diào)整設(shè)計內(nèi)容，提升設(shè)計質(zhì)量；施工階段管理人員可輸入施工進度與設(shè)計模型對比，借軟件功能及時發(fā)現(xiàn)施工上的進度問題、質(zhì)量問題等，及時調(diào)整，保證工程施工進度和效果。BIM技術(shù)具有很強的優(yōu)化能力，這不僅體現(xiàn)在軟件可結(jié)合輸入的數(shù)據(jù)信息進行模型調(diào)整，還體現(xiàn)在軟件可提供碰撞試驗等功能，

輔助提升優(yōu)化效果。BIM技術(shù)可保存建筑工程的施工材料、技術(shù)工藝、時間進度、成本管理等多方數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)支持，有效避免在建筑周期內(nèi)因為不斷修改、疊加的關(guān)系而丟失數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)的出圖能力優(yōu)秀，具備一鍵生成多種圖紙的功能，無需設(shè)計師進行多角度圖紙的單獨繪制，降低了出圖環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤的可能性。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用價值

BIM技術(shù)不僅僅是一個為建筑全生命周期管理提供協(xié)助的技術(shù)軟件，更代表了一種建筑行業(yè)的發(fā)展前景。有了BIM技術(shù)的參與，傳統(tǒng)粗放、低效率的建筑工程領(lǐng)域正在向著管理細致、高效方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，為建筑領(lǐng)域的低碳、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[3]。

2 裝配式地鐵車站設(shè)計概述

裝配式結(jié)構(gòu)是建筑工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)標準化設(shè)計、生產(chǎn)、施工的重要產(chǎn)物，因為設(shè)計得準確、細致，所以建筑工程施工所需的構(gòu)件能夠在工廠中生產(chǎn)后進行現(xiàn)場安裝施工，有效提升工程現(xiàn)場施工效率，降低現(xiàn)場施工能耗和污染物排放[4]。裝配式通常出現(xiàn)在建筑工程的地上部分，地鐵車站作為地面以下的建筑工程采用裝配式設(shè)計施工的情況較少。裝配式應(yīng)用于地鐵車站設(shè)計施工的優(yōu)勢在于：提升工程作業(yè)效率、促使工程節(jié)能減排、降低勞動力需求、冬季也能不間斷施工；劣勢在于：地下施工環(huán)境復(fù)雜，有出入口通道、站臺層、站廳層、輔助設(shè)備用房等多個組成部分，消防系統(tǒng)、水電系統(tǒng)等需要較高的協(xié)同性和設(shè)計施工質(zhì)量，對地鐵車站的設(shè)計精度提出了更高的要求。

3 BIM技術(shù)在裝配式地鐵車站設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1 引入BIM技術(shù)的必要性

裝配式施工模式進入地鐵車站工程領(lǐng)域的時間并不長，受到施工環(huán)境、施工要求限制需要BIM技術(shù)進行設(shè)計輔助和支持，提升工程設(shè)計的精細度，避免因為設(shè)計誤差帶來施工材料和施工時間的浪費。在應(yīng)用BIM技術(shù)后，地鐵車站設(shè)計中可將土木工程、機電一體化、消防、暖通、內(nèi)部裝修等專業(yè)設(shè)計人員集中在一個設(shè)計平臺上，將各個設(shè)計部分進行組合和碰撞試驗，提早發(fā)現(xiàn)各個部分設(shè)計中存在的沖突問題，及時協(xié)調(diào)解決，避免到了施工階段才發(fā)現(xiàn)設(shè)計上的難題，不僅會浪費已經(jīng)提前生產(chǎn)好的裝配構(gòu)件，還需要時間進行工程變更，拖慢工程進度。各個專業(yè)設(shè)計人員集中在一個平臺上進行設(shè)計組合，可提升預(yù)留孔洞、預(yù)埋管件的設(shè)計精度，提升地鐵車站裝配式施工的精細化程度。而且，BIM技術(shù)的應(yīng)用可完整保留地鐵車站設(shè)計的參數(shù)，并結(jié)合工程裝配式施工所需進行施工構(gòu)件的設(shè)計，并不斷豐富軟件的構(gòu)件庫，為設(shè)計單位提供越來越強大、豐富的構(gòu)件模塊素材群[5]。

3.2 裝配式地鐵車站協(xié)同設(shè)計具體操作

3.2.1 協(xié)同設(shè)計框架

BIM技術(shù)參與下的地鐵車站協(xié)同設(shè)計，需要土木工程、機電一體化專業(yè)、內(nèi)部裝修專業(yè)的設(shè)計人員共同完成工程設(shè)計圖和模型的輸出，協(xié)同框架如圖1所示。

圖1 裝配式地鐵車站多專業(yè)協(xié)同設(shè)計框架

3.2.2 協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)方法

想要實現(xiàn)裝配式地鐵車站工程的協(xié)同設(shè)計，需要借助BIM技術(shù)平臺實現(xiàn)設(shè)計環(huán)境、設(shè)計工具、設(shè)計數(shù)據(jù)的共享。首先，各專業(yè)設(shè)計人員需要在同一個局域網(wǎng)中開展設(shè)計工作，土木工程專業(yè)設(shè)計人員完成中心文件和工作集的創(chuàng)建后共享鏈接。其次，土木工程專業(yè)設(shè)計人員需要在協(xié)作選項中激活并開啟工作集的共享，后續(xù)的設(shè)計文件、模型等均需保存至共享文件夾，才能夠完成多專業(yè)之間的共享和協(xié)同；其他機電專業(yè)、裝修專業(yè)設(shè)計人員鏈接中心文件并領(lǐng)取工作集，完成共享文件的讀取。文件保存時需在文件名前添加共享中心文件夾的網(wǎng)絡(luò)路徑，保證文件的共享準確到位。第三，在各個專業(yè)的設(shè)計人員進行工程設(shè)計、構(gòu)件設(shè)計時，需將權(quán)限掌握在自己手中，將模型的可編輯狀態(tài)設(shè)置為“是”，使模型的設(shè)計修改權(quán)限得到控制，避免因為誤操作出現(xiàn)相互修改模型、打亂協(xié)同設(shè)計作業(yè)的情況。第四，除了土木工程結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計人員外，其他專業(yè)的設(shè)計人員需要以項目基點作為設(shè)計基礎(chǔ)，并且采用鏈接中心文件的方式來開展設(shè)計工作，為了避免影響土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計成果，在參照類型設(shè)置中需選擇“覆蓋”項，保證協(xié)同作業(yè)的質(zhì)量和效率。

3.2.3 協(xié)同設(shè)計統(tǒng)一標準

多專業(yè)設(shè)計人員進行協(xié)同設(shè)計時，想要保證裝配式地鐵車站的設(shè)計質(zhì)量，保證裝配構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝效率，需要擁有統(tǒng)一的設(shè)計標準，才能夠保證協(xié)同設(shè)計工作的有效展開。①代碼統(tǒng)一：在進行文件命名時，為了保證共享和鏈接效果需要使用統(tǒng)一的代碼，比如用工程地點、工程名稱首字母進行命名，用設(shè)計階段的拼音簡寫區(qū)分階段，用專業(yè)代碼識別模型所屬，用大寫英文字母標識圖紙的改版次數(shù)；②模型扣減規(guī)則統(tǒng)一：多專業(yè)協(xié)同設(shè)計中想要最終形成整體模型，必須在設(shè)計之初就保證模型扣減規(guī)則統(tǒng)一，扣減規(guī)則是保證多專業(yè)模型可統(tǒng)一拼接、減少碰撞的重要一環(huán)，比如墻與梁，需以墻頂部約束條件作為梁底，柱與梁，需以構(gòu)造柱頂部約束條件作為梁底；③精細度統(tǒng)一：精細度是指在建筑工程模型設(shè)計中的幾何信息、非幾何信息精細程度，在不同的設(shè)計階段對BIM技術(shù)軟件中的模型有不同的精細度要求，通常來講可行性研究階段的精細度為100，施工圖設(shè)計階段為300，深化設(shè)計階段為350，施工階段為400。

3.3 施工工序模擬

通過BIM技術(shù)軟件完成裝配式地鐵車站的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計后，需利用BIM技術(shù)軟件的模擬功能進行施工工序模擬。通過這道模擬工序可充分呈現(xiàn)設(shè)計模型中施工技術(shù)的應(yīng)用過程，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案、施工工藝中存在的可優(yōu)化空間。通過工序模擬后，工程現(xiàn)場的施工管理有跡可循，有助于管理團隊逐步落實工程的每一道施工工序，避免因為工序上的錯亂而影響地鐵車站的施工進度和施工質(zhì)量，降低施工過程中出現(xiàn)變更情況的可能性。通過施工工序模擬，設(shè)計人員可以更直觀地方式完成面向施工管理團隊的技術(shù)交底，有效節(jié)約不同工程管理階段之間的銜接耗時。

3.4 技術(shù)交底可視化

技術(shù)交底是設(shè)計人員與工程管理人員之間重要的銜接環(huán)節(jié)，BIM技術(shù)的應(yīng)用可使這一環(huán)節(jié)以可視化的形式進行，有效避免復(fù)雜工藝交底不清，避免導(dǎo)致工程出現(xiàn)施工質(zhì)量、安全問題，使后續(xù)施工管理更加規(guī)范。尤其在決定采用裝配式施工模式的地鐵車站工程中，裝配構(gòu)件之間的相互拼接需要遵循固定的施工順序，否則可能出現(xiàn)無法裝配、裝配質(zhì)量不過關(guān)等情況，影響工程質(zhì)量和進度。應(yīng)用BIM技術(shù)進行可視化交底時，設(shè)計人員不僅可以為施工管理人員展示各個工序之間的施工順序，展示每個施工環(huán)節(jié)所需要的施工工藝，還可以用BIM軟件中的爆炸功能將組建好的模型崩解成N多個裝配構(gòu)件，從裝配的角度進行技術(shù)交底，提升施工管理人員對裝配式地鐵車站施工的技術(shù)掌握程度。完成交底后，施工管理人員拿到設(shè)計人員共享的工程模型后，也可在施工環(huán)節(jié)中反復(fù)通過爆炸功能來崩解所需看清具體裝配順序和工藝要求的模型部分，提升作業(yè)管理的質(zhì)量。這種可視化的交底方式降低了對施工管理人員的技術(shù)、經(jīng)驗要求，提高了工程施工的規(guī)范程度。

3.5 預(yù)埋線、預(yù)留孔洞協(xié)調(diào)

在建筑工程管理中，土木工程結(jié)構(gòu)部分是整個工程的基礎(chǔ)，在設(shè)計環(huán)節(jié)中，土木工程結(jié)構(gòu)部分也是整體模型的基礎(chǔ)，其他諸如機電、裝飾等都需在土木工程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計和施工。在技術(shù)交底環(huán)節(jié)和土木工程施工環(huán)節(jié)中，管理人員都需加強對預(yù)埋和預(yù)留工序的管理，做好提前開孔、埋管線等工作，與機電專業(yè)設(shè)計人員、施工人員做好溝通工作，保證后續(xù)機電設(shè)備入場安裝順利。BIM技術(shù)的應(yīng)用可幫助施工管理人員、土木工程施工團隊和機電施工人員明確具體的預(yù)埋管線、預(yù)留孔洞位置，對工程細節(jié)進行提前溝通和交涉，理順工序之間的注意事項，保證后續(xù)機電設(shè)備安裝和運行的效果。裝配式地鐵車站工程中需要大量的機電設(shè)備，大到地鐵車輛運行管理設(shè)備、站臺供電設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)，小到站臺內(nèi)亮起的指示路牌，都需要相應(yīng)的預(yù)埋管線和預(yù)留孔洞來支持設(shè)備的安裝、通電和運行。協(xié)調(diào)好土木工程結(jié)構(gòu)中需要預(yù)留的部分，可以有效避免后續(xù)內(nèi)部裝飾施工完畢后進行鉆孔、埋線對裝飾部分造成的影響。

4 BIM技術(shù)在裝配式地鐵車站工程管理中的應(yīng)用

4.1 工程施工成本統(tǒng)計管理

成本管理是建筑工程重要的部分，裝配式工程施工模式具有一定的成本節(jié)約優(yōu)勢，但前提是工程管理團隊做好成本預(yù)算管理、成本支出管理。BIM技術(shù)軟件在輔助成本管理方面具備一定優(yōu)勢，工程成本管理人員可從設(shè)計人員共享的整體模型入手進行土木施工材料、機電設(shè)備、裝飾材料等部分的快速統(tǒng)計，充分借助計算機的算法優(yōu)勢來處理人工難以統(tǒng)計的成本細節(jié)，減輕成本管理團隊的工作量和工作難度。有了BIM技術(shù)軟件的支持，成本管理團隊可獲得更具體、更具可操作性的工程量和工程成本預(yù)算，在后續(xù)的材料訂購、供給、結(jié)算上獲得便利。而且，掌握整體模型還能夠幫助成本管理人員輔助施工管理團隊做好各種施工材料的進場安排，在更合適的時間去追求性價比更高的材料，在工程施工需要前安排進場即可，可有效改善因為臨時購買而超支、延遲供應(yīng)或提前購買導(dǎo)致材料擠壓損耗等問題，從管理細節(jié)上節(jié)約工程成本。

4.2 工程施工進度管控

在工程施工過程中，管理人員可借助BIM技術(shù)對工程模型進行算量，預(yù)估工程施工的總耗時和各個環(huán)節(jié)耗時。管理人員還可以BIM工程模型為基礎(chǔ)設(shè)置預(yù)制構(gòu)件的管理庫，結(jié)合模型掌握工程施工所需的構(gòu)件數(shù)量，結(jié)合實際的預(yù)制構(gòu)件庫存出入數(shù)量，了解工程當(dāng)下的施工進度，提升對工程的管控能力。管理團隊管控能力提升，有助于做好后續(xù)工程施工的構(gòu)件、吊裝設(shè)備、人員安排，提升資源、資金的利用率。

5 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在裝配式地鐵車站設(shè)計中有不可忽視的應(yīng)用價值。BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅可以實現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計人員的協(xié)同設(shè)計，提升裝配式構(gòu)件的精細程度，還能夠輔助提升工程技術(shù)交底、預(yù)埋預(yù)留部分施工協(xié)調(diào)的效果，加強工程成本管理和進度管控，提升整個地鐵車站工程的施工效果。