BIM技術(shù)在城市軌道交通工程建設(shè)全過程中的應(yīng)用

張金龍

摘要 隨著我國城市軌道交通工程的飛速發(fā)展，城市軌道交通工程BIM技術(shù)應(yīng)用日益成熟，但對BIM技術(shù)的應(yīng)用只是停留在很少的幾個方面或模塊，幾乎沒有建設(shè)全生命周期的應(yīng)用。文章以青島地鐵1號線工程建設(shè)全過程BIM技術(shù)應(yīng)用為例，全面分析BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點，為城市軌道交通工程積累寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 BIM;對比分析;模型;加工

中圖分類號 U231.3 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0013-03

0 引言

BIM（Building Information Modeling）在城市軌道交通工程全生命周期應(yīng)用中涉及規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維和拆除等五個階段，目前我國城市軌道交通工程對于BIM技術(shù)的應(yīng)用主要集中在設(shè)計、施工階段。雖然BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中應(yīng)用廣泛，但由于城市軌道交通工程涉及專業(yè)多、施工工序復(fù)雜、各專業(yè)接口多、交叉施工多、各個專業(yè)的互相配合要素多等原因，目前各個城市對BIM技術(shù)的應(yīng)用只是停留在很少的幾個方面或模塊，幾乎沒有地鐵建設(shè)全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用。鑒于上述情況，以青島市地鐵1號線工程為例，探討B(tài)IM技術(shù)在地鐵工程設(shè)計、施工、運維全過程應(yīng)用，助力地鐵建設(shè)運營。

1 前期工作

1.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

設(shè)計目標(biāo)——利用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量，減少變更。

生產(chǎn)目標(biāo)——實現(xiàn)施工階段基于BIM的精細(xì)化管理，機電設(shè)備等專業(yè)的預(yù)制加工安裝，提高施工質(zhì)量。

管理目標(biāo)——基于BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺，實現(xiàn)一體化項目管理，滿足各參建單位協(xié)同工作，提高項目管理水平。

數(shù)據(jù)集成——基于BIM數(shù)據(jù)集成和管理平臺，整合建設(shè)期生產(chǎn)數(shù)據(jù)形成較為完整的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)青島市地鐵1號線項目數(shù)字化建設(shè)管理，實現(xiàn)地鐵工程的“數(shù)字孿生”。

竣工模型——基于BIM數(shù)據(jù)集成和平臺管理，形成與工程實體、竣工圖紙相一致，能反映建設(shè)項目建設(shè)期各項信息的竣工模型[1]。

1.2 應(yīng)用模式

建立建設(shè)單位為主導(dǎo)，以標(biāo)準(zhǔn)為引線、平臺為依托，BIM咨詢單位提供服務(wù)，設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、供貨商和運營單位等各參建方共同參與的管理模式。

2 建設(shè)期應(yīng)用

2.1 準(zhǔn)備階段

2.1.1 相關(guān)培訓(xùn)

根據(jù)BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用情況和參建單位的BIM應(yīng)用實際水平，組織BIM專項培訓(xùn)，包含BIM綜合管理平臺應(yīng)用、BIM系統(tǒng)化實施方案交底、BIM應(yīng)用等各項培訓(xùn)。

2.1.2 管理措施

在建設(shè)期BIM應(yīng)用確立了各階段任務(wù)及保障措施，確立了無BIM不施工的建設(shè)期BIM應(yīng)用原則（如圖1）[1]。

2.2 模型創(chuàng)建

2.2.1 設(shè)備設(shè)施模型構(gòu)件庫

青島地鐵1號線BIM應(yīng)用在實施過程中共收集各專業(yè)產(chǎn)品模型元素1 815個，部分模型達到最小可拆分單元，為企業(yè)級模型元素庫積累數(shù)據(jù)。

2.2.2 最小可拆分單元

根據(jù)運維部門對維修單元拆分需求創(chuàng)建最小可拆解單元模型庫，添加屬性信息，可使運維人員快速獲取所需信息，了解設(shè)備構(gòu)造。

2.2.3 模型應(yīng)用

（1）高大空間設(shè)計理念。青島地鐵1號線的見光不見燈設(shè)計理念，使得燈具高度較前期線路尺寸變大，按常理吊頂高度應(yīng)比既有線路更低30 cm左右。通過BIM優(yōu)化提升了吊頂高度，空間感受明顯提升。

明暗挖車站，通過管線綜合方案優(yōu)化公共區(qū)裝修標(biāo)高均提升至3.30 m，站臺層除無柱車站外其余車站裝修標(biāo)高均提高至3.2 m。

根據(jù)裝飾吊頂模型，進行的管線路由設(shè)計，詳見圖2、圖3。

（2）為避免裝飾吊頂安裝空間不足，在設(shè)計階段引入裝飾吊頂模型。要求吊頂模型的建模精度達到要求，包括燈具尺寸與實物一致、體現(xiàn)燈具安裝吊點、吊頂?shù)臉?biāo)高及位置準(zhǔn)確。具體的剖面圖及形成的三維視圖，詳見圖4、圖5。

（3）為避免支吊架占用裝飾吊頂安裝空間進而導(dǎo)致后期裝飾吊頂標(biāo)高降低，在設(shè)計階段根據(jù)裝飾吊頂、各專業(yè)管線、結(jié)構(gòu)模型這三者形成的立體空間布局，確定支吊架安裝形式、安裝標(biāo)高，以此作為現(xiàn)場支吊架施工的依據(jù)。

（4）為避免公共區(qū)門匾因空間狹小且管線密集導(dǎo)致實際安裝達不到設(shè)計要求，此處管線布置充分考慮結(jié)構(gòu)空間、支吊架安裝、管線保溫等各種因素。具體的剖面圖及形成的三維視圖，詳見圖6、圖7。

（5）為避免擋煙垂壁安裝空間不足，在裝飾模型中體現(xiàn)擋煙垂壁模型，以此指導(dǎo)管線排布。

2.2.4 設(shè)計方案比選

（1）為避免管線的大量支管需橫跨走廊才能進入房間的情況出現(xiàn)，在走廊中將管線布置在支管較多的走廊一側(cè)。

（2）為避免后期運營階段設(shè)備替換導(dǎo)致的管線拆改，按設(shè)備運輸路徑的凈空要求進行管線排布。

（3）為避免設(shè)備區(qū)走廊在運維階段檢修困難，管線排布方案應(yīng)盡量實現(xiàn)寬度超過400 mm的檢修空間，檢修空間一般布置在中部。

（4）為避免管線冷凝水滴落到設(shè)備上，應(yīng)逐個房間確認(rèn)風(fēng)口位置，風(fēng)口不允許布置在設(shè)備正上方。

（5）為避免管線影響后期設(shè)備安裝和運行，應(yīng)逐個房間確認(rèn)管線底標(biāo)高。

在設(shè)計階段，通過模型創(chuàng)建，優(yōu)化設(shè)備房間內(nèi)凈空不足的問題，要充分利用走廊的空間進行管線布置，如圖8、圖9。

2.3 施工階段

（1）土建模型與現(xiàn)場一致性復(fù)核。由BIM總體組織設(shè)計、施工、監(jiān)理單位對土建模型進行現(xiàn)場復(fù)核，通過“現(xiàn)場定位——與BIM模型及圖紙校核——土建現(xiàn)場復(fù)核會簽——BIM模型調(diào)整”的工作流程，確定土建結(jié)構(gòu)對管線綜合的影響[2]。

各參建單位進行土建復(fù)核后，進行確認(rèn)會簽，如存在問題及時反饋并修改結(jié)構(gòu)模型。如出現(xiàn)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)與圖紙不一致情況，及時記錄并做專題研究。

（2）砌筑預(yù)留孔洞出圖。機電施工單位完成設(shè)計階段管綜模型優(yōu)化、綜合支吊架排布后，BIM總體組織施工單位、監(jiān)理單位進行預(yù)留孔洞集中辦公會議，各施工單位根據(jù)設(shè)備位置及施工要求確定房間支管位置。各單位確認(rèn)支管位置后，機電施工單位出具預(yù)留孔洞圖紙，各單位確認(rèn)無誤后進行圖紙會簽。監(jiān)理及BIM總體不定期檢查現(xiàn)場預(yù)留孔洞是否按照圖紙進行施工，以保證現(xiàn)場與BIM模型的一致性。

機電施工單位確定結(jié)構(gòu)施工單位移交區(qū)域的墻柱中心線，根據(jù)中心線精確定位墻邊線、砌筑墻體，其中預(yù)留孔洞中鍍鋅鐵皮風(fēng)管外徑預(yù)留100 mm，復(fù)合風(fēng)管外徑預(yù)留100 mm，強化復(fù)核風(fēng)管外徑預(yù)留150 mm。

（3）管綜模型的綜合支吊架深化（公共區(qū)、設(shè)備區(qū)）。利用BIM軟件生成剖面圖、安裝定位圖，廠家在此基礎(chǔ)上對支吊架進行深化設(shè)計，反饋深化圖紙確認(rèn)圖紙無誤后進行工廠化預(yù)制，模型中支吊架安裝位置、偏移量、方位應(yīng)符合設(shè)計及施工要求。

綜合支吊架在廠家預(yù)制完成后，以成套的形式運抵現(xiàn)場，現(xiàn)場安裝人員依據(jù)《綜合支吊架定位圖紙》和《綜合支吊架安裝詳圖》直接進行安裝，極大提高了安裝效率。

（4）機房深化（機電、弱電、供電、站臺門專業(yè)）。施工單位按照BIM總體交底內(nèi)容進行機房深化工作，通過1∶1參數(shù)化設(shè)備組建立機房模型保障機房深化模型的落地可實施性。通過模型依據(jù)設(shè)備位置合理排布管道走向，在確保功能、安裝方式合理的條件下保證機房安裝效果整體美觀的同時，便于后期運維人員檢修[3]。

（5）預(yù)制加工（風(fēng)管、水管、橋架、機房）。利用BIM建模軟件完成前期管線優(yōu)化排布，經(jīng)各方參建單位確認(rèn)無誤后進行模型凍結(jié)。按照現(xiàn)行使用規(guī)范進行定長分割，并對每節(jié)風(fēng)管進行自動編號，并生成每節(jié)風(fēng)管相對應(yīng)的唯一二維碼，其中包含風(fēng)管編號、材質(zhì)、規(guī)格型號，安裝位置、安裝日期、施工單位名稱、監(jiān)理單位名稱安裝等信息[4]。

以BIM技術(shù)為依托，采用水管工廠化預(yù)制加工的理念，加工廠依據(jù)BIM軟件生成的加工圖紙，進行工廠化集中加工。這樣的做法使得運抵現(xiàn)場的管件能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化安裝，避免了現(xiàn)場切割、電焊等動火作業(yè)，和水管等鋼管切割后需要進行的二次防腐，有效減少了現(xiàn)場火災(zāi)、用電安全隱患。

橋架預(yù)制加工及安裝：利用BIM建模軟件對前期管綜優(yōu)化完成，經(jīng)各方參建單位確認(rèn)無誤，封模后的橋架模型，對橋架模型進行分解后生成單一構(gòu)件加工圖紙、加工編號、材料清單、安裝圖紙，進行提前工廠化預(yù)制，完成后運抵現(xiàn)場，現(xiàn)場安裝人員根據(jù)二維碼標(biāo)識直接安裝，同樣避免了現(xiàn)場火災(zāi)、用電安全隱患。提高了現(xiàn)場的安裝效率，節(jié)省工期，減少成本[4]。

3 竣工階段

3.1 竣工模型管理及竣工數(shù)據(jù)庫校驗

通過BIM綜合管理核查竣工模型數(shù)據(jù)庫，核查內(nèi)容主要包括兩個部分：建設(shè)期集成信息核查和竣工模型核查。

建設(shè)期信息核查主要包括：模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施模型相關(guān)生成信息數(shù)據(jù)核查及過程應(yīng)用數(shù)據(jù)核查等。

竣工模型核查由BIM總體咨詢單位對竣工模型及實體工程進行復(fù)核，保障模型與現(xiàn)場的一致性，工作內(nèi)容主要包括：公共區(qū)、設(shè)備區(qū)、房間的施工管線復(fù)核及設(shè)備安裝復(fù)核。

3.2 基于BIM的資產(chǎn)移交工作

通過BIM綜合管理平臺整合的建設(shè)期信息導(dǎo)出運營單位需要的資產(chǎn)采集信息形成資產(chǎn)移交采集表，交由運營人員進行資產(chǎn)盤點工作?；贐IM的資產(chǎn)移交工作使得資產(chǎn)移交的移交周期大范圍壓縮、糾錯工作大幅度減少[1]。

4 結(jié)束語

青島地鐵1號線實施全過程、全系統(tǒng)的BIM應(yīng)用，在建設(shè)過程中取得了可觀效益，通過BIM技術(shù)進行碰撞檢查在地鐵施工過程中運用廣泛、效果顯著，有效解決了地鐵多專業(yè)有限空間施工難度大的問題。通過BIM三維建模，可在設(shè)備安裝之前先進行各專業(yè)之間及專業(yè)內(nèi)部的管線碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計可能存在的碰撞問題，減少施工階段因設(shè)計疏忽造成的損失和返工工作，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、減少隱患、縮短工期方面發(fā)揮重要作用，為BIM技術(shù)在地鐵全過程施工中的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗，BIM技術(shù)在地鐵全過程施工中的應(yīng)用也會創(chuàng)造出更多的價值。

參考文獻

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 城市軌道交通工程BIM應(yīng)用指南[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2018.

[2]李俊. BIM技術(shù)在軌道交通工程中的應(yīng)用[D]. 天津：天津大學(xué)， 2016.

[3]曾維榮， 馬從權(quán)， 林憲敏. BIM技術(shù)在地鐵施工管理的應(yīng)用探討[J]. 城市建設(shè)理論研究， 2017（35）： 167-168.

[4]許逸芹. BIM技術(shù)在地鐵機電系統(tǒng)施工中的應(yīng)用研究[J]. 江西建材， 2017（15）： 170.