BIM技術(shù)在南寧某地鐵站施工中的應(yīng)用

李華 鄧朗妮 廖羚 李太升 賴律強

摘要：隨著我國信息化建設(shè)的不斷加快，BIM技術(shù)在未來的地鐵工程建設(shè)行業(yè)愈加重要。以南寧某地鐵站為例，運用BIM技術(shù)對項目進行施工。施工中應(yīng)用BIM的可視化仿真技術(shù)及信化息管理，開展危險源事故VR體驗，制作可視化交底視頻，進行機電管線與設(shè)備安裝的智能定位，利用BIM+技術(shù)強化施工安全教育、提升技術(shù)交底效果、實現(xiàn)機電安裝智能放樣。有效解決了地鐵車站施工中管線錯綜復(fù)雜、安全隱患多、施工質(zhì)量要求高、工期緊張等問題。為類似的項目施工具有較高的參考價值。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);可視化;施工安全;裝配式施工;建模;放樣

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0引言

近年來，隨著我國信息化建設(shè)的不斷深入，相比于傳統(tǒng)二維的建筑表達方式，以三維表達和信息技術(shù)為核心的BIM技術(shù)為建筑業(yè)的發(fā)展開辟了一條全新的道路[[1]]。在我國城市化進程的持續(xù)加快促使地下軌道交通建設(shè)進入了繁榮期，地下交通工程信息化建設(shè)的不斷推進加速了BIM技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用和推廣，而BIM技術(shù)的應(yīng)用及推廣又是建設(shè)數(shù)字鐵路的必然選擇[[2]]，也將成為未來地鐵工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。因此，對于BIM技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用與探索很有必要。

點擊并拖拽以移動當前，BIM技術(shù)在我國地鐵站的施工建造中得到了一定應(yīng)用，北京地鐵平安里站、深圳地鐵人民南站、上海地鐵元江路站、蘭州地鐵東崗站等在施工建造中均采用了BIM技術(shù)，取得了良好的效益，但BIM技術(shù)應(yīng)用的側(cè)重點各不相同。平安里站在施工中充分利用BIM技術(shù)的可視化及高度的信息集成化特點，對風險巡視過程控制進行了深入研究[[3]];人民南站在施工中運用BIM技術(shù)重點解決了車站綜合管線碰撞的問題[[4]];元江路站在施工中運用BIM+VR技術(shù)在圖紙審核、技術(shù)交底、優(yōu)化施工方案、安全教育等方面進行了深入研究與實踐[[5]];東崗站在施工中充分發(fā)揮了魯班與Revit系列軟件的優(yōu)勢，以此為基礎(chǔ)構(gòu)架BIM方案，同時在三維交底、碰撞檢查、4D施工進度動態(tài)管控等方面進行了研究與實踐[[6]]。北湖北路地鐵站存在管線系統(tǒng)錯綜復(fù)雜、工期緊張、質(zhì)量要求高等難題，通過BIM技術(shù)在施工中的具體應(yīng)用，為項目創(chuàng)造了更大的效益。

1? 工程概況

北湖北路地鐵站是南寧地鐵3號線的第4個車站，位于南寧市安武大道與北湖北路的交叉路口。車站主體斜跨路口，沿路口的東西向布設(shè)。車站周邊建筑密集，道路交通繁忙，車流量大。該車站設(shè)計為地下二層，車站全長為215.32m，總建筑面積為20106.26m2。工程主體包括車站主體、4個出入口（一個緊急疏散口）及兩個風亭，車站主體標準寬度為19.7m，采用全明挖作方案施工。

2? BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性

以北湖北路地鐵站為研究對象，結(jié)合本項目結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高、工期緊張、施工質(zhì)量要求高、安全隱患多等系列難點，將BIM技術(shù)積極引入本項目中。BIM應(yīng)用技術(shù)路線如圖1所示。

3? 開展BIM施工應(yīng)用

3.1 基于BIM的模型搭建及深化設(shè)計

3.1.1 模型搭建

BIM模型最能體現(xiàn)BIM的核心價值，所有BIM技術(shù)相關(guān)應(yīng)用的開展都是以模型的建立為前提[[7]]。不同于Revit軟件中自帶的常規(guī)族類型，北湖北路地鐵站存在著大量類型及參數(shù)類別相似的異構(gòu)族構(gòu)件，且具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。為避免重復(fù)建模、促進模塊化建模，不斷建立、積累和完善族庫，BIM小組在建模前便開發(fā)創(chuàng)建了機電、暖通、給排水等參數(shù)化專項構(gòu)件族庫，將其上傳至企業(yè)云端，同時也快速應(yīng)用于模型的搭建中。如圖2所示的機房模型，在搭建時多次應(yīng)用機電、暖通等族庫中的構(gòu)件（圖3），極大地縮短了建模時間、提高了建模效率。BIM小組根據(jù)設(shè)計院提供的二維圖紙，采用Revit軟件進行建模。土建、機電、給排水等模型同步進行搭建，完成后在同一場地模型或主體項目模型上鏈接組裝，整合為一個綜合模型。

3.1.2 管線綜合深化設(shè)計

北湖北路地鐵站的水、電、通風與空調(diào)、消防等各系統(tǒng)管線數(shù)量龐大，管線布局錯綜復(fù)雜。傳統(tǒng)的二維管線綜合設(shè)計在可視化表達上有較大缺陷，尤其是在管線密集交錯、空間緊湊的地方，設(shè)計人員在二維圖紙上查找沖突時，往往會顧此失彼。這也導(dǎo)致一些隱藏問題和管線間的碰撞矛盾難以徹底暴露[[8]]，給現(xiàn)場施工埋下了“隱患”。而基于BIM技術(shù)的三維管線綜合設(shè)計，可以有效地解決上述問題。在項目建設(shè)目標的約束之下，應(yīng)用BIM技術(shù)進行管線間的碰撞檢測、預(yù)留洞口優(yōu)化和綜合支吊架設(shè)計。

1）管線碰撞檢測

本項目使用Revit建立暖通、機電、給排水、電氣等專業(yè)的三維管線模型，對其進行整合處理后使用Navisworks 軟件進行全方位的碰撞檢查。同時，基于碰撞檢查的結(jié)果優(yōu)化調(diào)整原設(shè)計的綜合管線，并對在碰撞檢查過程中對于可能出現(xiàn)的誤判，人為報告進行審核調(diào)整，進而向設(shè)計院反饋修改意見。圖4中的風管與橋架發(fā)生了碰撞，應(yīng)用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)了這一問題，并對橋架進行了調(diào)整，圖5為優(yōu)化后的管線。

2）優(yōu)化預(yù)留洞口

二維圖紙表達的扁平化局限會引起施工員與工人之間的理解偏差，加大了施工難度。在車站的砌筑施工之前，通過管線模型和結(jié)構(gòu)模型的組合，可以更準確地確定出預(yù)留孔洞的位置和尺寸。直觀、形象的BIM模型（圖6）用于砌筑施工交底時，更有利于工程人員的理解，避免了后期管線安裝施工時對砌體的二次返工，加快了項目進度、減少了材料浪費。北湖北路地鐵站通過預(yù)留孔洞，基本避免了后期鑿墻開洞，累計節(jié)約資金近30多萬元。

3）綜合支吊架設(shè)計

通過BIM進行管線綜合深化，在此基礎(chǔ)上對管線綜合支吊架進行設(shè)計。在保證各專業(yè)施工工藝和工序的前提下滿足多專業(yè)對支吊架的不同需求，最后嚴格按圖施工。在北湖北路地鐵站有限的空間進行多系統(tǒng)管線集中布置時，綜合支吊架提高了管線布設(shè)的空間利用。圖7是站廳層支吊架和管線現(xiàn)場安裝的實景圖。

3.2 基于BIM的可視化應(yīng)用

基于BIM的可視化仿真技術(shù)及施工信息管理在建設(shè)工程施工項目中應(yīng)用廣泛[9-10]

，而基于BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性及模擬性等特點，項目開展危險源事故VR體驗[[9]]，制作可視化交底視頻，進行機電管線與設(shè)備安裝的智能定位，利用BIM+技術(shù)強化施工安全教育、提升技術(shù)交底效果、實現(xiàn)機電安裝智能放樣。

3.2.1 BIM+VR強化安全教育

面對當前依舊嚴峻的建筑施工安全形勢，確保施工過程安全是本項目施工的硬性指標。為有效提升現(xiàn)場作業(yè)人員的安全意識，在深化后的車站BIM結(jié)構(gòu)模型和場地模型的基礎(chǔ)上，采用FUZOR、3DMAX軟件，打造出VR質(zhì)量安全體驗區(qū)?，F(xiàn)場管理人員、施工人員等培訓(xùn)人員在進場前采用BIM+VR進行安全培訓(xùn)。培訓(xùn)人員利用安全標志識別系統(tǒng)可以直觀地預(yù)見、辨識施工現(xiàn)場的危險源;培訓(xùn)人員在VR安全體驗區(qū)以沉浸式主動體驗的方式進行高處墜物、觸電傷害、火災(zāi)事故和機械傷害等體驗，見圖8，對于這些“真實的”事故危害，他們從心底里充分意識到施工安全教育的必要性;在真實的發(fā)生火災(zāi)的虛擬場景中，培訓(xùn)人員親自使用消防滅火體驗區(qū)陳設(shè)的滅火器，對于滅火器操作不當所引發(fā)的危險有更為深刻的親身體驗，提高了他們對于突發(fā)火災(zāi)的應(yīng)急處理能力。北湖北路地鐵站的施工安全培訓(xùn)告別了傳統(tǒng)的會議式培訓(xùn)，轉(zhuǎn)而應(yīng)用BIM+VR技術(shù)進行沉浸式體驗，增強了培訓(xùn)人員的安全防范意識。

3.2.2 BIM+AR提升交底效果

本項目制作了滅火器使用教程、安全疏散演練及施工進場前安全教育等視頻并上傳至AR平臺企業(yè)云端，現(xiàn)場人員使用移動設(shè)備掃描相應(yīng)物品進行安全交底;為保障施工質(zhì)量，對于工序復(fù)雜的砌筑、抹灰和消聲器安裝等現(xiàn)場施工，使用Navisworks、Premiere制作可視化交底視頻，表達方式簡單易懂、交底內(nèi)容詳盡充實，避免了傳統(tǒng)施工交底模式造成的交底不徹底、窩工、施工質(zhì)量缺陷等問題。如圖9所示，項目采用BIM技術(shù)對墻體進行建模，建模過程與實際砌筑過程相一致。砌筑施工包含的每一道工序，從磚的放置、灰縫及接槎錯槎的控制，到墻體拉結(jié)筋和構(gòu)造柱鋼筋的布置等，在執(zhí)行時均符合設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范要求。并于砌體工程開始前制作了砌體施工交底BIM模型與砌體施工模擬視頻文件，使施工人員可以精確把控重點，切實保障砌體砌筑應(yīng)用點的實施。

3.2.3BIM+放樣機器人實現(xiàn)精準放樣

傳統(tǒng)的機電管線與設(shè)備安裝的精確放樣需借助于CAD圖紙、紅外線、卷尺、墨斗等，且單天放樣數(shù)量僅為100多個點。相較于傳統(tǒng)的放樣方式，全自動放樣機器人與三維激光掃描技術(shù)相配合使得施工現(xiàn)場的放線難度大幅降低，準確性得到極大保證[[10]]。本站的支吊架、植筋點、預(yù)留套管位置等共計2 000多個固定點需進行施工放樣，采用Trimble LM80手持控制器搭配TRIMBLE建筑機器人全站儀作業(yè)，單天放樣便可達到500多個點，且僅需1名工人和1名管理人員，見圖10，放樣結(jié)果實時自動記錄、并回傳至企業(yè)云端，保證了施工能夠與設(shè)計符合，工作效率和作業(yè)精度均得到了提高。

3.3 裝配式機房的BIM應(yīng)用

地鐵工程本身位于地下且空間有限，在狹小的空間內(nèi)如何將各類管線、設(shè)備進行合理布局[[11]]，避免碰撞沖突和返工修改等突出問題，這對于管線的設(shè)計和安裝施工來說是一個較大挑戰(zhàn)。尤其是本項目中的冷水機房，施工安裝時要在有限的場地內(nèi)同時進行二次結(jié)構(gòu)及綜合管線施工，而傳統(tǒng)施工的弊端通常表現(xiàn)為安裝難、返工多、破壞多。借助于工業(yè)化生產(chǎn)的趨勢，采用BIM技術(shù)+裝配化施工模式，不僅有效解決了上述弊端，而且還能突破常規(guī)設(shè)備機房安裝周期長、安全隱患大、后期維修難等問題。本項目以裝配式的形式進行冷水機房的安裝，原本需花費15日工期的標準站冷水機房，現(xiàn)僅需17人花費11小時完成，極大地節(jié)約工期，為冷水機房的提前交付創(chuàng)造條件。

4 結(jié)語

通過南寧某地鐵站項目開展BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：在建模前創(chuàng)建機電、暖通、給排水專項構(gòu)件族庫，可提高建模效率，為后續(xù)建模奠定基礎(chǔ);通過BIM的管線綜合深化設(shè)計，可優(yōu)化管線排布及孔洞預(yù)留，通過支吊架設(shè)計可避免施工中的返工，并推進項目的進度，減少材料的浪費;施工中運用BIM+技術(shù)的可視化進行安全教育、三維技術(shù)交底和機電安裝放樣，可強化現(xiàn)場作業(yè)人員的安全防范意識，直觀形象地展示復(fù)雜的工序和提高作業(yè)精度和效率的作用;通過BIM+裝配化施工，解決了冷水機房常規(guī)設(shè)備機房安裝周期長、空間緊張、返工多等問題。BIM技術(shù)在某地鐵站施工建造中的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益，可為類似的施工提供參考。

參考文獻

收稿日期：2020-12-27

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51568008）資助.

作者簡介：李華，在讀研究生.

*通信作者：鄧朗妮，博士，教授，研究方向：BIM技術(shù)研究與應(yīng)用，E-mail：langni666@126.com.

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Application of BIM Technology in the Construction of Beihubei Road Subway Station

LI Hua1，2，DENG Langni1，2，LIAO Ling1，2，LI Taisheng1，2，LAI Lvqiang1，2

（1.College of Civil Engineering and Architecture，? Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， China; 2.BIM Research Center， Guangxi University of Science and Technology，? Liuzhou 545006，China ）

Abstract：With the continuous acceleration of my country's information construction，BIM technology

will become more critical in the future subway engineering construction industry. Aiming at the problems of intricate pipelines， many potential safety hazards， high construction quality requirements， and tight schedules during the construction of subway stations， the research and practice of BIM technology in the construction of the Beihubei Road subway station project was carried out. Through model building and pipeline deepening design，BIM-based visualization application and the overall prefabricated assembly of the computer roomthe above problems were effectively solved and good benefits were brought to the project.

Key words：BIM technology; pipeline; visualization; safety; lofting