BIM技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中的應(yīng)用研究

翟全俠 武漢市人防建筑設(shè)計研究院有限公司高級工程師

地鐵作為城市交通的基礎(chǔ)設(shè)施，除了具有交通出行的功能以外，還有戰(zhàn)時人員轉(zhuǎn)運、重要物資輸送以及保障人民群眾生命財產(chǎn)安全的功能。雖然在地鐵工程的設(shè)計施工過程中交通出行是重點關(guān)注的內(nèi)容，但這并不代表地鐵人防工程的設(shè)計施工不重要。實際上，人防工程作為地鐵工程中的基本內(nèi)容，其在設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)方面的要求更高，面臨的難度也更大，需要設(shè)計施工主體投入更多的資源予以實施。因此在對地鐵人防工程設(shè)施施工中，相關(guān)主體更多地要結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及工程項目實際，借助先進的技術(shù)手段提高設(shè)計施工的準(zhǔn)確性，確保人防工程的質(zhì)量和效果。

近年來，BIM 技術(shù)以其突出的技術(shù)和功能優(yōu)勢，成為地鐵人防工程設(shè)計施工中重點使用的技術(shù)類型，不僅能夠提高人防工程設(shè)計施工的精準(zhǔn)性，而且能夠?qū)こ淌┕ぶ锌赡艽嬖诘牟淮_定性風(fēng)險進行預(yù)測和防范，保證了工程建設(shè)的進度和安全。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM技術(shù)是通過構(gòu)建虛擬的建筑模型，對實際建設(shè)項目的設(shè)計施工情況進行管控的技術(shù)類型。在當(dāng)前的工程設(shè)計施工領(lǐng)域，BIM 技術(shù)通常被理解為是一種信息化軟件，即基于信息技術(shù)基礎(chǔ)開發(fā)出的用于工程項目設(shè)計施工的軟件工具[1]。在應(yīng)用方面，BIM 技術(shù)通常被用于工程設(shè)計和工程施工中。如圖1 展示的是基于BIM 技術(shù)的施工流程圖。

圖1 基于BIM 技術(shù)的施工流程

1.1 可視化

BIM 技術(shù)是以可視化的計算機軟件為載體運行的技術(shù)。通過BIM 技術(shù)，可以將通過多種途徑收集到的工程項目設(shè)計施工信息整合起來，構(gòu)建出真實的三維模型，設(shè)計人員與施工人員可以通過三維模型從不同視角與不同位置模擬觀察工程建筑的外觀和細節(jié)，通過直接觀察掌握工程的結(jié)構(gòu)與細節(jié)信息。

1.2 協(xié)作性

與傳統(tǒng)需要設(shè)計部門和施工部門人員共同參與、集中討論的工程設(shè)計施工方式不同，基于BIM 技術(shù)的設(shè)計施工實踐可以借助相關(guān)軟件和互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)設(shè)計施工方案的隨時隨地分享討論，并同步進行方案的調(diào)整優(yōu)化，減少了不同部門在設(shè)計施工方案方面的偏差，實現(xiàn)了設(shè)計施工行為的同步。同時，BIM 技術(shù)的協(xié)作性還體現(xiàn)工序的安排和開展上，即設(shè)計施工主體需要根據(jù)整個地鐵人防工程設(shè)計的需要合理分工，依次實施，確保工程設(shè)計施工的進度和效果。

1.3 虛擬性

BIM 技術(shù)在工程設(shè)計施工中的應(yīng)用主要通過虛擬的軟件工具實現(xiàn)。借助相關(guān)軟件，無論是設(shè)計人員還是施工人員都可以通過電腦甚至手機的界面看到虛擬的管線布設(shè)、疏散逃生通道設(shè)計等內(nèi)容，并且這種基于模型運行產(chǎn)生的虛擬結(jié)果與現(xiàn)場情況的吻合度比較高，可以使設(shè)計人員和施工人員通過軟件感受到工程設(shè)計方案的可行性和合理性。

2 BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中應(yīng)用的功能

地鐵人防工程設(shè)計施工主要圍繞地鐵工程內(nèi)部承擔(dān)人防功能的工程內(nèi)容，主要包括建筑、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)、配電以及給排水等。在人防工程內(nèi)容的設(shè)計施工中，BIM 技術(shù)可以發(fā)揮出明顯的作用，這也是眾多設(shè)計與施工主體傾向于選擇該技術(shù)的重要原因[2]。

2.1 可視化呈現(xiàn)地鐵人防工程設(shè)計效果

設(shè)計是地鐵人防工程施工的前期工作，也是影響人防工程建設(shè)效果的基礎(chǔ)性因素。在傳統(tǒng)的人防工程設(shè)計中，設(shè)計人員主要是通過手繪或者電腦繪制的二維圖像來抽象地描述人防工程設(shè)計的內(nèi)容。圖紙上顯現(xiàn)的只是部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，設(shè)計師需要借助相應(yīng)的輔助工具才能夠解釋清楚設(shè)計的思路、方法以及結(jié)果。在BIM 技術(shù)的支持下，設(shè)計師可以通過軟件在計算機屏幕上立體地呈現(xiàn)地鐵人防工程設(shè)計方案對應(yīng)的效果，并以簡單的操作促使設(shè)計效果“動”起來，更直觀地展示設(shè)計的效果。這種可視化效果極大地提高了地鐵人防工程設(shè)計的有效性，降低了設(shè)計人員在設(shè)計過程中的工作難度。

2.2 動態(tài)優(yōu)化地鐵人防工程施工方案

地鐵人防工程施工大多在地下進行，而地下的施工環(huán)境充滿了復(fù)雜性。在人防工程施工中，很可能因為突發(fā)狀況導(dǎo)致施工進度難以按照施工方案明確的時間節(jié)點推進。在這樣的情況下，施工方就需要對原有的施工方案進行重新檢查和修正。在修正施工方案方面，BIM技術(shù)可以為施工內(nèi)容、施工順序以及施工方法等內(nèi)容的修正提供更加科學(xué)的指導(dǎo)，使方案優(yōu)化調(diào)整更加符合施工現(xiàn)場的狀況。例如在方案調(diào)整中，施工人員可以將現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)重新更新到軟件中，軟件隨即會產(chǎn)生新的模擬效果圖，并根據(jù)當(dāng)前狀況提出相應(yīng)的方案調(diào)整參數(shù)變量，供施工人員根據(jù)情況進行科學(xué)、靈活的調(diào)整，確保人防工程施工方案的準(zhǔn)確性，避免因為方案更新不及時或者方案修正不完善而造成施工風(fēng)險[3]。

2.3 構(gòu)建模型分析最佳工程設(shè)計方案

地鐵人防工程除了承擔(dān)地鐵配套設(shè)施的服務(wù)功能以外，還承擔(dān)有人防工程的疏散和安全保障功能?！吨腥A人民共和國人民防空法》的第十四條規(guī)定，城市的地下交通干線以及其他地下工程的建設(shè)，應(yīng)當(dāng)兼顧人民防空需要。地鐵是城市戰(zhàn)時人民防空體系的重要生命線，具有保證人員運輸和物資轉(zhuǎn)運安全的功能。雖然在地鐵人防工程設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，但也需要結(jié)合城市人民防空的實際需要和要求，進行實事求是的設(shè)計。

由于設(shè)計人員缺乏戰(zhàn)時人防工程使用的經(jīng)歷，因此對人工工程設(shè)計的最佳方案把握也會出現(xiàn)不精準(zhǔn)的現(xiàn)象。為此，可以使用BIM 技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的人防工程設(shè)計模型，通過參數(shù)的調(diào)整來獲得最佳的設(shè)計方案，最終形成符合戰(zhàn)時人防工程使用實際，且人員運輸、物資轉(zhuǎn)運高效的方案，確保人防工程設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

3 BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中的具體應(yīng)用

BIM 技術(shù)具有的可視化和虛擬化等特點，使得其成為地鐵人防工程設(shè)計與施工重點使用的技術(shù)手段，不僅可以降低設(shè)計施工的成本，而且能夠為設(shè)計施工提供精準(zhǔn)且直觀的參考資料[4]。目前，BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了機電、土建以及裝修3 大重點模塊，成為人防工程建設(shè)中普遍應(yīng)用的技術(shù)。下面分別從建筑結(jié)構(gòu)、管線敷設(shè)、功能轉(zhuǎn)換3個方面對BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中的應(yīng)用進行介紹。

3.1 模型化分析

BIM 技術(shù)在人防工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架設(shè)計施工中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在可以結(jié)合相關(guān)測量數(shù)據(jù)進行三維模型分析，通過分析確定最佳的房間布局、出入口以及出入通道的設(shè)計施工，確保人防工程的使用效率和效果最佳[5]。

在實際的設(shè)計施工中，工作人員將現(xiàn)場測量的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到軟件的相關(guān)參數(shù)變量中，軟件即可生成虛擬、直觀的地鐵人防工程模型。通過這種三維立體模型的輔助，設(shè)計和施工人員可以精準(zhǔn)獲取工程總體的可利用面積，并且結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)劃分具體的房間功能，使人防工程的結(jié)構(gòu)和布局符合相關(guān)要求。同時，在開展各房間以及工程總出入口的設(shè)計與施工時，相關(guān)人員也可以借助建立的三維立體模型，對工程內(nèi)部的建筑、機電設(shè)施的分布進行總體上的掌握，并在此基礎(chǔ)上精準(zhǔn)確定出入口的位置和大小，使出入口的設(shè)置符合使用需求[6]。

3.2 可視化處理

管線是聯(lián)通地鐵人防工程內(nèi)部不同房間位置以及人防工程與地鐵工程的重要通道。按照功能的不同，可以將地鐵人防工程的管線分為給排水管道、通風(fēng)管道以及配電線路等，這些是保證人防工程有效使用的基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容。

為滿足管線敷設(shè)的科學(xué)性與合理性，降低不同管線交叉可能產(chǎn)生的風(fēng)險，在實際的管線敷設(shè)設(shè)計施工中，相關(guān)人員會利用BIM 技術(shù)的可視化功能進行逐項作業(yè)。在進行管線敷設(shè)設(shè)計時，設(shè)計人員會利用BIM 模型按照給排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)的順序分別進行獨立的設(shè)計，并將設(shè)計的最終方案通過模型進行整合，形成一張整體性的管線敷設(shè)圖，從整體上對各系統(tǒng)的線路、管道敷設(shè)情況進行單獨和綜合性的檢查優(yōu)化，確保管線路線最優(yōu)的同時，減少不同管線之間的交叉重疊，使管線敷設(shè)方案更加科學(xué)、合理[7]。

在進行管線敷設(shè)施工時，分別負(fù)責(zé)給排水管道、通風(fēng)管道以及配電線路鋪設(shè)的施工人員所參照的除了整體的管線敷設(shè)圖以外，還掌握有單獨的給排水管道、通風(fēng)管道以及配電線路鋪設(shè)圖，但要參照整體方案的施工方法，既避免了單獨施工的偏差，也保證了整體施工的效果，使施工的效率和效果都能夠得到明顯提高。

3.3 動態(tài)化展示

地鐵人防工程設(shè)計施工的最終目的在于交付具有平時和戰(zhàn)時雙重功能的人防工程設(shè)施，并且這一設(shè)施要具有順暢的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換功能，即當(dāng)進入戰(zhàn)爭狀態(tài)后，地鐵人防工程能夠迅速從平時設(shè)施轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)時設(shè)施[8]。而這種順暢的轉(zhuǎn)化就有賴于前期的設(shè)計和施工。在這方面，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)為平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換方案的設(shè)計和落實。設(shè)計時，設(shè)計人員會參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，計算確定平時和戰(zhàn)時地鐵人防工程在通風(fēng)、給排水以及用電等方面的量化數(shù)據(jù)情況，將其作為平戰(zhàn)轉(zhuǎn)化演練的主要參數(shù)依據(jù)。獲得相關(guān)數(shù)據(jù)后，就可以在模型中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)區(qū)間，并通過軟件對設(shè)計方案滿足最大平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換要求的情況進行模擬演示，根據(jù)演示中發(fā)現(xiàn)的問題，對相關(guān)設(shè)計內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，確保設(shè)計方案中的相關(guān)變量設(shè)置能夠真正符合平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的要求。

例如，在出入口設(shè)計時，設(shè)計人員需要模擬戰(zhàn)爭發(fā)生時人防工程最大的承載量來設(shè)計用時最短、防護效果最好的出入口數(shù)量、規(guī)模以及位置，使出入口能夠滿足基本的戰(zhàn)時進入要求。在施工時，施工人員需要將現(xiàn)場施工的參數(shù)變量與設(shè)計模型中的變量區(qū)間進行對比，檢查是否超出預(yù)定的參數(shù)范圍，并對超出的參數(shù)進行相應(yīng)的修正，確保實際施工的結(jié)果與方案明確的標(biāo)準(zhǔn)相契合。

4 BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中應(yīng)用需要注意的問題

BIM 技術(shù)是一種開放性的技術(shù)，其在工程設(shè)計施工中的應(yīng)用空間和應(yīng)用方式都較為多元。因此，對于地鐵人防工程設(shè)計施工主體而言，更多地是要結(jié)合人防工程設(shè)計與施工的實際需要和要求，對BIM 技術(shù)進行科學(xué)、合理的利用，以達到最佳的設(shè)計施工效果[9]。在平時的技術(shù)應(yīng)用中，設(shè)計施工主體要在熟悉地鐵人防工程設(shè)計施工要求和對現(xiàn)場進行充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合BIM 技術(shù)的屬性和功能，進行科學(xué)且規(guī)范性的使用。

4.1 構(gòu)建地鐵人防工程設(shè)計施工內(nèi)容體系

BIM 技術(shù)應(yīng)用的前提是要確定“在哪里用”和“如何用”等問題。為此，地鐵人防工程設(shè)計施工主體要結(jié)合以往的經(jīng)驗以及人防工程建設(shè)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確地鐵人防工程設(shè)計施工的主體性內(nèi)容，并在細化各項內(nèi)容的基礎(chǔ)上，明確BIM 技術(shù)應(yīng)用的范圍和方法，明晰技術(shù)應(yīng)用的邊界和規(guī)則。例如，可以編制BIM技術(shù)應(yīng)用指南，其中按照機電模塊、土建模塊以及裝修模塊分別進行內(nèi)容的細化和歸納，對于可以使用BIM 技術(shù)的設(shè)計施工內(nèi)容，要對相應(yīng)的BIM 技術(shù)使用方法進行詳細說明，確保設(shè)計、施工人員能夠在短時間內(nèi)迅速掌握BIM 技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)信息，便于快速、準(zhǔn)確地開展相關(guān)工作。當(dāng)然，設(shè)計人員也可以根據(jù)自己的地鐵人防工程設(shè)計施工經(jīng)驗，對BIM 技術(shù)在人防工程各個模塊的具體應(yīng)用內(nèi)容和應(yīng)用功能等進行梳理，形成完整的BIM 技術(shù)應(yīng)用手冊[10]。

4.2 提高工程數(shù)據(jù)測量精準(zhǔn)性和完整性

在人防工程設(shè)計施工中，BIM 技術(shù)雖然擁有明顯的優(yōu)勢，但這些優(yōu)勢真正發(fā)揮出來的前提在于生成的模型與現(xiàn)場施工環(huán)境情況的高度契合。然而，地鐵人防工程多是在地下環(huán)境中進行作業(yè)，其在數(shù)據(jù)測量和環(huán)境分析等方面存在較多的不可控因素[11]。因此，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性就成為提高BIM技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。一方面，設(shè)計、施工主體要選擇使用精準(zhǔn)度比較高的測量工具進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集；另一方面，要采取動態(tài)、反復(fù)測量的方式，通過多點、多時間段測量來獲取盡可能接近現(xiàn)實情況的數(shù)據(jù)信息，以保證數(shù)據(jù)誤差的最小化。在技術(shù)應(yīng)用過程中，對于出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)，相關(guān)人員要保持高度的敏感性，及時進行數(shù)據(jù)的驗證和復(fù)查，確保模型分析中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.3 強化設(shè)計施工活動的協(xié)同性

BIM 技術(shù)雖然為地鐵人防工程設(shè)計施工提供了科學(xué)的工具，但由于同一工程內(nèi)容往往由不同的人員甚至團隊分別負(fù)責(zé)相應(yīng)模塊的設(shè)計與施工，很容易出現(xiàn)因協(xié)同不力而出現(xiàn)偏差的情況[12]。因此，在開展地鐵人防工程設(shè)計施工過程中，不同的設(shè)計主體、施工主體以及設(shè)計主體與施工主體之間應(yīng)當(dāng)保持行動的協(xié)同性，相互之間通過互聯(lián)網(wǎng)保持密切的溝通交流，確保BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、規(guī)范，避免因為某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤而導(dǎo)致整體的設(shè)計施工工作出現(xiàn)停滯或返工的情況。當(dāng)在地鐵人防工程設(shè)計施工中遇到BIM技術(shù)應(yīng)用難題時，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)及時向項目經(jīng)理匯報，并組織相關(guān)專家進行集中性的調(diào)查研討，確保技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)作為一種具有可視化、協(xié)作化以及虛擬化特點的技術(shù)，在地鐵人防工程設(shè)計施工中的應(yīng)用具有十分積極的效果。目前，BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)、管線敷設(shè)、功能轉(zhuǎn)換等方面均有比較廣泛的應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用的實際情況，在開展地鐵人防工程設(shè)計施工時，相關(guān)主體要積極構(gòu)建細化、完整的地鐵人防工程設(shè)計施工內(nèi)容體系，提高工程數(shù)據(jù)測量的精準(zhǔn)性和完整性，強化設(shè)計施工活動的協(xié)同性，以確保BIM 技術(shù)在地鐵人防工程設(shè)計施工中的科學(xué)、合理及有效應(yīng)用。