基于BIM的地鐵車站建筑一體化協(xié)同設(shè)計研究

何苑

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司）

1 引言

地鐵作為大城市目前主要的公共交通工具，運力強、速度快、安全性高、準點率高，可以極大幫助城市降低交通壓力。但在地鐵車站建筑工程項目中，還存在很多問題亟待解決。

1.1 地鐵工程建設(shè)的特點以及在協(xié)同設(shè)計中的難題

1）涉及專業(yè)多

地鐵作為一個大規(guī)模的系統(tǒng)工程，地鐵車站在施工過程中需要總包、軌道、設(shè)計、施工、咨詢、強審等十余家單位及建筑、結(jié)構(gòu)、線路、機電系統(tǒng)等三十多個專業(yè)，如何在不同專業(yè)和單位之間高效協(xié)同工作成為地鐵工程建設(shè)的一大難題。

2）投入成本高

地鐵建設(shè)每一公里投入大概需要6億元～7億元，造價成本高，單條鐵路線投資動輒幾百億，給城市財政帶來了巨大壓力。

3）建設(shè)時間長

一條地鐵線從開始施工到線路投入使用往往需要數(shù)年時間，在這幾年的時間內(nèi)，會有多種因素影響導(dǎo)致設(shè)計和施工的變更，這些無法預(yù)料的變更會阻礙整個工程進度的把控。

4）工程周圍環(huán)境復(fù)雜

地鐵車站通常建在城市繁華人口集中的區(qū)域，附近建筑和地下市政管線交錯，周邊環(huán)境和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，工程設(shè)計和施工要考慮的影響眾多。

1.2 BIM技術(shù)的快速發(fā)展

信息化的高速發(fā)展和應(yīng)用推進了整個建筑行業(yè)的革新，基于對建筑數(shù)字化進一步深入地鉆研和嘗試，建筑施工技術(shù)和施工流程都迎來了全新變革。BIM技術(shù)近年來在我國建筑行業(yè)迅速發(fā)展，它被作為改變傳統(tǒng)建筑行業(yè)的一項關(guān)鍵技術(shù)進行推廣。BIM技術(shù)在我國被翻譯為建筑信息模型，它的核心思想是通過計算機信息技術(shù)打造和應(yīng)用BIM模型，在工程中完成數(shù)字化工程信息的實時更新和共享，提高建筑行業(yè)的施工質(zhì)量和效率。隨著國內(nèi)建筑行業(yè)BIM技術(shù)的迅速發(fā)展，我國政府部門也出臺多項專項政策進行扶持，BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用開始大范圍推廣落地[1]。

通過研究地鐵工程投入成本高、涉及單位及專業(yè)多、建設(shè)時間長、工程周圍環(huán)境復(fù)雜等特點，筆者認為，只有解決各個單位和專業(yè)協(xié)同工作的難題，才能大幅提高地鐵項目的工程質(zhì)量和施工效率。傳統(tǒng)的施工過程通常存在信息孤島現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)計變更頻現(xiàn)和施工進度不可控。所以，現(xiàn)在需要引入BIM技術(shù)和一體化的協(xié)同方法來創(chuàng)建提高車站建筑設(shè)計效率的新一代一體化協(xié)同設(shè)計方法。

2 BIM技術(shù)在地鐵車站一體化協(xié)同設(shè)計中的應(yīng)用特點

2.1 地鐵工程一體化協(xié)同設(shè)計的特點

地鐵車站工程一體化協(xié)同設(shè)計主要具有以下三個特點。

陜西省已建成的山洪災(zāi)害防治非工程措施項目，在今年汛期向中央上報實時雨水情信息82.86萬條，約占全國上報信息1／10。在主汛期先后發(fā)生的13次強降水過程中，已建成的縣級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺共收到雨水情信息18.6萬條次，發(fā)布預(yù)警短信13.6萬條，啟動鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組預(yù)警廣播3486次，提前向暴雨洪水影響區(qū)的184個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、856個村組發(fā)出預(yù)警信息，緊急撤離轉(zhuǎn)移人員9.3萬人，減免了人員傷亡，極大地減輕了群眾財產(chǎn)損失。

1）自適應(yīng)性

地鐵車站工程的設(shè)計是一個不斷推翻修改的過程，隨時需要對建筑平面圖和文檔做修改，這就需要一種能夠自適應(yīng)的方法來幫助一體化協(xié)同設(shè)計，通過BIM技術(shù)平臺的智能化管理可以幫助設(shè)計者對整個項目進行智能化操作。

2）參數(shù)化

信息數(shù)據(jù)的不停交互貫穿地鐵車站工程一體化協(xié)同設(shè)計的全過程，這些信息用參數(shù)化設(shè)計進行定義，并隨著用戶需求及環(huán)境的改變而實時更新，完全做到自動化設(shè)計[2]。

3）技術(shù)集成性

現(xiàn)代信息化技術(shù)是地鐵車站工程一體化協(xié)同設(shè)計中各活動、各專業(yè)的基礎(chǔ)，得益于各種信息技術(shù)的優(yōu)勢，建筑信息數(shù)據(jù)的交互得以實現(xiàn)，最終達到智能化設(shè)計的目標。

2.2 BIM技術(shù)在建筑一體化協(xié)同設(shè)計中的優(yōu)勢

建筑項目從開始到結(jié)束，過程中產(chǎn)生了大量的靜態(tài)數(shù)據(jù)以及三維模型數(shù)據(jù)、進度數(shù)據(jù)、成本管理等動態(tài)數(shù)據(jù)，BIM將這些數(shù)據(jù)集成到一個模型當中，而其本身的技術(shù)特點為項目的標準化協(xié)同奠定了基礎(chǔ)，使設(shè)計工作變得集成、協(xié)作。綜合地鐵工程的特點，BIM技術(shù)可以解決地鐵車站建筑工程中多單位、多專業(yè)、多方合作的痛點和難點?？梢詫崿F(xiàn)項目從設(shè)計、施工到運維全生命周期的信息共享，為整個項目一體化協(xié)同設(shè)計提供了更有效的技術(shù)手段。

3 基于BIM的一體化協(xié)同模式

3.1 內(nèi)容一體化協(xié)同

內(nèi)容一體化協(xié)同主要是指單個或單專業(yè)的模型創(chuàng)建協(xié)同，包括基于BIM的參數(shù)化設(shè)計、模型創(chuàng)建程序的自適應(yīng)性、聯(lián)動性以及互操作性。地鐵車站建筑項目使用BIM技術(shù)進行內(nèi)容一體化協(xié)同設(shè)計后可以實現(xiàn)設(shè)計的自動、智能。

1）基于三維對象的參數(shù)化建模

BIM作為各種建筑信息數(shù)據(jù)參數(shù)化集合的平臺，設(shè)計師在建模之前可以植入相關(guān)的建筑規(guī)范或者規(guī)則。例如，在自動生成建筑構(gòu)件時，新生成的構(gòu)件大小尺寸不合理，系統(tǒng)會實時報警并改正，保證構(gòu)件的準確性。

2）不同應(yīng)用程序間的交互性

在實施地鐵車站建筑工程項目時，不同軟件的程序互通和文件交互格式成為主要問題。當前BIM數(shù)據(jù)模型主要以IFC標準為基礎(chǔ)，各參與方為了更好地進行數(shù)據(jù)交換，必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。IFC標準中明確了地鐵車站建筑項目中建筑物的所有組成部分，描述了建筑模型中的所有具體和抽象元素，為項目各參與者之間信息的共享和交換提供了基礎(chǔ)[3]。

內(nèi)容一體化協(xié)同設(shè)計的組成主要有兩部分。

1）BIM建模自動化

BIM系統(tǒng)需要充足的數(shù)字化信息來支撐構(gòu)件的創(chuàng)建、編輯和修改，目前常用BIM軟件自帶構(gòu)件庫內(nèi)容可以滿足一般項目的設(shè)計需求；在一些大型公建使用某些非標準或不常見的建材或者設(shè)備時，構(gòu)件庫中的現(xiàn)有資源無法滿足設(shè)計需求時，設(shè)計師可以根據(jù)設(shè)備的外形參數(shù)和相關(guān)專業(yè)屬性自己創(chuàng)建全新的自定義建筑構(gòu)件，這些自定義構(gòu)件可以完美兼容融入完整的信息化模型。

2）多維模型的聯(lián)動

BIM模型由各專業(yè)帶有相關(guān)專業(yè)屬性數(shù)字化信息的構(gòu)件組成，這些構(gòu)件同時具有信息和幾何屬性，包括數(shù)據(jù)、參數(shù)或拓展信息。BIM的應(yīng)用可描述為將三維信息擴展為多維信息模型的過程，通過這個過程可以對項目進行動態(tài)和虛擬分析、造價的核算、施工進度模擬、現(xiàn)場管理、安全管理等；隨著設(shè)計的變更，BIM信息化模型的數(shù)據(jù)實時的更改，多維BIM模型實時更新。例如，在二維工程圖紙上修改圖形數(shù)據(jù)，三維模型、工程量數(shù)據(jù)等信息會同時自動更新，這樣就大大提高設(shè)計效率與質(zhì)量。

3.2 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的流程

在多專業(yè)協(xié)同設(shè)計流程中以BIM模型作為基礎(chǔ)，設(shè)計師在統(tǒng)一的標準和平臺下進行設(shè)計，各個專業(yè)的設(shè)計數(shù)據(jù)實時更新分享，同時BIM平臺還提供文檔的版本控制和交流溝通，模型和設(shè)計信息實時同步。在整個流程中實現(xiàn)多專業(yè)的無縫對接，打破時間、空間的界限，進行并行的設(shè)計，提高了整體的工作效率，減少設(shè)計環(huán)節(jié)的時間周期[4]。

在前期準備階段，主要流程是：

①建立模型、建立標準、模型交付標準；

②統(tǒng)一各專業(yè)項目參數(shù)，統(tǒng)一軸網(wǎng)和標高標準；

③建立各專業(yè)文件工作區(qū)，并劃分工作區(qū)域，設(shè)定人員權(quán)限。

在協(xié)同實施階段，主要流程是：

①各專業(yè)分別建立BIM模型，利用可視化特點及模擬分析程序?qū)δＰ瓦M行深化，形成各專業(yè)初步設(shè)計模型；

②將精確的各專業(yè)模型整合在一起，生成全專業(yè)模型；

③將全專業(yè)模型進行碰撞檢測，并對碰撞問題進行處理及優(yōu)化，生成“零錯誤”的施工模型，指導(dǎo)生產(chǎn)及施工過程。

4 結(jié)語

綜上所述，基于BIM的地鐵車站建筑一體化協(xié)同設(shè)計，依托BIM技術(shù)的特點和數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，成為當前解決我國地鐵車站建筑工程項目建設(shè)痛點和難點的有力抓手。雖然，BIM在地鐵車站建筑工程中的應(yīng)用還處于初步階段，但通過主管部門、設(shè)計單位、施工單位、運營單位的多方努力，必將出現(xiàn)多方一體協(xié)作，并基于BIM等信息技術(shù)的創(chuàng)新工作流程和方法。參與地鐵車站建筑項目的各方，也要多層次、多角度去研究BIM技術(shù)，利用BIM技術(shù)，完善工程項目的全生命周期數(shù)字化模型，為促進智慧交通建設(shè)打下堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。