城市軌道交通項(xiàng)目建筑信息模型(BIM)應(yīng)用研究

王 鑫 張寶杰

(中國(guó)海洋大學(xué) 山東 青島 266000)

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城市軌道交通項(xiàng)目建筑信息模型(BIM)應(yīng)用研究

王 鑫 張寶杰

(中國(guó)海洋大學(xué) 山東 青島 266000)

近年我國(guó)已進(jìn)入城市軌道交通的快速發(fā)展期，建筑信息模型(BIM)作為建筑業(yè)的全新技術(shù)，也逐漸被應(yīng)用于軌道交通工程的設(shè)計(jì)中。本文介紹BIM在城市軌道交通項(xiàng)目不同階段的應(yīng)用情況并突出了其在施工階段的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)的發(fā)展不僅為城市軌道交通項(xiàng)目管理工作提供新型信息化手段，更重要的是為城市軌道交通項(xiàng)目管理創(chuàng)新創(chuàng)造了新機(jī)遇。

城市軌道交通；建筑信息模型；項(xiàng)目管理

引言

建筑信息模型，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項(xiàng)目各相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)信息詳盡的數(shù)字化表達(dá)。BIM倡導(dǎo)一種全新的理念，它的應(yīng)用從工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)，到施工、維護(hù)各個(gè)方面，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工程全生命期管理、提高軌道交通行業(yè)科學(xué)技術(shù)水平、促進(jìn)軌道交通設(shè)計(jì)全面信息化和現(xiàn)代化，具有重要應(yīng)用價(jià)值。

一、城市軌道交通應(yīng)用BIM必要性

(一)BIM技術(shù)特點(diǎn)。軌道交通項(xiàng)目與一般市政建設(shè)項(xiàng)目相比，具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、規(guī)模大、投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，且機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備繁多、社會(huì)責(zé)任大，對(duì)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求[1]。

目前，軌道交通行業(yè)設(shè)計(jì)多采用傳統(tǒng)二維圖紙，表達(dá)方式抽象，只有經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練并有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才能正確完整地理解，對(duì)后期運(yùn)維提出較高要求。同時(shí)，二維圖紙難以對(duì)建筑物的所有內(nèi)容及關(guān)系進(jìn)行完整表達(dá)，圖紙及各專業(yè)間缺少剛性系統(tǒng)的傳承聯(lián)系，只能依賴設(shè)計(jì)師人工溝通協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)變更、調(diào)整較頻繁的軌道交通設(shè)計(jì)中更易出現(xiàn)錯(cuò)漏，造成建設(shè)投資損失及運(yùn)維信息不準(zhǔn)確。

BIM技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)二維圖紙，所能表達(dá)的信息豐富、資料查閱效率高、及時(shí)準(zhǔn)確，能滿足軌道交通出現(xiàn)緊急情況時(shí)的處置要求，因而能對(duì)軌道交通項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理起到助力作用[2]。

(二)BIM技術(shù)的價(jià)值。BIM的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性特點(diǎn)給項(xiàng)目的各參與方帶來了不同的價(jià)值，現(xiàn)階段對(duì)于BIM運(yùn)用的價(jià)值可歸納為以下5點(diǎn)[3]：(1)基于BIM模型的可視化決策；(2)基于BIM模型與其他相關(guān)方的可視化交互；(3)通過BIM模型提高軌道交通的設(shè)計(jì)質(zhì)量；(4)通過BIM模型初步實(shí)現(xiàn)施工過程管理；(5)通過BIM模型實(shí)現(xiàn)車站設(shè)備運(yùn)維管理。

二、BIM在城市軌道交通項(xiàng)目不同階段的應(yīng)用探討

(一)前期規(guī)劃階段。在城市軌道交通前期，需要經(jīng)歷從機(jī)會(huì)研究到可行性研究的逐步細(xì)化的論證過程，這個(gè)過程是建立在大量翔實(shí)可靠的資料分析基礎(chǔ)上的，其中包含城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)方面的資料，還有自然條件、環(huán)境資料、交通與出行需求等。

規(guī)劃階段通常是利用BIM的思想，構(gòu)造一個(gè)包含基本數(shù)據(jù)和附屬數(shù)據(jù)城市交通三維模型。基本數(shù)據(jù)是對(duì)模型本身特征及屬性的描述，是模型元素本身所固有的；而附屬數(shù)據(jù)包括與模型元素直接或間接相關(guān)聯(lián)的、模型本身特性之外的各方面信息和資料。

由于模型元素都是參數(shù)化和可運(yùn)算的，因此可以基于模型信息進(jìn)行分析和計(jì)算，并采用層次分析和模糊決策等方法來進(jìn)行線網(wǎng)評(píng)價(jià)和方案的優(yōu)選。

(二)設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)階段是BIM技術(shù)應(yīng)用最多、最成熟的階段，設(shè)計(jì)單位在完成最初設(shè)計(jì)方案后即進(jìn)入工程實(shí)體設(shè)計(jì)階段，可參照房屋建筑的BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)，即將城市軌道交通的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分解，而各個(gè)系統(tǒng)又是由該系統(tǒng)內(nèi)的各部分構(gòu)件組成的，如車輛工程系統(tǒng)中的車輛就由車體、轉(zhuǎn)向架、牽引緩沖裝置、制動(dòng)裝置、受流裝置和車輛內(nèi)部設(shè)備等構(gòu)件組成，它們?cè)贐IM中既是信息的載體又是信息的表達(dá)，同時(shí)是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的對(duì)象。

由于BIM中的所有構(gòu)件都是基于一定邏輯關(guān)系而生成的，因此在某一個(gè)構(gòu)件上所作的修改都將引起所有與之有邏輯關(guān)系的信息的智能協(xié)同修改，這將大大減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng),降低成本和錯(cuò)誤率。BIM還允許對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深度開發(fā)，支持多人協(xié)同工作，保證信息的實(shí)時(shí)更新，這也在很大程度上提高了工作效率。

(三)施工階段。施工階段應(yīng)用BIM創(chuàng)建包含建筑物所有信息的虛擬模型，將3D建筑模型和時(shí)間、成本結(jié)合起來，進(jìn)行直觀的5D施工管理。該種管理方式可以自動(dòng)將建筑模型和工程進(jìn)度鏈接起來，使進(jìn)度管理得到更有效地分析和交流；同時(shí)，可以將預(yù)算過程中創(chuàng)建的信息分解到生產(chǎn)中，生成預(yù)定的采購(gòu)計(jì)劃和費(fèi)用列表，用于相應(yīng)的財(cái)務(wù)分析。

在5D施工管理系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)、成本、進(jìn)度三部分是相互關(guān)聯(lián)的，任一部分的變化都會(huì)自動(dòng)反映到另兩部分。這將大大縮短評(píng)估和預(yù)算的時(shí)間，顯著提高預(yù)算的準(zhǔn)確性；更重要的是，可以大大增強(qiáng)項(xiàng)目施工的可預(yù)見性，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工的初期及早發(fā)現(xiàn)問題；通過3D模型，設(shè)計(jì)、預(yù)算、進(jìn)度可以同步獲得；而且，在施工的任意階段，都可以通過與3D模型的關(guān)聯(lián)，保持最新的、準(zhǔn)確的造價(jià)計(jì)算。

(四)運(yùn)營(yíng)階段。在城市軌道交通項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)階段可以基于BIM及時(shí)提供有關(guān)列車運(yùn)行記錄、維修記錄、財(cái)務(wù)狀況等集成信息。通過對(duì)這些參數(shù)化信息的分析可以實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)成本分析；根據(jù)實(shí)際的客流數(shù)據(jù)可以進(jìn)行行車計(jì)劃調(diào)整等；BIM可以以一個(gè)集成系統(tǒng)的形態(tài)給運(yùn)營(yíng)企業(yè)提供全方位的決策支持，甚至為將來新建項(xiàng)目提供一個(gè)知識(shí)積累和管理的平臺(tái)。

三、BIM在城市軌道交通施工過程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

(一)模擬優(yōu)化。BIM的應(yīng)用使得軌道交通項(xiàng)目的設(shè)計(jì)由二維向三維動(dòng)態(tài)可視化轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)人員通過定義構(gòu)件、參數(shù)化調(diào)整使模型滿足預(yù)期的尺寸，同時(shí)可以生成各專業(yè)的圖紙，自動(dòng)更新項(xiàng)目使用的數(shù)據(jù)庫(kù)，并保持圖紙的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，使所有信息協(xié)調(diào)一致。該類工程施工時(shí)往往條件復(fù)雜，預(yù)知因素和事故發(fā)生概率以及造成的人員財(cái)產(chǎn)損失相對(duì)普通建筑工程較大，針對(duì)這一弊端,設(shè)計(jì)人員可以利用BIM軟件進(jìn)行空氣流動(dòng)分析、能耗分析、人流疏散和消防預(yù)警模擬演練等，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先模擬真實(shí)施工狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和不足，并進(jìn)行不斷的方案調(diào)整與優(yōu)化。

(二)碰撞檢查。在建好工程模型后，利用BIM軟件可以自動(dòng)檢測(cè)碰撞點(diǎn)的位置和數(shù)量，及時(shí)反映各專業(yè)管線、土建和機(jī)電安裝之間的空間分布狀況，獲取設(shè)計(jì)階段不易發(fā)覺的設(shè)計(jì)漏洞和缺陷，對(duì)存在碰撞的交叉點(diǎn)和不合理設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和調(diào)整，避免產(chǎn)生返工和工期延誤等問題。

(三)協(xié)調(diào)管理。在策劃和設(shè)計(jì)階段，即采用BIM作為信息共享平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)模型里協(xié)同設(shè)計(jì)，利用BIM模型的4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，快速、準(zhǔn)確獲得過程中工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拆分實(shí)物量，這樣做不僅可以提高溝通效率，還可以保證信息的真實(shí)和有效性，使各專業(yè)設(shè)計(jì)工具很好地對(duì)接；也可以隨時(shí)為采購(gòu)計(jì)劃的制定提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，為現(xiàn)場(chǎng)管理情況提供審核基礎(chǔ)。

(四)成本控制。利用BIM技術(shù)具有參數(shù)化的特點(diǎn)，通過對(duì)BIM模型中各構(gòu)件信息的管理，例如尺寸、材質(zhì)等，將各類相關(guān)聯(lián)的信息存儲(chǔ)在BIM模型中，并對(duì)構(gòu)件按照招標(biāo)清單進(jìn)行分類，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的工程量計(jì)算。

四、結(jié)語

城市軌道交通項(xiàng)目施工環(huán)境復(fù)雜，很多施工地點(diǎn)在人流、車輛密集的市區(qū)，可利用空間有限，加上其工期長(zhǎng)、施工難度大、技術(shù)要求高、受環(huán)境制約大、不可預(yù)見因素多，導(dǎo)致施工過程中安全問題頻發(fā)。BIM的應(yīng)用，可以對(duì)施工各環(huán)節(jié)的時(shí)間、空間信息進(jìn)行集成管理，最大程度避免施工中的安全隱患。對(duì)于BIM應(yīng)用的探討，將促使其在城市軌道交通建設(shè)中發(fā)揮更有價(jià)值的作用，同時(shí)完善城市軌道交通施工安全管理系統(tǒng)。

[1]祝嘉.在城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)想[J].建筑經(jīng)濟(jì),2008(S2):7.

[2]陳丹.基于虛擬建設(shè)的城市軌道交通建設(shè)管理模式研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2011.

[3]毛保華等.城市軌道交通[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

王鑫(1992-)，女，漢族，山東平度人，碩士研究生，中國(guó)海洋大學(xué)，城市防災(zāi)；張寶杰(1993-)，男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，中國(guó)海洋大學(xué)，橋梁與隧道工程。