BIM在地鐵車輛基地建設(shè)中的應(yīng)用前景探討

馮凱

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安710043）

1 引言

BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用具有很多優(yōu)勢，其提供的信息相對更加完整、準(zhǔn)確，并且各個信息之間聯(lián)系順暢，人們可以快速準(zhǔn)確地掌握所需信息，同時，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)建筑模型的可視化，讓人們能更加直觀地了解建筑的情況，使建筑工程各部門與各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作更加高效[1]。BIM技術(shù)還可以應(yīng)用到地鐵施工建設(shè)項目中，在工程管理方面有很強(qiáng)的輔助作用，使地鐵工程建設(shè)更加規(guī)范，工程管理更加智能，真正體現(xiàn)工程建設(shè)的信息化管理的優(yōu)勢。

2 地鐵車輛基地BIM技術(shù)的使用范圍分析

2.1 BIM技術(shù)在地鐵行業(yè)中的應(yīng)用

目前，在我國地鐵行業(yè)中，BIM技術(shù)的應(yīng)用還不是很成熟，使用范圍較小，主要在地鐵工程的設(shè)計階段使用了該項技術(shù)。早在2010年，香港就利用BIM技術(shù)對其區(qū)域內(nèi)的20余座地鐵車站進(jìn)行了模型構(gòu)建，通過模型可以直觀地看到地鐵站中的采光、人員流量、建筑布局等具體信息[2]。在我國內(nèi)陸城市中（如北京、廈門等地）的地鐵建設(shè)已經(jīng)逐步將BIM技術(shù)引入工程建設(shè)中。

實例1：上海軌道交通11號線石龍路站的給排水、動力照明、通風(fēng)空調(diào)專業(yè)設(shè)計全過程使用了BIM碰撞檢測功能，從而優(yōu)化了施工方案，使返工誤工現(xiàn)象大幅度減少，避免了人力、物力等資源的浪費，經(jīng)過核算，節(jié)省了近30%的工程投資。

實例2：北京地鐵10號線二期石榴莊站使用BIM技術(shù)建立了光照分析模型，合理優(yōu)化了人工光源布置方案，極大地便利了施工。

2.2 車輛基地BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍分析

2.2.1 碰撞檢查

BIM技術(shù)的應(yīng)用主要集中在3個方面：（1）碰撞檢查，可以有效解決建筑布局、位置沖突等問題，提高施工方案可行性，降低工程返工率。（2）有利于提高工程布線的工作效率，使各個區(qū)域的布線、線路之間的聯(lián)系更加合理化。（3）根據(jù)確定好的施工方案，工作人員進(jìn)行具體施工時，各工程部門之間的施工交底、部門溝通等工作都可以在BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行，從而提高效率，保證工程質(zhì)量。

2.2.2 模擬施工

在三維可視化功能的基礎(chǔ)上加上時間維度，可以使BIM模型具備四維功能，模擬施工進(jìn)度，可隨時隨地快速、直觀地將施工計劃與實際進(jìn)度進(jìn)行比對，可有效實施協(xié)同協(xié)作等工作，便于項目參建方準(zhǔn)確掌握工程項目的各項情況及問題，進(jìn)而減少施工質(zhì)量與安全問題，降低返工和整改的可能性。另外，利用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同協(xié)作，可以提高信息互通速率，以及信息反饋與決策傳達(dá)的效率。同時，將該模型進(jìn)行模塊化操作，在相似項目中只需要直接引入該模塊就可以繼續(xù)開展工作，提高了施工效率。

2.2.3 三維渲染

在已經(jīng)建好的BIM模型上，還可以繼續(xù)添加條件進(jìn)行升級、改進(jìn)，從而提高模型的準(zhǔn)確性。通過三維渲染動畫，配合投標(biāo)演示及施工階段調(diào)整的實施方案，可以模擬具有高度真實感和強(qiáng)大視覺沖擊的實際施工過程，使總體施工方案可視化，令客戶在此過程中產(chǎn)生濃厚的代入感。

2.2.4 信息管理

在模型的建立過程中，可以將每個工程項目的背景條件等相關(guān)信息進(jìn)行保存，通過持續(xù)不斷的積累，使設(shè)計單位的信息庫更加豐富，技能也能得到較大的提升。

3 車輛基地使用BIM實例分析

3.1 項目概況

廣州某車輛段地塊長約850m，寬約266m，各結(jié)構(gòu)工程建筑面積7.29 ×104m2,合同約定工程工期547日歷天，節(jié)點：423日歷天具備接車條件，工期緊。項目特點：交叉作業(yè)多、工程管線數(shù)量龐大、圖紙深度不夠、施工工序繁雜、管理難度較高。

3.2 BIM研究過程

3.2.1 成立BIM組織機(jī)構(gòu)

要將BIM技術(shù)引入具體的工程項目中，就要對項目實施過程進(jìn)行技術(shù)劃分，提前設(shè)計各專業(yè)BIM小組的實施架構(gòu)，見表1。

表1 車輛基地BIM小組架構(gòu)及工作職責(zé)

3.2.2 配置BIM軟硬件措施

為了保證BIM技術(shù)的應(yīng)用效果，需要配備相關(guān)的軟硬件措施，軟件包括Autodesk Revit、CAD、Navisworks Manage、廣聯(lián)達(dá)、鴻業(yè)設(shè)備等；硬件包括高性能工作站數(shù)臺。

3.2.3 建立統(tǒng)一的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

因BIM技術(shù)的應(yīng)用涉及專業(yè)眾多，需要建立統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，主要由文件夾結(jié)構(gòu)、命名標(biāo)準(zhǔn)、模型拆分與組織、模型族庫管理標(biāo)準(zhǔn)、模型建模標(biāo)準(zhǔn)、BIM信息模型標(biāo)準(zhǔn)、土建模型算量要求、設(shè)備模型算量要求8個方面組成。

3.2.4 制定BIM實施流程

由于BIM技術(shù)的使用范圍較廣，在具體的實施過程中和多個專業(yè)都有聯(lián)系，而且程序繁雜，具有一定的變動性。所以，在工程中應(yīng)用BIM技術(shù)時，前期要制定各個專業(yè)區(qū)域的操作程序，確保工程的順利進(jìn)行，實施步驟如圖1所示。

3.2.5 建立BIM模型并應(yīng)用

按照既有流程采用相關(guān)軟件建立BIM模型，并將其應(yīng)用于實際施工中，如圖2所示。

圖1 BIM實施流程圖

圖2 各主體工程模型圖

3.3 主要成果

3.3.1 管線碰撞

將各專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、動力照明、通風(fēng)空調(diào)專業(yè)等）模塊集成到一個模型中，制定相應(yīng)的碰撞規(guī)則，對布線結(jié)果進(jìn)行碰撞檢測，生成管線的碰撞檢測報告，在報告中就可以很直觀地看到管線的重復(fù)部位以及重復(fù)情況等詳細(xì)信息，為后面的設(shè)計圖審核工作做好前期準(zhǔn)備工作。

經(jīng)過碰撞測試可知，在該次布線工程中，將會產(chǎn)生1 838個碰撞部位，其中，315個碰撞部位的管線布局要重新設(shè)計，其余1 000多個部位只需簡單地微調(diào)就可以避免碰撞。由此可見，通過BIM技術(shù)可以準(zhǔn)確地預(yù)測所布管線的空間情況，在施工前期就可以及時更改，從而減少返工率，減低施工成本。圖3和圖4是一些具體的應(yīng)用實例。

圖3 管線間相互碰撞

圖4 管線與土建結(jié)構(gòu)碰撞

3.3.2 算量及資源管理

同樣，根據(jù)構(gòu)建好的數(shù)字模型還可以計算出工程各個階段所需要的材料數(shù)量，從而提高材料預(yù)估的準(zhǔn)確性，減少浪費，降低工程成本。

3.3.3 設(shè)計圖紙查漏補(bǔ)缺

通過構(gòu)件的數(shù)字模型可以查漏補(bǔ)缺，提高設(shè)計圖的準(zhǔn)確性，從而降低工程返工率，提高施工效率，如圖5所示。

圖5 發(fā)現(xiàn)圖紙錯誤示意

3.3.4 使用功能模擬

通過對室內(nèi)暖通、給排水、低壓配電圖紙與室外給排水、配電圖紙建立信息模型，并模擬各系統(tǒng)工作原理。

3.3.5 方案比選與優(yōu)化

利用BIM技術(shù)可以按照設(shè)計方案模擬具體的施工過程，技術(shù)人員可以從模擬的施工過程中發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，從而優(yōu)化施工方案[3]。

3.3.6 三維技術(shù)交底

BIM在將建筑物的各項信息整合的同時，為用戶制造了一個三維的交流環(huán)境。與傳統(tǒng)的技術(shù)交底過程中，各參建單位人員在交流過程中翻找現(xiàn)場資料相比，BIM提供了一個更方便的平臺，使各參建單位人員在協(xié)調(diào)方案、論證可行性、排除風(fēng)險的過程中交流更加便利，從而使設(shè)計交流過程時間大幅減少，減少隱患的出現(xiàn)，提高項目建設(shè)效率。

3.4 主要創(chuàng)新點

3.4.1 限界檢查

對地鐵項目中包含的各個項目進(jìn)行碰撞測試，根據(jù)具體的碰撞數(shù)據(jù)對設(shè)計圖進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在圖紙會審及深化設(shè)計時為設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)，確保列車在冷滑，熱滑時順利通過，如圖6所示。

3.4.2 模擬運營

利用BIM技術(shù)對地鐵的后期運行過程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)清洗列車時容易出現(xiàn)占道時長過大的問題，導(dǎo)致洗車功效下降，必須通過人工清洗才能滿足清洗需求，預(yù)計每年需增加人工洗車費用約150萬元。因此，在設(shè)計中將洗車線形式定為八字往復(fù)式，提高了洗車效率，降低了運營維護(hù)成本。

圖6 限界檢查示意圖

3.4.3 精細(xì)化管理

1）施工區(qū)、生活區(qū)規(guī)劃

在施工區(qū)、生活區(qū)的規(guī)劃過程中，可以利用BIM的三維總平面圖進(jìn)行施工現(xiàn)場臨時道路規(guī)劃與布置；規(guī)劃排水設(shè)施走向；選擇塔吊型號與安裝位置；確定鋼筋棚大小、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及布局位置；生活區(qū)的規(guī)劃。

2）工期的動態(tài)糾偏

可以通過BIM技術(shù)計算工程量，結(jié)合總工期、物資總控、季（月）度計劃等計劃對物資進(jìn)場計劃進(jìn)行合理編排，解決地鐵車輛段中因工程交叉專業(yè)多帶來的問題。同時，根據(jù)計算工程量以及現(xiàn)場實際施工進(jìn)度，及時對勞動力、材料、機(jī)械資源調(diào)配，更新各項材料及設(shè)備進(jìn)場時間，使項目精細(xì)化管理工作更進(jìn)一步。

3）二維碼應(yīng)用

通過在BIM模型中定期跟蹤錄入二維碼，可以對建筑物內(nèi)各設(shè)備從制造時間→設(shè)備入場時間→現(xiàn)場存放位置、順序→設(shè)備安裝→交付運營的所有階段進(jìn)行實時的掌控，及時、方便地取得設(shè)備及設(shè)備所在系統(tǒng)更詳細(xì)的信息（如出廠日期、出產(chǎn)廠家、與設(shè)備連接的系統(tǒng)簡圖），體現(xiàn)BIM在施工及運營維護(hù)的全程服務(wù)管理功能。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

利用BIM技術(shù)對工程設(shè)計圖中的管線布局情況進(jìn)行碰撞檢測，可知在該次布線工程中存在30 000多處碰撞部位，多個區(qū)域會出現(xiàn)管線空間重復(fù)的問題。根據(jù)找出的具體問題，對設(shè)計圖進(jìn)行相應(yīng)分析，對布線方案、管路走向等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、更改，減少了碰撞部位數(shù)量共計20 000余處，節(jié)約了施工成本。

4 結(jié)語

本文重點研究了BIM技術(shù)在地鐵施工項目中的具體應(yīng)用，并對該技術(shù)的應(yīng)用范圍、應(yīng)用過程進(jìn)行了更深層次的探索與研究，對工程項目中BIM技術(shù)的模型構(gòu)件、碰撞測試的具體應(yīng)用范圍、應(yīng)用過程和可執(zhí)行性進(jìn)行了研究，有利于在相關(guān)工程項目中繼續(xù)應(yīng)用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工。