BIM技术在地铁施工安全方面的应用浅析

张成方 李 超

（1.天津惠普数据中心设计工程有限公司，天津 300457；2.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251）

随着经济建设，交通技术的发展，为了解决地面交通拥堵，环境污染等问题，我国从多年前就开始大规模的进行铁路建设工程。但在地铁带动经济发展，改善交通的同时，我们也应当看到地铁施工的安全问题，不良的地铁施工事故将会带来很大的负面影响。根据统计，从2001年到2010年之间，我国和周边国家共发生了100起以上的地铁施工安全事故。这是由于地铁施工内容，地点，作业时间等都不相同，极易导致难以协调的情况，从而造成安全事故。由于地铁建设有周期长、投资大、涉及面广、工作量大等特点，在建设过程中稍微有点不注意，就有可能造成质量隐患，工期拖延，更有可能引发安全事故。为了减少地铁施工事故，传统的方式已经无法准确完整的报告实时的建设状况，所以我们必须要有一个更加高效，高科技的安全集成管理办法对地铁施工项目进行全面的，系统的，现代化的管理，这是以BIM作为核心的安全管理模式。基于BIM的建筑信息模型，我们就可以建造可视化的技术，为地铁建设信息化提供基础，让管理决策更加信息化，自动化，科学化，标准化。在带动地铁施工效率提升的同时，也大大降低了施工安全隐患。下面，就让我们基于BIM地铁施工空间安全管理研究，对于施工空间管理理论，施工空间管理技术，基于BIM的施工空间安全管理方法，施工空间冲突检查等问题进行探讨。

一 地铁施工空间管理理论

在地铁施工活动中，需要空间移动，制作材料和存储等。随着施工的进展，施工过程中的空间需求也会发生不断的改变，慢慢的可用空间就会越来越少，这样施工路径，材料处理就会给施工作业带来许多困难。所以必须提前预测而且要合理安排施工活动所占据的空间，尽可能的减少对于施工人员的干扰和空间拥挤，不然就可能造成效率低下，质量下降，安全事故等问题。认识到空间管理的重要性，有助于更好的预测空间需要，提高利用率。在进行地铁施工空间管理之前应该先认清空间的三个特点，即需求、位置、时间三要素，对于这三个要素，都必须相应满足。施工活动需要特定的空间资源，所以施工人员如果共享空间，就可能对双方造成不利影响，因此，施工时需要足够的可以用的空间。至于施工空间可以分为三类，一是可使用空间，就是指还没有建造过程和建筑产品占用的可利用空间。二是施工过程空间，是指动态的活动，就是产品生产过程占用的空间。三是施工产品空间，就是静态的建筑品占用空间。

二 地铁施工空间管理的关键技术

通过网络来计划进行场地安排空间是很常见的施工计划，一般由施工经理来制定分配临时区域，管理材料运输，起重机的位置等。但当前这些规划时空的方式都不够直观，不能够很好的描绘建设的空间规划。为了施工空间管理就急切的需要一个能描绘动态施工时间和空间的模型。将BIM技术引入4D的施工管理，可以有效的解决时变动态的全部过程问题，而且还可以随进度变化给予结构给予三维可视化和计算模型，提高施工安全和时变建模的效率，为时变理论的应用提供适合的途径与方法。还可以将BIM技术应用在设计细部，设计检讨和建设进度检查，防灾检查，设施管理资料等方面。再利用3D方式协作一起检查设计，减少过去2D的失误。BIM与3D的同时应用在增加了空间上的视觉检查以外，还校正了各个细节施工的剖面图和标记说明，避免频繁的设计更替。香港理工大学的李恒教授提出了基于BIM的虚拟施工技术解决方案。主要分析了优化设计，优化施工，优化管理等问题，这样就可以降低施工的成本和时间。现在国内外对于BIM应用的重点在于设计阶段的施工图生成，图纸管理，设计优化，施工碰撞检查和优化施工管理上面。BIM技术大大提高了设计图纸的精确度，减少了施工时的事故与突发情况。

三 基于BIM的施工空间安全管理办法

根据地铁空间的安全开展技术路线，首先依据项目BIM的应用目标，实际设计图纸和施工组织设计建立三维BIM的模型，然后相应链接进度计划再模拟施工，最后进行空间冲突检查，并对危险区域划分等级。BIM是被赋予了很多工程属性的三维图纸，由图纸再建立立体的模型。BIM模型一般由结构模型，建筑模型，机械模型和管道模型4部分组成。然后根据BIM的应用目标，依据详细程度构建不同模型且表达其属性及构件。施工模型是在建立上面的主体模型之后建立的模型，为了检测空间碰撞情况。比如在运土车，挖掘机等运输工具，其机械臂膀可以在机械旁边一定半径内进行旋转，所以只用实体外形3D描述并不能全面反映其在工作时的空间需求。这就需要根据其运动的轨迹和特性建立一个整体模型。BIM模型信息完整性是根据应用目的，用来确定信息表达的边界和信息表达的周详程度，用来避免信息的缺失或冗余。一般构建共包含三维几何的信息，比如形状，空间位置等等。BIM模型信息统一性是由于BIM应用需要的一系列软件的串联，当模型在不同的软件中变换时，因为采用了统一的建模工具而且因为相同的信息标准，同一信息就可以不用重复输入。

四 地铁施工空间冲突的检查

对于地铁建设工程来说，空间不是无限的，而是有限的，所以在工程建设过程中，设备摩擦、空间冲突是导致生产效率低下的主要原因之一，还可能引发安全事故。每一个工序在进行的时候必须要有足够的空间来进行活动。比如机械臂长的旋转半径，施工人员的活动半径，如果两者作业时在空间上产生了冲突，摩擦，就容易导致效率低下，人员伤害，财产损失等后果。所以在开工之前就要用BIM进行动态施工模拟，用来找出可能存在的问题，用来寻找最优机械的行进路线和人员活动的范围，大大减少了损失和人员伤害发生的可能性。在进行空间冲突检测之前，需要对每一构件和每一工序占用的空间进行描述，利用边界法描述BIM的实体外形。此外，对于一些特别的实体，就不能简单的用外形来描述其占用的空间情况。机械运输作业的行为主要表现在其旋转及前进，进行施工模拟的时候机械活动模型应该跟着施工机械一起运动，然后查找出周边可能发生的所有碰撞可能。

五 总结

因为地铁施工的环境十分的复杂，施工现场和场外行人车流很多只有一墙之隔，所以可以利用的空间十分有限。加上地铁施工现场摆放的器具，密集的工作人员，大量建筑材料，这些施工作业内容，地点的交叉容易导致活动空间占用时间和空间上的安全隐患。这样就必须基于BIM技术，将施工空间作为一种极其有限的资源进行严格的管理，这样才可以最大程度的避免地铁施工带来的安全隐患。

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