BIM技術(shù)在地鐵領(lǐng)域的應(yīng)用

文/楊銘杰

隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及交通運(yùn)輸量持續(xù)增大，帶來(lái)環(huán)境污染、交通擁擠、能源危機(jī)等眾多問(wèn)題，而地鐵作為主要的代步交通工具之一，具有速度快、無(wú)污染、高舒適度、高安全性、便利等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前全球各大中型城市發(fā)展交通事業(yè)的首選。2016年9月，國(guó)家發(fā)改委加快對(duì)城市軌道交通網(wǎng)的批復(fù)進(jìn)度，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2020年，我國(guó)城市軌道交通投資額將超過(guò)萬(wàn)億元。2017年年初，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃指出，到2020年全國(guó)城市軌道交通營(yíng)運(yùn)里程要達(dá)到9300km，屆時(shí)北京、上海、廣州、深圳等一線城市軌道交通將形成網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

資料顯示，在工程建設(shè)業(yè)中，30%的工程存在返工現(xiàn)象，40%的工程存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象，超過(guò)40%的工程存在工期延誤現(xiàn)象。而地鐵項(xiàng)目具有投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、涉及面廣、施工空間小、施工工期緊、數(shù)據(jù)和信息處理的工作量大等特點(diǎn)，上述的返工、工期延誤等現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。無(wú)論是地鐵的設(shè)計(jì)、施工還是運(yùn)營(yíng)管理，稍有不慎就可能出現(xiàn)工程拖延、運(yùn)營(yíng)故障等。如何在保證工期、質(zhì)量、安全的前提下，以合理、全面的施工組織及高效的協(xié)同手段作為支撐，提升“效率”是建設(shè)各方都要面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，將為解決上述難題提供新思路。

國(guó)內(nèi)外地鐵項(xiàng)目BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國(guó)家的城市地鐵輕軌建設(shè)已漸入沉寂期，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在改擴(kuò)建、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面。日前，歐洲最大的施工項(xiàng)目——Crossrail軌道工程，是綜合鐵路和地鐵的大型軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，涉及線路、電力、通信、信號(hào)、隧道，房建、通風(fēng)、照明、給排水、機(jī)車、消防等十多個(gè)專業(yè)，專業(yè)之間既要保證高效準(zhǔn)確的協(xié)同設(shè)計(jì)，又要保證大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)在交流過(guò)程中不丟失，對(duì)管理平臺(tái)要求非常之高。目前，該項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，在協(xié)同設(shè)計(jì)、施工控制、運(yùn)營(yíng)和管理等方面取得較好的應(yīng)用成效；加拿大多倫多Spadina地鐵擴(kuò)建項(xiàng)目中，參建各方進(jìn)行3D設(shè)計(jì)協(xié)同；洛杉磯Westside地鐵延長(zhǎng)線工程采用DB交付模式，業(yè)主方將BIM納入承包方合約，要求以BIM核心規(guī)劃管理整個(gè)建造過(guò)程。

國(guó)內(nèi)而言，港臺(tái)地區(qū)的地鐵BIM應(yīng)用也走在大陸的前面。早在2010年，香港的地鐵車站中，已經(jīng)有1/4的地鐵車站完成BIM建模，部分車站利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)采光、能耗、煙霧、人流和可視化碰撞檢測(cè)等深層次應(yīng)用；臺(tái)北捷運(yùn)萬(wàn)大線工程全面導(dǎo)入BIM技術(shù)，尤其在設(shè)計(jì)討論、細(xì)部設(shè)計(jì)應(yīng)用、施工討論、營(yíng)建進(jìn)度檢視、設(shè)施資料管理與防災(zāi)動(dòng)線討論方面應(yīng)用的較好。

大陸地區(qū)，許多業(yè)主、設(shè)計(jì)和施工企業(yè)也越來(lái)越重視地鐵領(lǐng)域BIM的應(yīng)用。尤其在一二線城市如上海、北京、天津、深圳、南京、無(wú)錫、寧波等城市的地鐵項(xiàng)目中，業(yè)主在合同中明確要求設(shè)計(jì)中標(biāo)單位提供三維模型，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。如上海地鐵12號(hào)線采用BIM技術(shù)進(jìn)行工程量計(jì)算、管線綜合、三維點(diǎn)云掃描、預(yù)留孔洞、現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)等應(yīng)用；北京地鐵10號(hào)線二期石榴莊站利用BIM技術(shù)建立模型，并進(jìn)行采光和照明分析，以此為依據(jù)設(shè)置合理的人工光源的級(jí)別和位置。同時(shí)將工程做法、材料信息、設(shè)備信息整合到模型中，極大方便施工方施工，并向運(yùn)營(yíng)商提供詳盡的后期運(yùn)營(yíng)管理資料。通過(guò)對(duì)天津地鐵5號(hào)線已施工車站的調(diào)查顯示，利用BIM技術(shù)后每個(gè)站可節(jié)約1個(gè)月以上的工期，節(jié)約因拆改產(chǎn)生的各類費(fèi)用合計(jì)近100萬(wàn)元，同時(shí)也大大降低建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位的管理成本，天津地鐵5號(hào)線共計(jì)21個(gè)站采用BIM輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，合計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益保守估計(jì)有幾千萬(wàn)元。此外，上海地鐵18號(hào)線、深圳地鐵15號(hào)線、無(wú)錫地鐵1號(hào)線等均不同程度的應(yīng)用了BIM技術(shù)。

BIM技術(shù)在地鐵領(lǐng)域的十大典型應(yīng)用

1) 投資控制

地鐵工程的計(jì)量工作在全過(guò)程造價(jià)控制中，不僅工作量大而且計(jì)算難度大，要在項(xiàng)目全生命周期不斷地統(tǒng)計(jì)、拆分、組合和分類匯總各時(shí)間段和施工段工程量數(shù)據(jù)更是困難，落后的手工計(jì)算方式難以適應(yīng)精細(xì)化造價(jià)控制的需求?；贐IM的造價(jià)管理，可精確計(jì)算工程量，快速準(zhǔn)確提供投資數(shù)據(jù)，可減少造價(jià)管理方面的漏洞。另外通過(guò)減少返工和廢棄工程，減少變更和簽證，更可減少很多成本。這兩方面都將大幅提升預(yù)算控制能力。

2) 碰撞檢查

BIM技術(shù)強(qiáng)大的碰撞檢查功能，將十分有利于減少進(jìn)度浪費(fèi)。大量的專業(yè)沖突延誤了工程進(jìn)度，大量廢棄工程、返工的同時(shí)還造成巨大的材料、人工浪費(fèi)。地鐵工程設(shè)計(jì)專業(yè)多，管線復(fù)雜，而空間相對(duì)狹小，容易發(fā)生碰撞。特別是當(dāng)前三邊工程較多，專業(yè)沖突的現(xiàn)象十分普遍，返工現(xiàn)象常見。利用BIM系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟進(jìn)，可以第一時(shí)間反映和解決問(wèn)題，帶來(lái)的工期效益、成本效益和其他效益都是非常顯著的。

3) 工程量計(jì)算

BIM 具有參數(shù)化的特點(diǎn)，這讓模型可以直接用來(lái)計(jì)算與分析，BIM技術(shù)能夠?qū)⒛Ｐ退墓こ塘啃畔⑦M(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行工程量核算。利用BIM技術(shù)進(jìn)行的工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與BIM模型保持聯(lián)動(dòng)性，模型的更改情況能夠及時(shí)的反應(yīng)到對(duì)應(yīng)的工程量明細(xì)表中。

利用其精確計(jì)算的工程量，可快速準(zhǔn)確提供成本數(shù)據(jù)，可減少成本管理方面的漏洞，提升項(xiàng)目對(duì)車站成本的控制能力。

4) 施工模擬

BIM 模型中可以導(dǎo)入進(jìn)度計(jì)劃，動(dòng)態(tài)顯示模型進(jìn)度，提前對(duì)施工場(chǎng)地布置、材料堆放、機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)路線、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行預(yù)演。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，通過(guò)對(duì)施工整個(gè)過(guò)程的模擬，使得項(xiàng)目參與各方對(duì)項(xiàng)目開展有著更直觀的了解。部分復(fù)雜部分的施工，還可以結(jié)合不同的施工方案在電腦里預(yù)演，實(shí)現(xiàn)施工方案的優(yōu)化。在施工過(guò)程中，工程的梁、板、柱、墻、樓梯等，所有的標(biāo)高、外形、材質(zhì)、鋼筋排布等相關(guān)數(shù)據(jù)資料都可以根據(jù)需要進(jìn)行篩選、調(diào)用，快速便捷的導(dǎo)出表格。

5) 管線綜合

在地鐵車站項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中,管線綜合是重要而又繁瑣的工作。管線綜合問(wèn)題處理的得當(dāng)，既有利于地下空間的充分、合理、有效的適用，又有利于管線的施工安裝和管理維護(hù)，同時(shí)還可以減少管線安裝過(guò)程中的返工現(xiàn)象。否則會(huì)造成施工難度、施工周期、投資等的增加。

地鐵車站綜合管線十分復(fù)雜，主要包括通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防給水、動(dòng)力照明、FAS、BAS、供電、通信、信號(hào)等，通過(guò)BIM技術(shù)可以更加直觀、全方位的查看各種管線的位置，走向，高度，從而做出最合理的修改和排布，其中設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中往往會(huì)忽略施工安裝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)模型可以很直觀的發(fā)現(xiàn)這些在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中不容易發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

在施工階段BIM技術(shù)可以讓設(shè)計(jì)和施工無(wú)縫溝通，幫助施工企業(yè)更直觀、簡(jiǎn)單、高效的了解設(shè)計(jì)意圖，而且如果設(shè)計(jì)階段本身就采用了BIM技術(shù)，那么對(duì)于管線施工來(lái)說(shuō)就有了很大的技術(shù)保障。

6) 可視化技術(shù)交底

BIM 的一大優(yōu)點(diǎn)是可視化，可直觀地看到建成后的效果。利用三維模型比二維圖紙更加直觀準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，使用三維信息模型進(jìn)行交底，使現(xiàn)場(chǎng)工作人員更準(zhǔn)確的了解設(shè)計(jì)意圖和施工難點(diǎn)，避免出現(xiàn)施工差錯(cuò)。地鐵車站利用BIM技術(shù)對(duì)車站結(jié)構(gòu)復(fù)雜梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化建模，使復(fù)雜區(qū)域施工，更直觀，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼筋的精細(xì)化管理，使得鋼筋下料更加準(zhǔn)確，同時(shí)增加了鋼筋的利用率，節(jié)約成本。

通過(guò)對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工工藝進(jìn)行模擬，使工程技術(shù)人員更準(zhǔn)確的了解施工流程，確保復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工順利進(jìn)行。

7) 質(zhì)量管理

利用 BIM技術(shù)構(gòu)建建筑實(shí)體模型，提前預(yù)知建筑情況，可以有效地發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，如通過(guò)檢查碰撞與沖突，改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量；三維實(shí)體模型，便于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員理解；在電腦中模擬建筑物的施工過(guò)程，優(yōu)化施工方案。在施工過(guò)程中，利用 BIM 技術(shù)和視頻技術(shù)進(jìn)行施工質(zhì)量的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)用人員及時(shí)將問(wèn)題發(fā)生的位置時(shí)間及問(wèn)題的處理情況導(dǎo)入到BIM技術(shù)構(gòu)建的施工建筑信息模型中，進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制和過(guò)程控制，可有效提升最終建筑質(zhì)量。

8) 安全管理

地鐵車站施工環(huán)境復(fù)雜，與施工現(xiàn)場(chǎng)外大量的行人、車流通常僅一墻之隔，可利用空間有限，而地鐵車站施工工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致施工作業(yè)空間存在多層次水平及垂直的作業(yè)面，給地鐵車站施工帶來(lái)較大的安全隱患。BIM 可以進(jìn)行有效的沖突檢測(cè)、施工模擬等，還可以在深基坑開挖時(shí)，根據(jù)基坑周邊布點(diǎn)實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在模型中反應(yīng)各區(qū)域的危險(xiǎn)程度，通過(guò)可行手段在時(shí)間和空間上定位報(bào)警，并在施工前給予直接的指導(dǎo)，減少由于危險(xiǎn)區(qū)域不明確導(dǎo)致的坍塌事故的發(fā)生。

9) 設(shè)備管理

地鐵工程的設(shè)備運(yùn)維管理至關(guān)重要。竣工后，所有的管線、設(shè)備都在機(jī)房或者隱藏的吊頂之后，給維護(hù)管理帶來(lái)極大難度。而在BIM模型中，可以將所有設(shè)備的信息都存放進(jìn)去，且相互關(guān)聯(lián)，成為一個(gè)巨大的設(shè)備資料庫(kù)，是后期設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理的重要資料來(lái)源。尤其是在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可隨時(shí)調(diào)取設(shè)備上游的相關(guān)電閘等信息，查找該設(shè)備的廠商信息和當(dāng)時(shí)的驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等，及時(shí)高效解決問(wèn)題。

如消防泵房的相關(guān)信息錄入到BIM模型中，里面記錄了材料廠商信息（廠家名稱、廠家聯(lián)系人、聯(lián)系方式）、施工人員信息（施工單位、安裝工、特種作業(yè)證）、材料檢驗(yàn)信息（進(jìn)貨時(shí)間、檢驗(yàn)狀態(tài)、檢驗(yàn)人員、試驗(yàn)記錄）等等。這些信息都方便運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員隨時(shí)查看和調(diào)取。

10）協(xié)同管理平臺(tái)

BIM模型中富含豐富的信息，又具備可視化的特點(diǎn)，可以成為項(xiàng)目各參與方最佳的協(xié)同溝通平臺(tái)?？梢暬梢蕴岣邷贤ㄐ剩畔⒌囊恢滦钥梢员苊忭?xiàng)目各參與方、不同部門之間的信息孤島問(wèn)題，及時(shí)有效的信息傳遞可以提升決策的效率和質(zhì)量等。地鐵項(xiàng)目的各項(xiàng)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)如能夠與BIM平臺(tái)結(jié)合，新的項(xiàng)目管理平臺(tái)將極大提升工作效率。

BIM技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，在地鐵領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

1) 與云、VR的結(jié)合

BIM、云、VR三種前沿技術(shù)進(jìn)行跨界組合——“BIM云+VR技術(shù)應(yīng)用”，應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建地鐵工程管理云平臺(tái)，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建地鐵施工全過(guò)程、各階段三維模型，將以BIM、云平臺(tái)為核心的多種前沿信息化技術(shù)有效融合、深度對(duì)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、精細(xì)化協(xié)同管理，提高項(xiàng)目管理效率。同時(shí)，融合BIM技術(shù)與VR技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還可建基于VR的安全教育體驗(yàn)館。通過(guò)虛擬體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)安全培訓(xùn)的場(chǎng)景化真實(shí)體驗(yàn)，大大提高了對(duì)作業(yè)人員的安全教育成效。

2) 與GIS技術(shù)的結(jié)合

在地鐵項(xiàng)目中，一般是建立BIM+GIS 的地鐵設(shè)施資產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用竣工BIM 模型，將設(shè)施資產(chǎn)管理與設(shè)備運(yùn)維管理集成到三維可視化平臺(tái)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各設(shè)備的使用情況納入到系統(tǒng)的管理范圍，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理。

3) 與移動(dòng)端的結(jié)合

在以網(wǎng)絡(luò)溝通為主導(dǎo)的社會(huì)交往形式下，以更加便捷的網(wǎng)絡(luò)溝通方式，為用戶提供更加豐富的服務(wù)。以此為平臺(tái)，既方便了BIM應(yīng)用的交流溝通，也改變了以往呆板的交流方式。

4) 與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的結(jié)合

BIM的信息化核心特征決定了BIM的數(shù)據(jù)必將朝著數(shù)據(jù)共享、協(xié)同應(yīng)用的方向發(fā)展，改變現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)、管理模式。項(xiàng)目管理有關(guān)的文件數(shù)據(jù)，以及通過(guò)支持協(xié)作工作流程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)為主的BIM協(xié)同解決方案，為云服務(wù)的基礎(chǔ)上以數(shù)據(jù)為中心的各種BIM協(xié)調(diào)提供了可能，同時(shí)對(duì)于參與施工現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，方便了他們之間的溝通合作。在任何時(shí)候，項(xiàng)目的參與者都可以直接地共享精確到具體部位的工程信息。

5) 與數(shù)字化捕捉技術(shù)的結(jié)合

BIM技術(shù)應(yīng)用不光可以應(yīng)用于新建工程，在國(guó)內(nèi)還有大量既有建筑需要進(jìn)行數(shù)字化、信息化處理。數(shù)字化建造通過(guò)BIM技術(shù)的適當(dāng)介入，在可控制的范圍內(nèi)使傳統(tǒng)施工方法通過(guò)參數(shù)化輔助建造的模式獲得新生。項(xiàng)目部利用3D模型檢測(cè)碰撞，為施工提供最優(yōu)化管線綜合設(shè)計(jì)；4D進(jìn)度模擬，模擬施工進(jìn)度，指導(dǎo)項(xiàng)目計(jì)劃管理的順利實(shí)現(xiàn)；BIM結(jié)合預(yù)制加工，有效地避免了場(chǎng)地狹窄等局限性，完成了風(fēng)管傳統(tǒng)加工模式到工廠預(yù)制化模式的華麗轉(zhuǎn)型；虛擬仿真，將施工方案進(jìn)行預(yù)演，方案實(shí)施過(guò)程一目了然……全數(shù)字化運(yùn)維管理系統(tǒng)是未來(lái)智能型城市的雛形，數(shù)字化建造也將成為未來(lái)工程發(fā)展的方向。

BIM技術(shù)在地鐵領(lǐng)域的未來(lái)

目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，地鐵領(lǐng)域更是如此。大量與軌道交通相關(guān)的基本標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建還需要建模研發(fā)，BIM標(biāo)準(zhǔn)還在編制中，不同軟件建的數(shù)據(jù)打通還面臨較大困難，整個(gè)BIM的實(shí)施方法論還不夠成熟。

但BIM的發(fā)展前景不容置疑，BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、管理信息系統(tǒng)等的結(jié)合將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，大有可為。