BIM技術(shù)在地鐵施工安全方面的應(yīng)用

王興宇 沈陽地鐵集團(tuán)有限公司高級(jí)工程師、本科

地鐵是當(dāng)前人們出行的重要交通工具，地鐵的建設(shè)在很大程度上緩解了城市交通運(yùn)輸壓力。然而，地鐵施工的安全性一直是設(shè)計(jì)單位與施工單位要重點(diǎn)關(guān)注的問題。如何能既保證施工質(zhì)量又確保施工安全是施工單位重點(diǎn)研究的問題。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地鐵工程建設(shè)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全管理，能在很大程度上提升施工安全系數(shù)。

一、BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是20 世紀(jì)70 年代首次被美國(guó)教授所提出的，該技術(shù)的中文全稱為“建筑信息模型”。直至今天，BIM 經(jīng)歷了萌芽階段、產(chǎn)生階段和發(fā)展階段三大階段。當(dāng)前，隨著BIM 技術(shù)的成熟與完善，該技術(shù)被應(yīng)用到越來越多的工程領(lǐng)域。

BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)CAD 技術(shù)一樣，都是建筑輔助設(shè)計(jì)工具，然而，BIM 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合建筑學(xué)、幾何學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)將建筑工程項(xiàng)目以三維立體的形式展現(xiàn)給設(shè)計(jì)工作人員。

此外，BIM 技術(shù)不僅僅可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，在工程施工、工程管理及工程維護(hù)保養(yǎng)等工作中，也同樣可以應(yīng)用BIM 技術(shù)來高效完成工作[1]。

二、BIM 技術(shù)的八大功能

BIM 技術(shù)自身功能較多，筆者總結(jié)出BIM 技術(shù)具備以下八大功能特點(diǎn)：可視化功能、協(xié)調(diào)功能、模擬功能、優(yōu)化功能、可出圖功能、一體化功能、參數(shù)化功能及信息完備功能。

1、可視化功能

可視化功能是BIM 技術(shù)最具應(yīng)用價(jià)值的功能。在工程項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 技術(shù)，能將工程項(xiàng)目的概況以三維立體的形式為工作人員展現(xiàn)出來，該功能解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具只能在二維平面內(nèi)進(jìn)行工作的局限性，工作人員能通過直觀的形式來了解工程概況，不必再根據(jù)施工圖紙進(jìn)行想象。并且針對(duì)較為復(fù)雜且存在重疊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，BIM 技術(shù)可以構(gòu)建局部三維模型，從而使工作人員對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容一目了然。

此外，BIM 技術(shù)可視化功能的價(jià)值體現(xiàn)在其不只是可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中，施工人員、監(jiān)工人員都可以基于該功能進(jìn)行溝通、討論，從而完成相應(yīng)工作[2]。

2、協(xié)調(diào)功能

一項(xiàng)工程項(xiàng)目包括許多工作部門，除了設(shè)計(jì)單位、施工單位，還包括監(jiān)工單位、工程造價(jià)單位及業(yè)主等。因此，在施工過程中需要多部門單位協(xié)調(diào)開展工作，當(dāng)施工中遇到問題時(shí)能第一時(shí)間進(jìn)行溝通、解決。然而，以往施工過程中各單位之間的協(xié)調(diào)性較差，施工中出現(xiàn)問題時(shí)很難在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行解決。而應(yīng)用BIM 技術(shù)能實(shí)現(xiàn)各單位、各部門之間的寫作，當(dāng)施工中出現(xiàn)問題時(shí)，能及時(shí)聯(lián)系各個(gè)部門進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，從而制定出解決問題的方案。比如，在施工中給排水管道與電梯井的設(shè)計(jì)布置出現(xiàn)了碰撞問題，施工方便可以在最短時(shí)間內(nèi)與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通、解決[3]。

3、模擬功能

在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成后，并不能立刻開展工程項(xiàng)目施工，而是應(yīng)針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙模擬出工程項(xiàng)目，從而檢測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的可行性。應(yīng)用BIM技術(shù)后可以依靠該技術(shù)的模擬功能，對(duì)工程項(xiàng)目的緊急疏散系統(tǒng)、日照系統(tǒng)等進(jìn)行模擬。此外，模擬功能還能對(duì)工程造價(jià)及工程施工方案進(jìn)行模擬，基于5D 模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于工程施工成本的控制。

4、優(yōu)化功能

在工程項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 技術(shù)，能對(duì)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)信息、施工信息進(jìn)行優(yōu)化。比如，BIM 技術(shù)可以對(duì)項(xiàng)目方案進(jìn)行優(yōu)化，通過搜集與工程項(xiàng)目有關(guān)的信息內(nèi)容，分析計(jì)算出施工方案存在的可優(yōu)化環(huán)節(jié)，從而為施工單位提供優(yōu)化方案。

5、可出圖功能

雖然BIM 技術(shù)能能夠?qū)崿F(xiàn)建立三維信息模型，以直觀的方式展示效果，但是BIM 技術(shù)仍然保留了可出圖功能?？沙鰣D功能并不是對(duì)普通的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行繪制，而是對(duì)于一些重要的結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行優(yōu)化后繪制出相應(yīng)的圖紙。

6、一體化功能

BIM 技術(shù)的一體化功能指的是應(yīng)用BIM技術(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)工作到工程施工最后到工程竣工全過程的一體化管理。通過BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，能將有關(guān)于工程項(xiàng)目的信息全部收集整合到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的管理。

7、參數(shù)化功能

在進(jìn)行工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工過程中不只是需要應(yīng)用BIM 技術(shù)三維模型的建立，同時(shí)需要了解一些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。通過參數(shù)與三維模型的有效結(jié)合，確保施工過程的準(zhǔn)確性，避免施工誤差的產(chǎn)生。

8、信息完備性

BIM 技術(shù)在構(gòu)建三維模型時(shí)，能在所構(gòu)建的模型上表示出有關(guān)信息，從而方便設(shè)計(jì)人員及施工人員溝通、討論。該功能還體現(xiàn)在對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行3D 幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系的描述。

三、地鐵施工的特點(diǎn)及存在的隱患

1、施工隊(duì)伍較為復(fù)雜

首先，地鐵工程項(xiàng)目與普通的民用建筑大不相同，地鐵工程的工程量大且范圍較廣，因此使得施工過程中施工人員的流動(dòng)性較大。其次，在開展正式施工之前，施工單位很少對(duì)施工人員的專業(yè)技術(shù)水平進(jìn)行考核，因此施工隊(duì)伍中具備專業(yè)技術(shù)素養(yǎng)的施工人員少之又少。最后，一些施工單位為了節(jié)省施工成本，很少針對(duì)施工人員展開培訓(xùn)，唯一的要求就是讓施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工方案展開施工，而沒有注重施工安全意識(shí)，這便導(dǎo)致施工時(shí)存在很多的施工安全隱患。

2、施工環(huán)境較為復(fù)雜

地鐵工程作為一項(xiàng)龐大的工程項(xiàng)目，其施工環(huán)境十分復(fù)雜，涉及地上和地下多層次垂直方向的施工，從而導(dǎo)致施工空間交錯(cuò)密集。并且由于在地鐵工程施工前，市政管網(wǎng)已經(jīng)敷設(shè)于地下，這就要求施工時(shí)避免觸碰市政管網(wǎng)而造成事故的發(fā)生。此外，當(dāng)前的地鐵工程項(xiàng)目的施工路線基本上都選擇城市的主干道路，因此施工時(shí)要避免對(duì)城市主干道路造成影響，需要施工單位提前做好施工路線的規(guī)劃，減少對(duì)于市政交通的影響。而且由于地鐵工程項(xiàng)目施工基本上處于開放式狀態(tài)，與外界環(huán)境只有塑鋼板之隔，因此外界環(huán)境會(huì)對(duì)施工帶來一定的影響。

四、BIM 技術(shù)在地鐵施工安全方面的應(yīng)用

1、合理規(guī)劃地鐵施工空間

地鐵工程的施工與土木建筑工程施工大不相同，從施工環(huán)境來看，地鐵工程項(xiàng)目的施工環(huán)境處于地下，而且施工空間十分有限。因此，針對(duì)這種施工情況，需要施工方在施工前對(duì)施工空間進(jìn)行合理規(guī)劃，目的是增加施工空間、提升施工安全系數(shù)。應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)地鐵施工空間進(jìn)行合理規(guī)劃時(shí)，可先將施工空間分為可使用空間、施工過程空間及施工材料存放空間。之后考慮到隨著工程施工的開展，可使用空間將越來越小，因此需要在規(guī)劃施工空間時(shí)對(duì)空間使用程度進(jìn)行預(yù)算，避免在工程后期由于空間狹小導(dǎo)致工程無法實(shí)施建設(shè)。此外，在施工前應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)地鐵工程進(jìn)行三維建模，能直觀地了解工程施工方案的可行性，并且在施工時(shí)需要避免共享空間的出現(xiàn)[4]。

2、管理地鐵施工空間的關(guān)鍵技術(shù)

地鐵施工不僅要求工程投入使用后軌道的暢行程度，而且要重點(diǎn)關(guān)注地鐵站內(nèi)的牢固性。在當(dāng)前土木工程建筑施工之前，許多施工方都是將設(shè)計(jì)圖紙錄入計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算，最后分析出施工中所要應(yīng)用的具體設(shè)備及應(yīng)用位置等。然而，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不能完全結(jié)合實(shí)際施工的時(shí)間規(guī)劃與空間規(guī)劃，因而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)分析的內(nèi)容在一定程度上無法滿足實(shí)際施工需求。而通過BIM 技術(shù)可視化功能與模擬功能建立動(dòng)態(tài)的施工時(shí)空模型，可全面結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境及空間條件，準(zhǔn)確分析出施工空間狀態(tài)。在應(yīng)用BIM 技術(shù)的模擬功能時(shí)，能對(duì)施工方案進(jìn)行模擬，有效結(jié)合施工進(jìn)度與施工質(zhì)量檢查等方面的工作，針對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問題制定預(yù)防措施與解決方案，再通過BIM 技術(shù)模擬功能檢測(cè)方案可行性，從而避免事故的發(fā)生[5]。

3、利用BIM 技術(shù)對(duì)施工空間進(jìn)行安全管理

對(duì)于地鐵工程項(xiàng)目來說，應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)施工空間進(jìn)行安全管理主要分為以下3 個(gè)方面：一是應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)地鐵工程概況進(jìn)行三維建模；二是施工前可以應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)施工方案進(jìn)行模擬，檢測(cè)施工方案的可行性與設(shè)計(jì)漏洞；三是由于地鐵工程項(xiàng)目涉及的施工內(nèi)容較多，因此會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞問題，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以檢測(cè)施工過程中是否會(huì)出現(xiàn)施工碰撞而對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分等級(jí)。

4、地鐵施工空間的安全檢查

地鐵施工空間有限，并且主要在地下開展施工。這就要求施工單位合理有效地利用施工空間。在對(duì)施工空間進(jìn)行劃分后，需要應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)施工空間的安全性進(jìn)行檢查。檢查內(nèi)容主要包括施工設(shè)備存放區(qū)是否與施工區(qū)域進(jìn)行交叉碰撞，如果存在空間上的沖突，則需要對(duì)空間重新進(jìn)行劃分，從而避免事故的發(fā)生；在施工過程中所應(yīng)用到的一些施工設(shè)備需要考慮其機(jī)械臂長(zhǎng)度及工作范圍，在設(shè)備工作范圍內(nèi)不能存在其他設(shè)備或者雜物，以免干擾施工設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)避免施工設(shè)備發(fā)生事故而影響地鐵施工安全。在進(jìn)行地鐵施工空間安全檢查過程中，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)的三維建模技術(shù)，對(duì)已經(jīng)劃分好各個(gè)區(qū)域的整體施工空間進(jìn)行建模，通過建立好的三維立體模型來查看施工設(shè)備、施工材料以及施工人員對(duì)于空間的占用情況。而且檢測(cè)過程中要考慮可能出現(xiàn)的碰撞問題，針對(duì)這些可能發(fā)生的碰撞事故提前采取預(yù)防和處理措施。

五、結(jié)語

隨著BIM 技術(shù)的不斷完善和成熟，BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)建筑領(lǐng)域。對(duì)于地鐵這種大規(guī)模、施工環(huán)境存在局限性的工程項(xiàng)目來說，應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)施工空間進(jìn)行規(guī)劃，并針對(duì)可能發(fā)生的事故做好預(yù)防是確保施工安全的重要前提。因此，地鐵工程施工方必須重視對(duì)于BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有效發(fā)揮BIM技術(shù)的功能特點(diǎn)，從而保證施工安全。