BIM技術(shù)在廈門(mén)城市軌道交通中的應(yīng)用

楊勇，石繼斌，王世明

（中鐵一院集團(tuán)山東建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東青島 266034）

0 引言

城市軌道交通工程建設(shè)規(guī)模大、周期長(zhǎng)、涉及專業(yè)復(fù)雜、參建單位多，提升設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量，提高建設(shè)效率是工程面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，BIM技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了新的技術(shù)支撐。廈門(mén)城市軌道交通在BIM技術(shù)應(yīng)用方面做了大量實(shí)踐與突破，形成的“廈門(mén)模式”對(duì)縮短工期、提高工程質(zhì)量、減少材料浪費(fèi)、降低生產(chǎn)成本起到了重要作用。

1 應(yīng)用模式

在廈門(mén)地鐵1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線及南延段、4號(hào)線、6號(hào)線等已完成或正在建設(shè)的線路中，BIM技術(shù)進(jìn)行了不同程度的應(yīng)用及探索，有了1號(hào)線的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在后續(xù)線路中已初步形成“廈門(mén)模式”，即“業(yè)主主導(dǎo)，BIM咨詢管理，各方實(shí)施”的BIM應(yīng)用模式，在BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，采取分階段循序漸進(jìn)的方法，逐步推進(jìn)BIM技術(shù)在廈門(mén)城市軌道交通中的應(yīng)用，并結(jié)合每個(gè)階段的需求，適時(shí)調(diào)整BIM技術(shù)應(yīng)用范圍及目標(biāo)。

（1）組織架構(gòu)見(jiàn)圖1。廈門(mén)城市軌道交通集團(tuán)有限公司BIM工作推進(jìn)組：對(duì)項(xiàng)目的BIM應(yīng)用研究提出需求；審核項(xiàng)目實(shí)施方案和接收項(xiàng)目成果；監(jiān)督管理項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)服務(wù)進(jìn)程和質(zhì)量。

圖1 組織架構(gòu)

BIM咨詢單位：編制BIM技術(shù)應(yīng)用研究總體方案、交付標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，提交總體審核和總體聯(lián)合署名發(fā)布文件；搭建BIM技術(shù)應(yīng)用管理平臺(tái)、開(kāi)發(fā)族庫(kù)和出圖模板，并對(duì)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)維護(hù)支持；協(xié)助業(yè)主和總體完成BIM技術(shù)應(yīng)用管理；收集并審核各參與方的BIM模型成果；對(duì)各參與方的BIM工作進(jìn)行指導(dǎo)和支持。

設(shè)計(jì)總體總包單位：將BIM技術(shù)應(yīng)用納入總體管理，與BIM咨詢單位聯(lián)合署名發(fā)布BIM技術(shù)應(yīng)用相關(guān)方案與標(biāo)準(zhǔn)文件。

設(shè)計(jì)監(jiān)理單位：將BIM技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量及進(jìn)度納入考核范圍，對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用成果進(jìn)行審核。

各工點(diǎn)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)院?jiǎn)挝唬航?nèi)部管理體系和組織架構(gòu)，完成本項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用內(nèi)容；按BIM咨詢單位制定的標(biāo)準(zhǔn)及流程建立、維護(hù)并應(yīng)用BIM模型；模型成果提交BIM咨詢單位審查。

施工單位：建立內(nèi)部管理體系和組織架構(gòu)，在設(shè)計(jì)階段配合設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，在施工階段繼續(xù)深化模型，按BIM咨詢單位制定的標(biāo)準(zhǔn)及流程進(jìn)行BIM應(yīng)用，并及時(shí)更新模型，確保模型與現(xiàn)場(chǎng)一致，向業(yè)主提交竣工模型。

（2）平臺(tái)搭建。廈門(mén)城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)采用同城光網(wǎng)協(xié)同模式進(jìn)行搭建，業(yè)主、監(jiān)理與設(shè)計(jì)單位、施工單位接入平臺(tái)開(kāi)展協(xié)同工作（見(jiàn)圖2）。

圖2 平臺(tái)搭建

BIM技術(shù)中的“協(xié)同設(shè)計(jì)”是指建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各個(gè)專業(yè)在同一個(gè)工作平臺(tái)下工作，共享設(shè)定的項(xiàng)目中心文件。不同專業(yè)人員使用各自的BIM核心建模軟件建立自己專業(yè)相關(guān)的BIM模型，與中心文件鏈接并在同步后，將新創(chuàng)建或修改的信息自動(dòng)添加到中心文件，這個(gè)中心文件就是建筑信息模型（見(jiàn)圖3）。各專業(yè)都可在此模型中查看其他專業(yè)構(gòu)件的布置及信息，從而實(shí)現(xiàn)信息共享[1]。

圖3 工作集中心文件

（3）模型驗(yàn)收。為確保BIM設(shè)計(jì)模型功能滿足施工要求，減少施工單位BIM拆模時(shí)間，組織運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部、施工單位和綜合支吊架供應(yīng)商提前參與BIM設(shè)計(jì)模型的審查工作，確保BIM設(shè)計(jì)模型施工落地應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，減少施工現(xiàn)場(chǎng)材料浪費(fèi)、設(shè)計(jì)變更、返工和各方協(xié)調(diào)工作量，確保施工工期提前。

2 應(yīng)用點(diǎn)

在廈門(mén)軌道交通整個(gè)建設(shè)周期中，以落地應(yīng)用為原則，利用BIM技術(shù)可視化性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)[2]，在不同階段解決重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)省工期。

發(fā)揮BIM的可視化溝通交流優(yōu)勢(shì)，在方案優(yōu)化階段使用BIM提高各方討論決策效率（見(jiàn)圖4）。

圖4 廈門(mén)車(chē)站BIM模型

BIM技術(shù)在以下幾個(gè)方面顯示了優(yōu)勢(shì)：設(shè)備及管理用房設(shè)計(jì)優(yōu)化；預(yù)留孔洞檢查；管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決設(shè)計(jì)階段的碰撞問(wèn)題；核查檢修空間，方便運(yùn)營(yíng)維護(hù)；在裝修BIM專項(xiàng)檢查中，裝修與土建、機(jī)電的碰撞問(wèn)題；虛擬建造實(shí)現(xiàn)落地，提前發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，減少現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)問(wèn)題，保障了工期；優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)管理，減少臨時(shí)設(shè)施的拆改。

基于BIM模擬做到虛擬建造、提前解決工序沖突問(wèn)題，并以標(biāo)準(zhǔn)化工廠預(yù)制加工。

利用BIM模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)臨水、臨電及臨邊防護(hù)施工、機(jī)電安裝、裝修施工。

（1）方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。發(fā)揮BIM的可視化溝通交流優(yōu)勢(shì)，在方案優(yōu)化階段使用BIM提高各方討論決策效率；錄入車(chē)站及周邊環(huán)境信息，建立三維模型，能夠從全局把握站位周邊地形、道路、建筑構(gòu)筑物等情況，輔助車(chē)站方案設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖5）；利用BIM直觀可視化性和可靠性，業(yè)主、設(shè)計(jì)及相關(guān)單位可以運(yùn)用BIM模型相互溝通、基于BIM模型提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)行方案論證和優(yōu)化，更大限度地發(fā)揮BIM價(jià)值[3]。

圖5 車(chē)站附屬方案展示

（2）限界核查。城市軌道交通屬于基礎(chǔ)設(shè)施，大多數(shù)屬于地下工程，安全問(wèn)題是重中之重。地下工程空間有限且軌道交通涵蓋專業(yè)較多、圖紙表達(dá)存在局限性、建設(shè)工期緊張，行車(chē)安全保障是重點(diǎn)中的難點(diǎn)[4]。利用BIM技術(shù)模擬性特點(diǎn)，創(chuàng)建車(chē)輛模型，模擬行駛路線，利用軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，提前規(guī)避碰撞風(fēng)險(xiǎn)，確保安全行車(chē)（見(jiàn)圖6）。

圖6 限界核查

（3）凈高檢查。在地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)中，工程較為復(fù)雜，二維圖紙不協(xié)同的缺點(diǎn)被放大，各個(gè)專業(yè)信息傳遞不及時(shí)、信息不對(duì)等，很容易造成各專業(yè)沖突及設(shè)計(jì)不合理等情況。利用BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性，各專業(yè)將信息統(tǒng)一納入?yún)f(xié)同平臺(tái)，避免了“信息孤島”，實(shí)時(shí)表達(dá)設(shè)計(jì)意圖及內(nèi)容，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化、論證。在樓扶梯凈高核查方面（見(jiàn)圖7），BIM技術(shù)保證了在設(shè)計(jì)階段圖紙已滿足設(shè)計(jì)凈高要求，避免因凈高不夠而造成的返工及其他設(shè)計(jì)問(wèn)題[5]。

圖7 公共區(qū)T形樓梯凈高核查

（4）復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工交底。傳統(tǒng)二維圖紙對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行有效表達(dá)，不能直觀地對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行展示，利用BIM技術(shù)對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，在三維模型中直觀表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，現(xiàn)場(chǎng)交底讓施工更加明確、清晰（見(jiàn)圖8），有效加強(qiáng)了設(shè)計(jì)—施工溝通，避免因理解不到位影響工程質(zhì)量[6]。

圖8 機(jī)電管線安裝交底

（5）機(jī)電管綜。機(jī)電管綜是現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用最成熟、最基礎(chǔ)的應(yīng)用，但模型落地應(yīng)用是工程實(shí)施過(guò)程中的一道難題，保障設(shè)計(jì)成果的正確性，使模型信息有效傳遞給施工單位應(yīng)用是關(guān)鍵。廈門(mén)軌道集團(tuán)在機(jī)電設(shè)計(jì)階段統(tǒng)籌考慮，提前規(guī)劃，將各參建單位職責(zé)及BIM模型應(yīng)用流程進(jìn)行明確規(guī)定，在設(shè)計(jì)初期，協(xié)調(diào)工點(diǎn)設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)、施工單位（支吊架廠家）等參與方集中辦公，總體、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)部分提前介入審查，解決各方協(xié)調(diào)問(wèn)題，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量及模型的可延續(xù)性（見(jiàn)圖9）。

3 應(yīng)用效果

BIM技術(shù)應(yīng)用在各個(gè)階段均有顯著效果：

方案階段：利用BIM可視化技術(shù)，“所見(jiàn)即所建”，設(shè)計(jì)方案效果直觀展示，利于業(yè)主決策，減少因信息溝通及方案變更帶來(lái)的困擾[7]。

設(shè)計(jì)階段：通過(guò)BIM模型對(duì)土建及機(jī)電模型進(jìn)行核查，設(shè)計(jì)失誤減少，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量；BIM協(xié)同設(shè)計(jì)使得各專業(yè)間配合清晰流暢，信息傳達(dá)更準(zhǔn)確；施工單位及運(yùn)營(yíng)單位的提前介入，確保了設(shè)計(jì)文件質(zhì)量，提高了工程品質(zhì)[8]。

施工階段：利用BIM模型，提升了項(xiàng)目施工過(guò)程的精細(xì)化施工與管理，優(yōu)化了施工方案、科學(xué)組織施工，減少了后期工程返工[9]。

廈門(mén)軌道交通1號(hào)線、2號(hào)線到3號(hào)線的BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施，有效減少了設(shè)計(jì)不合理、后續(xù)設(shè)計(jì)變更、現(xiàn)場(chǎng)返工、材料浪費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)量等問(wèn)題。根據(jù)業(yè)主統(tǒng)計(jì)，僅2號(hào)線就有效解決機(jī)電管線碰撞問(wèn)題5 072個(gè)，通過(guò)提前解決這些問(wèn)題，累計(jì)節(jié)省資金約4 000萬(wàn)元，節(jié)省工期634 d。

4 結(jié)束語(yǔ)

從二維圖紙到三維模型，單純的幾何表現(xiàn)到全信息模型集成，從各專業(yè)獨(dú)立設(shè)計(jì)到全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)的出現(xiàn)必將帶來(lái)設(shè)計(jì)方法的變革[10]。廈門(mén)地鐵根據(jù)自身特色總結(jié)出來(lái)的“廈門(mén)模式”已成功應(yīng)用于廈門(mén)地鐵諸多線路并取得了顯著成效，為后續(xù)線路BIM技術(shù)應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)，也為城市軌道交通領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用的推廣和探索提供了理論支撐。