基于BIM的智慧建造思考與實(shí)踐
——以上海軌道交通車站施工流程中的智慧應(yīng)用為例

汪千郡 （安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

基于BIM的智慧建造思考與實(shí)踐
——以上海軌道交通車站施工流程中的智慧應(yīng)用為例

汪千郡 （安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

文章從智慧建造興起的背景出發(fā)，思考了智慧建造的內(nèi)涵，闡述了智慧建造的核心技術(shù)——BIM，以及BIM技術(shù)的優(yōu)越性。并以上海市地鐵13號(hào)線自然博物館軌道站為工程背景，將BIM引入軌道為例，介紹了基于BIM技術(shù)的智慧建造理念及智慧運(yùn)用的全過程，指出基于BIM技術(shù)的智慧建造將是未來城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、國家轉(zhuǎn)型升級(jí)必經(jīng)之路。

BIM；智慧建造；軌道交通

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，隨著當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展要求，建筑業(yè)仍然保持著粗放型的發(fā)展方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已建建筑當(dāng)中，超過90%的建筑都不是節(jié)能建筑，能源消耗巨大。其中建筑業(yè)能耗占全社會(huì)總能耗40%；建筑業(yè)用水約占可飲用水資源80%；我國建筑業(yè)的水泥消耗量約占全球消耗量的40%；建筑業(yè)的CO2排放量約占全國總體碳排放的50%；建筑業(yè)的粉塵（PM2.5）占30%。從以上數(shù)據(jù)可以看出建筑行業(yè)的各項(xiàng)能耗占總的比例非常大[1]。

國內(nèi)BIM行業(yè)“信息斷層”、“信息孤島”現(xiàn)象普遍存在，“拋過墻”的工程建造模式無法實(shí)現(xiàn)工程相關(guān)信息的有效流轉(zhuǎn)與協(xié)同工作；工程建筑過程中的大量人、財(cái)、物信息還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)化；以項(xiàng)目為載體的信息化建設(shè)與應(yīng)用，缺乏基層設(shè)計(jì)和可持續(xù)性；施工現(xiàn)場還存在大量的手工作業(yè)，工業(yè)化程度低；從綠色建筑的性能分析到施工管理，以及建成后的能耗監(jiān)控等綠色建筑的全生命期管理都需要研究相應(yīng)的技術(shù)。雖然近幾年全球信息技術(shù)飛速發(fā)展，在我國城市化不斷推進(jìn)的過程中，城市信息化水平特別是智能化將成為城市發(fā)展的主題，但整體來說，目前國內(nèi)建筑行業(yè)信息化水平仍較低，還處于初級(jí)探索階段，與國外一些發(fā)達(dá)國家如美國還是有很大的差距。

2008年，IBM公司提出“智慧城市”的概念。智慧城市是新一代信息技術(shù)變革的產(chǎn)物，也是一種新的城市發(fā)展理念，智慧城市是以下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與云計(jì)算技術(shù)、人工智能等新型信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、社會(huì)創(chuàng)新服務(wù)、居民智慧生活、生活環(huán)境逐步改善的新型城市發(fā)展模式。而建設(shè)工程項(xiàng)目正是促進(jìn)居民智慧生活、生活便捷有序、工作高效運(yùn)行的重要載體，其在建設(shè)的各個(gè)階段如設(shè)計(jì)變更、竣工驗(yàn)收、投資概算、項(xiàng)目管理等各個(gè)環(huán)節(jié)所遇到的資源浪費(fèi)、工期延誤、安全隱患不斷發(fā)生的困境也是亟需通過智慧化途徑來解決。智慧城市的興起為工程項(xiàng)目的智慧建造提供了非常有力的基礎(chǔ)與現(xiàn)實(shí)路徑，同時(shí)，智慧建造也是高效、便捷的智慧城市建設(shè)發(fā)展的必然要求。

智慧建筑是一種新興的工程建造模式，它是建立在高度的信息化、工程化和社會(huì)化基礎(chǔ)上的一種信息融合、全面物聯(lián)、協(xié)同運(yùn)作、激勵(lì)創(chuàng)新的工程建造模式。智慧建造理念要求政府、建設(shè)方、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、勘察、施工等各建設(shè)參與方共同協(xié)調(diào)工作、整合資源，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通、信息共享，提高建造過程中信息利用率、資源利用率，大幅減少資源損耗和降低碳排放；實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，推動(dòng)市場實(shí)現(xiàn)集約化經(jīng)營，加快淘汰落后產(chǎn)能。

智慧建造的實(shí)施包含了感測與識(shí)別相關(guān)的遙感遙測（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)；寬帶網(wǎng)絡(luò)相關(guān)互聯(lián)、物聯(lián)、無線通信以及三網(wǎng)融合技術(shù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與云計(jì)算技術(shù)；數(shù)據(jù)挖掘與人工智能技術(shù)；可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)與BIM；4D項(xiàng)目管理等，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目建設(shè)過程的信息化、可視化、智能化。在以上這些技術(shù)中，BIM技術(shù)則是智慧建造的核心技術(shù)，也是其它技術(shù)的落腳點(diǎn)。BIM是一個(gè)數(shù)字化模型，它包含物理幾何信息和功能特征。在一個(gè)工程項(xiàng)目的整個(gè)建設(shè)周期過程中，從項(xiàng)目設(shè)計(jì)，到項(xiàng)目施工建設(shè)運(yùn)營階段，到最后的拆除都能為此提供可靠的理論科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，工程項(xiàng)目的各個(gè)參與方都可以根據(jù)各自的階段及需求在BIM數(shù)字化模型中輸入、獲取、自動(dòng)分析并更新項(xiàng)目信息。BIM技術(shù)能為智慧建造的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)與有力的支撐，智慧建造的理論體系也能為BIM技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展與運(yùn)用提供科學(xué)的依據(jù)及理論基礎(chǔ)。BIM的應(yīng)用為建造行業(yè)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐，帶來了設(shè)計(jì)和建造行業(yè)的第二次技術(shù)革命。

2.3.1 加快工程建設(shè)進(jìn)度

利用BIM技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，大大降低設(shè)計(jì)變更所帶來的工期延誤；利用BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)，不僅可以及時(shí)更改設(shè)計(jì)方案，并且可以顯著提高設(shè)計(jì)進(jìn)度，為設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化完善提供便捷；同時(shí)能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方之間的信息共享，加強(qiáng)協(xié)調(diào)溝通，有效提高工程項(xiàng)目進(jìn)度[2]；

2.3.2 提高工程造價(jià)的準(zhǔn)確性及工程質(zhì)量

利用BIM技術(shù)的參數(shù)化輸入，其智能運(yùn)算功能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工計(jì)算，不僅大大降低了前期投資成本，節(jié)省了人力資源，也使工程造價(jià)的估算更精確、更具科學(xué)性、合理性。利用BIM構(gòu)建的三維虛擬模型，能夠給人提供直觀的三維單體空間感受，更有利于對(duì)平面圖的理解并為項(xiàng)目決策的制定提供更加直觀的依據(jù)，提高了項(xiàng)目決策的準(zhǔn)確度，同時(shí)也提升了工程質(zhì)量。

2.3.3 有助于業(yè)主、設(shè)計(jì)院等多方合作及共贏[2]

首先，從政府的角度來講，BIM是信息技術(shù)與建造行業(yè)深度融合的契機(jī)和抓手，推動(dòng)工程建設(shè)從粗放式管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“建筑節(jié)能”、技術(shù)創(chuàng)新，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要方面。其次，從專家學(xué)者的角度來講，BIM是工程項(xiàng)目的數(shù)字化和信息化表達(dá)，為實(shí)現(xiàn)工程建造的工業(yè)化、建筑全生命周期管理和工程項(xiàng)目的信息共享與協(xié)同管理提供了技術(shù)支撐。然后從設(shè)計(jì)院的角度來講，BIM是工具，提升了設(shè)計(jì)效率、與業(yè)主的可視化溝通效率，以及為拓展、延伸業(yè)務(wù)和轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了機(jī)遇；最后對(duì)于施工企業(yè)來說，BIM是項(xiàng)目的成本控制、進(jìn)度控制、質(zhì)量控制、安全管理等實(shí)現(xiàn)方法，有助于項(xiàng)目的精細(xì)化管理，達(dá)到“降低成本、提高效益”的目標(biāo)[3]。

通常在軌道交通工程的建設(shè)過程中，施工人員一般直接按施工方案平面圖進(jìn)行實(shí)施，如在施工過程中遇到問題則暫停，通知設(shè)計(jì)方再修改方案，一般會(huì)出現(xiàn)大量的返工，如此不僅造成了人員的窩工、工期的延誤、材料的浪費(fèi)以使成本增加，也使工程質(zhì)量不易保證。在軌道交通工程中，以站臺(tái)為例，一個(gè)狹窄的空間可能包括若干系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)各自成圖，通過接口與其它系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)與連接，通過這種的方式來達(dá)到系統(tǒng)整合的目的[4]。BIM技術(shù)的興起，改變了傳統(tǒng)的施工工藝及過程，BIM建造過程如圖1所示，在正式施工之前，BIM咨詢公司會(huì)依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)建設(shè)工程進(jìn)行三維模擬，虛擬建造，同時(shí)工程項(xiàng)目的各參與方共同參與溝通，對(duì)施工方案提出各自的想法及修改意見，直至達(dá)成一致，使方案最優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上編制施工組織設(shè)計(jì)，在往后的施工過程減少返工的次數(shù)[5]。

圖1 基于BIM的軌道交通車站施工流程智慧建造管理框架

3.2.1 工程概況

本文以上海市地鐵線自然博物館工程為項(xiàng)目案例，分析了BIM技術(shù)在軌道交通施工管理過程中的運(yùn)用，改變了傳統(tǒng)的施工流程。在開始施工之前，方案技術(shù)人員利用BIM技術(shù)的智能化設(shè)計(jì)，對(duì)所需要建設(shè)的工程進(jìn)行現(xiàn)實(shí)模擬，整合各項(xiàng)目參與方，加強(qiáng)交流與互動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工方案中存在的問題，并提出解決措施，再修改模型，經(jīng)過反復(fù)的修改完善最終形成最優(yōu)的方案，以使施工順利進(jìn)展，減少資源浪費(fèi)，提高工作效率[6]。上海市地鐵線自然博物館站位于新閘路以南、山海關(guān)路以北、石門二路以東的地塊內(nèi)，車站西側(cè)與達(dá)安城相鄰，南側(cè)通過地下墻與自然博物館連接，地下與同步建設(shè)的自然博物館地墻相連，地鐵站的南部區(qū)域結(jié)合博物館地下空間，在其底板下通過，該區(qū)段與博物館的基礎(chǔ)工程采取相同的施工方法同時(shí)支護(hù)開挖。車站站臺(tái)形式采取島式曲線站形式，站臺(tái)規(guī)模尺寸根據(jù)曲線線路設(shè)置。車站主體BIM模型如圖2所示。

圖2 自然博物館站車站的竣工模擬圖

3.2.2 基于BIM的施工流程智慧建造管理

圖3 自然博物館站虛擬建造過程中出現(xiàn)的碰撞示意圖

該軌道站建設(shè)利用BIM技術(shù)對(duì)站臺(tái)的施工過程進(jìn)行智能模擬，在模擬建造的過程中，能清晰地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題，如圖3所示，圖中用紅色標(biāo)明顯示的架體構(gòu)件即為在施工過程中會(huì)可能出現(xiàn)的沖突及問題，據(jù)此發(fā)現(xiàn)的問題，技術(shù)人員對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行修改。圖4為博物館站的虛擬竣工模型，通過該模型的構(gòu)建，由建設(shè)單位組織監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行竣工虛擬驗(yàn)收，對(duì)施工方案進(jìn)行綜合評(píng)估，再確定最優(yōu)方案后再開始正式施工。在該博物館站的建設(shè)過程中，基于BIM技術(shù)，在其正式施工之前利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬建造和虛擬驗(yàn)收，不斷地優(yōu)化施工方案，對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行智慧控制與管理，最終提前完成工程，節(jié)約了工期與資源，并且也保證了實(shí)際工程竣工驗(yàn)收質(zhì)量。

圖4 自然博物館站車站的竣工模擬圖

本文以地鐵車站工程施工管理為例，運(yùn)用BIM信息化技術(shù)模擬智慧建造的全過程，通過虛擬模擬發(fā)現(xiàn)軌道施工設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、運(yùn)營過程中存在問題，并整合項(xiàng)目各參與方，不斷優(yōu)化完善，提出最佳方案。為軌道交通的建設(shè)提供了極大的便利，為工程的精細(xì)化管理提供科學(xué)依據(jù)。智慧建造的方式將是整個(gè)建設(shè)行業(yè)未來的發(fā)展方向，也是國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然要求?；贐IM的智慧建造是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的發(fā)展方式，通過智能信息化技術(shù)的廣泛運(yùn)用，提高數(shù)據(jù)、信息、技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率，也使我們的城市運(yùn)行更安全、更高效、更便捷、更綠色、更和諧[1]。

[1]劉琰.基于BIM的交通基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)建設(shè)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[2]王麗佳.基于BIM的智慧建造策略研究[D].寧波：寧波大學(xué)，2013.

[3]李偉.地鐵工程綠色施工應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[4]鄭明遠(yuǎn).軌道交通與城市空間整合規(guī)劃方法論研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

[5]趙霞.建筑工業(yè)4.0視角下基于BIM的建筑集成設(shè)計(jì)方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

[6]蔡蔚.建筑信息模型(BIM)技術(shù)在城市軌道交通項(xiàng)目管理中的應(yīng)用與探索[J].城市軌道交通研究，2014(5)：1-4.

TU711

A

1007-7359（2016）05-0264-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.095

汪千郡（1970-），男，安徽安慶人，畢業(yè)于安徽建筑大學(xué)，學(xué)士；高級(jí)工程師，國家注冊(cè)城市規(guī)劃師，國家注冊(cè)一級(jí)建造師。