建筑信息模型技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用分析

湯杰偉

（中鐵十九局集團有限公司第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)應(yīng)用發(fā)源于美國的3D4DBIM計劃。BIM技術(shù)標準在新建公共建設(shè)項目中逐漸的成型。我國在21世紀的初期引進BIM標準，同時在我國的各個行業(yè)中有著很高的利用價值。BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在3個方面，即概念、立足點及技術(shù)特點。

1 城市軌道交通工程特點及BIM應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 城市軌道交通工程特點

技術(shù)難度大，點多線長面廣系統(tǒng)復(fù)雜；建設(shè)周期長，通常國內(nèi)一條線路建設(shè)周期為（5～7）a（國內(nèi)），運營期為 100 a；風險大，工程本體風險大，周邊環(huán)境風險大；投資規(guī)模大，通常一條線路的建設(shè)投資為（100～200）億元人民幣；參與方眾多，參建單位多、利益相關(guān)方多；管理難度大，進度、質(zhì)量、安全、環(huán)保、投資等管理要求高；人才稀釋嚴重，近期每3 a在建里程約翻一番，技術(shù)人才和管理人才嚴重短缺；無形資產(chǎn)拓展空間大，經(jīng)濟拉動、惠民工程、乘客體驗、標識指引、智慧城市。

1.2 城市軌道交通工程BIM應(yīng)用現(xiàn)狀分析

城市軌道交通建設(shè)屬于民生工程中的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，工程是由政府來主導建設(shè)實施的，法律法規(guī)及相關(guān)的技術(shù)標準較為嚴格，在這樣的工程中是很難實現(xiàn)對新技術(shù)的引進及應(yīng)用的。所以在建設(shè)的初期，要想使用BIM三維模型將圖紙繪制完整是有一定難度的，只能在設(shè)計初級階段先繪制出二維圖紙，然后再根據(jù)二維圖紙繪制出三維圖紙。這樣就將圖紙的變換次數(shù)加大了，同時帶來的問題是很難保證變化前后圖紙的相似性，導致繪制的三維模型沒有實用價值，從而法律也是不會保護的，這樣一來施工單位為了保證工期和回避責任，施工單位最后還是會選擇二維圖紙作為施工的參考。

土木建設(shè)和設(shè)備系統(tǒng)的比例關(guān)系在城市交通建設(shè)和普通民建中還是存在一定的差別的，在城市交通建設(shè)中的設(shè)備系統(tǒng)部分相對比較繁瑣，大概由十多個系統(tǒng)組成。BIM技術(shù)的應(yīng)用空間很大，但是比較前衛(wèi)的BIM軟件在開發(fā)第三方插件的時候還是相對滯后，相關(guān)專業(yè)設(shè)備的廠家不能及時提供相關(guān)模型，就會造成專業(yè)人員對模型設(shè)備信息的采集難度加大。在短期的設(shè)備系統(tǒng)施工階段，BIM技術(shù)很難得到進一步的應(yīng)用。由于城市軌道交通工程的參與建設(shè)的單位多，設(shè)計和施工以及監(jiān)理單位都不能夠?qū)IM技術(shù)在工程中發(fā)揮到極致，另外，BIM的團隊建立是很難在建設(shè)管理單位或者是控股投資公司成立起來，由此看來，大部分的建設(shè)管理單位都會通過與第三方咨詢公司相配合，從而組建一支專業(yè)的BIM團隊，這一團隊主要負責收集、繪制一些BIM模型。雖然有BIM團隊，但是第三方咨詢公司的各方面的經(jīng)驗還是很欠缺，這樣模型在施工過程中的參考性就會降低[1]。

2 BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用分析

2.1 規(guī)劃階段

城市交通的三維模型可以通過運用BIM理念來構(gòu)建，具體如圖1所示，很多的模型元素組成了三維模型，這些模型元素一般來自于城市經(jīng)濟與社會，比如說人口及用地狀況，城市的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟規(guī)模和規(guī)劃等等，此外還涵蓋了城市的自然條件和環(huán)境、交通資料等。隨后專業(yè)人士會將這些資料做統(tǒng)一的分析和整理，專業(yè)人士將這些材料作為研究分析的基礎(chǔ)，來計算相關(guān)的模型信息，比如對線網(wǎng)規(guī)模、日客運量的計算以及軌道線網(wǎng)的平均運距。最后，利用層次分析法和模糊決策的方法來對線網(wǎng)進行評價和方案篩選。

圖1 城市軌道交通BIM構(gòu)建理念

2.2 設(shè)計階段

城市軌道交通在工程實體設(shè)計階段被分解成多個系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在BIM技術(shù)中不單單是信息的承載者還是信息表達的媒介，也是設(shè)計人員的設(shè)計對象。一切構(gòu)件都是在一定的邏輯關(guān)系上形成的，所以，只要改動一個構(gòu)件，就會導致整個系統(tǒng)的信息發(fā)生改變。另外，BIM技術(shù)的開發(fā)人越多參與越有利，這樣有利于項目向前進一步發(fā)展，能夠保證信息的不斷更新。

2.3 施工階段

BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用主要有2個方面：①BIM模型本身的應(yīng)用；②基于BIM項目管理平臺應(yīng)用。

2.3.1 BIM模型的應(yīng)用

（1）施工場地平面布置優(yōu)化。根據(jù)各階段平面布置圖，建立各階段三維平面布置圖，創(chuàng)建各階段模型，包括加工廠、臨時住房等。通過BIM手段對各階段平面布置進行分析。建立各階段道路、加工廠和臨時住房BIM模型，運用模型對布置進行分析，選擇合理的布置方案,為整個項目節(jié)省了工期和成本。

（2）碰撞檢測。碰撞檢測的主要目的是基于各專業(yè)模型，應(yīng)用BIM三維可視化技術(shù)檢查碰撞，完成建設(shè)項目設(shè)計圖紙范圍內(nèi)各種專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計工作，盡可能減少碰撞，避免空間沖突，避免設(shè)計錯誤傳遞到施工階段。BIM三維碰撞檢測軟件和可視化技術(shù)，檢查發(fā)現(xiàn)模型中的沖突和碰撞，凈高不足，并進行三維管線綜合，凈高分析，專業(yè)間校核和調(diào)整[2]。

（3）三維激光掃描。利用三維激光掃描儀采集實體數(shù)據(jù)并與BIM比對，保證模型與實體的一致性，保證前一階段向下一階段所移交的模型與現(xiàn)場實體一致。主要是在土建結(jié)構(gòu)工程施工完成后，利用三維激光掃描技術(shù)配合傳統(tǒng)測量技術(shù)，完成土建結(jié)構(gòu)的測量工作，按現(xiàn)場實際情況修正相應(yīng)模型?，F(xiàn)場掃描完成后點云與BIM模型的比對分析根據(jù)對比分析的結(jié)果，形成重點關(guān)注對象的對比結(jié)果，必要時現(xiàn)場取點驗證誤差大小，形成對比分析報告。

（4）盾構(gòu)監(jiān)測運用盾構(gòu)信息監(jiān)控系統(tǒng)，實施盾構(gòu)信息的遠程實時監(jiān)控，包括盾構(gòu)施工參數(shù)、盾構(gòu)機自身狀態(tài)、盾構(gòu)成形結(jié)構(gòu)狀況等信息的實時反饋、查詢及分析等。同時，盾構(gòu)信息監(jiān)控系統(tǒng)接入項目管理平臺中。軌行區(qū)施工完成后，根據(jù)斷面測量數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整模型，并根據(jù)調(diào)整后的模型提供調(diào)線調(diào)坡參考方案。再根據(jù)最終確定的調(diào)線調(diào)坡數(shù)據(jù)，調(diào)整模型，保證模型現(xiàn)場實體一致。

2.3.2 基于BIM項目管理平臺應(yīng)用

（1）基于BIM項目管理平臺的安全管理。基于BIM技術(shù)的安全管理是通過現(xiàn)場施工情況與模型的比對，提高安全檢查的效率與準確性，并有效控制危險源，進而實現(xiàn)項目安全可控的目標。安全管理人員通過發(fā)現(xiàn)安全問題后現(xiàn)場通過手機拍照填寫問題描述，將其關(guān)聯(lián)到對應(yīng)的模型構(gòu)件上，同時上傳到BIM平臺發(fā)給相關(guān)人員。相關(guān)責任人收到問題通知后，及時進行整改，通過手機拍照整改后的情況及整改工作描述后上傳到BIM平臺。安全管理人員對安全問題進行復(fù)核，如已解決則及時關(guān)閉問題。

（2）基于BIM項目管理平臺的質(zhì)量管理。通過基于平板、手機的施工現(xiàn)場BIM項目管理平臺，集成BIM模型、施工圖紙、規(guī)范標準等，方便隨時調(diào)閱。在現(xiàn)場施工質(zhì)量巡檢及日常檢查過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，可以當場記錄并上傳平臺，同時通知相關(guān)責任人。通過BIM項目管理平臺對質(zhì)量問題進行全程跟蹤及統(tǒng)計，強化質(zhì)量管理整改落實閉合。

質(zhì)檢人員發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，現(xiàn)場通過手機拍照填寫問題描述，將其關(guān)聯(lián)到與之對應(yīng)的模型構(gòu)件上，同時上傳到BIM平臺發(fā)送給相關(guān)人員并通過在模型上“按圖釘”的方式進行記錄。相關(guān)責任人收到問題通知后，及時進行整改，通過手機拍攝整改后情況及整改工作描述后上傳平臺。監(jiān)理等相關(guān)質(zhì)量管理人員對該質(zhì)量問題進行復(fù)核，如已解決，則及時關(guān)閉問題。

（3）基于BIM項目管理平臺的設(shè)備材料管理。將設(shè)備材料管理的全過程信息進行記錄，將各項設(shè)備材料的合格證、質(zhì)保書、原廠檢測報告等信息錄入BIM平臺，在模型中與構(gòu)件進行關(guān)聯(lián)。同時監(jiān)理單位可以通過BIM平臺開展設(shè)備材料信息的審核工作，并將設(shè)備材料在模型中進行標注，使設(shè)備管理信息更準確、有追溯性。

按照圖紙對設(shè)備進行三維模型創(chuàng)建。將設(shè)備的各項信息進行輸入，包括設(shè)備名稱、型號、生產(chǎn)廠商等信息。將模型上傳到BIM平臺相應(yīng)的位置，同時將設(shè)備材料合格證、質(zhì)保書、廠家檢查報告上傳到平臺，并與設(shè)備模型相關(guān)聯(lián)。各單位相關(guān)人員在平臺上對設(shè)備模型和相關(guān)信息進行查看及調(diào)用。材料設(shè)備進場后復(fù)檢報告等資料及時錄入管理平臺。

（4）設(shè)計變更及模型管理。在施工階段，由于種種原因會發(fā)生設(shè)計變更，BIM模型應(yīng)隨設(shè)計變更而即時更新，消除信息傳遞障礙，減少設(shè)計師與業(yè)主、監(jiān)理、承包商、供應(yīng)商間的信息傳輸不對稱、溝通成本。接受變更相關(guān)資料，變更后的圖紙。BIM實施人員根據(jù)變更后圖紙，進行BIM模型創(chuàng)建，將變更后的模型上傳到平臺并將設(shè)計變更相關(guān)資料輸入平臺。

3 結(jié)束語

將BIM技術(shù)合理的運用到城市軌道交通工程中，既能提高工程的質(zhì)量，又能夠?qū)⒐こ痰耐瓿蓵r間提前，還能夠突破新的項目管理及施工模式，將項目出現(xiàn)的錯誤加以改正或者在能力所及的最大程度上避免錯誤出現(xiàn)的概率。