BIM在地铁站点工程中的应用探索

苏 斌 苏 艺 赵雪锋 王 磊

1 前言

地铁站工程属于地下隐蔽工程，工程环境和外部条件十分复杂。首先，地铁沿线建筑物众多、管线复杂，甚至需要多次下穿或近距离穿过既有环线地铁线路、桥梁、护城河及历史古迹。其次，周边交通繁忙，施工的工作面十分狭窄。第三，工程量巨大，工程计划组织协调工作繁重，尤其是地铁施工机械体量庞大，需要统筹合理安排。第四，地铁工程技术难度较高，涉及众多专业，专业之间较易形成“信息孤岛”，产生施工冲突。

BIM是基于参数化、可视化而建立的建筑模型数据库，通过数据共享和传递实现各专业、各用户之间协同。由于本地铁站施工过程中引进了BIM技术，为工程施工提供了帮助，缩短了工期和节省了大量的变更费用。对于局部复杂形状难以表达的地方，可以通过BIM模型实现可视化，充分了解工程局部内外结构和施工难点。3D模型中加入时间维度，可以实现4D虚拟施工［1］，优化施工方案和施工工艺，模拟工程施工工序，减少工程变更。BIM模型为各专业、各参与方搭设了一个共同的交流平台，信息自由调用，避免了信息割裂、不统一。

地铁站工程社会影响显著，施工难度较大，容易发生施工安全问题，同时工程本身结构复杂，对设备安装，管线综合排布精度要求高，项目各参与方不易进行沟通和协调工作，本文通过BIM技术在复杂条件下地铁站施工中的应用，探索了BIM对地铁站工程的技术支撑和施工管理。［2］

2 本工程BIM应用技术路线图(见图1)

3 BIM在设计阶段中的应用

BIM在设计阶段的应用主要有:

(1)三维建模，实现可视化，获得直观的设计环境，并且可以由模型自动生成施工图纸，减少二维图纸中的“错漏碰缺”。三维建模主要分为场地建模、土建建模、设备专业建模，最后整合，形成全专业整体模型。各参与方通过模型相互沟通更加方便，同时对构件的形状、尺寸大小易于理解，形成了整体感的认知。对二维图纸分析是面向局部的工作，然而应用BIM技术建立三维模型可以直观看清工程的整体情况，因为BIM模型中各视图之间是有机联系的，形成了联动机制。

目前建模的方法主要是利用设计院给出二维设计图纸，重新建立模型。本工程的核心建模软件

图1 地铁站工程BIM应用技术路线图

采用了欧特克公司的Revit软件系列。基于二维图形搭建三维模型可分为三步进行:一是对CAD施工图进行识别，了解建筑、结构及管线设备的大致结构以及布局，体会二维图形所涵盖的设计思想;二是将CAD文件链接到Revit软件中，依照图中给出的图元、轴网、标高等信息，合理利用Revit里面所含有的三维模型构件，沿着二维图形的分布画出Revit软件里的二维图形，就是用Revit描画二维CAD施工图，进而生成三维图形;三是所有CAD图的内容描完之后，打开Revit三维视角，便可看见基于二维施工图的三维模型［4］。图2－3给出了本工程的建筑、设备信息模型。

图2 设备信息模型图

(2)突出模型局部复杂结构，进行直观分析。通过复杂结构的分析为重要部位施工提供视觉上的参考，对建筑的构造和布局也有了更加清晰的认识和理解。例如检查空间是否能够确保车辆正常运行，检查复杂节点钢筋布置以及混凝土浇灌空间检查、管道排布之间的碰撞检查。

图3 土建信息模型图

(3)碰撞检测，本工程主要分为两个方面:一是单专业模型碰撞检测，分别为土建模型碰撞检测和综合管道碰撞检测。二是全专业整体模型碰撞检测。

土建模型碰撞检测主要是土建模型内部的建筑与结构系统的不合理布局以及结构系统之间的连接构造问题，通过二维图纸建立三维模型，Revit软件可以自动校核，检查出以上问题。例如构造柱刚好面对窗户，使窗户无法打开等。

图4 模型碰撞图

图5 碰撞2维CAD图

综合管道碰撞检测主要是管道之间的搭接碰撞，即电气、水、暖通设备管线之间的碰撞检测。在传统二维CAD图纸设计中，管线的设计属于粗放型的，而采用Revit进行三维管线综合设计则是精细化设计。设计师为施工人员提供的不都是示意图，而是能够满足工程严格净高要求的精细化设计的三维管道模型，能够明晰构造要求以及管道布局。即便是在某些局部复杂且管线较多的地方，施工人员也能够根据模型完成安装。利用Revit MEP软件自身的功能，对管线模型进行自动检测，生成问题报告，再由具有施工经验的工程师对问题报告进行筛选，选出有必要调整的部分，最终对管道模型设计再次进行方案优化。目的是为了满足建筑体功能并留出足够的净高和空间。这样做不仅帮助施工人员提高工作效率，缩短施工进度同时也能对施工质量加以保证。如图4－5管线碰撞及表1所示。

全专业整体模型碰撞检测，主要是土建模型与综合管道模型之间的碰撞。在多专业碰撞检测中，以修改管道布局为主，当出现复杂建筑结构构造不合理时才会重新调整建筑构造。Revit软件会自动检测，并生成问题报告。由建模人员反馈给设计单位，重新调整和优化设计方案，进而完成对模型的跟踪修改。

表1 问题报告

(4)BIM模型的参数化特点，用户可以从模型中自动提取丰富精确的数据信息，进行工程量统计，对全生命周期的造价管理具有很大帮助。从BIM模型中获取工程量统计目前主要有三种方法:一是利用应用程序接口(API)在BIM软件和成本预算软件中建立连接;二是利用开放式数据库连接(ODBC)直接访问BIM软件数据库;三是利用BIM的自动算量功能将工程量导入到Excel表中，然后按照传统方式进行成本核算。［5］

例如地铁站工程中机械设备、墙、风管明细表清单的自动生成，如表2所示。

表2 风管、墙、机械设备明细表

基于BIM的自动化算量方法可以减少造价工程师的劳动量，提高工作效率;相较于传统工程量算法BIM的自动算量功能更加准确;基于BIM的自动化算量方法可以更快地计算工程量，及时将设计方案的成本反馈给设计师，便于在设计的前期阶段对成本进行控制，传统的工程量计算方式往往因耗时太多而无法及时地将设计对成本的影响反馈给设计人员。［6］

图6 管道设备预留孔洞图

(5)在出图方面，建立BIM模型后可以自动生成施工图，产生的平立剖图之间的信息是相互联系的，无法单独更改。由于BIM模型是基于参数化设计而成的，所以生成的二维图纸中的信息，无法随意更改，减少了主观设计错误，确保了施工图的准确度。［7］在全专业模型碰撞检测之后，经过设计方案优化，可以自动生成预留孔洞图，如图6为某管道设备预留孔洞图。

通过BIM模型自动生成的预留孔洞为后续施工提供了帮助，准确洞口预留可以帮助减少工程变更，加快了施工进度，让后续施工更加顺畅。

4 BIM在施工阶段的应用

为了实现虚拟施工，本工程建立了基于BIM的4D信息模型。4D信息模型是在基本信息模型的基础上增加工程进度信息以及相关的资源、过程和管理信息等所形成的4D时空模型。［8］

BIM可以四维模拟实际施工，以便在早期设计阶段就发现后期真正施工阶段可能出现的各种问题，进而提前处理，为后期工作打下坚实的基础。在后期施工时能作为施工的实际指导，也能作为可行性指导，以提供合理的施工方案、人员及材料，最大程度实现资源的合理运用。

利用结构、设备管线BIM模型进行工程深化设计，是当前施工阶段BIM应用的重要体现。其应用方法有两种:①将所创建的模型，通过IFC或．rvt文件导入专业设计软件中进行深化设计;②根据碰撞检测的分析结果，直接在BIM建模软件中对结构、水暖电管网及设备等专业设计进行调整、细化和完善。［9］

以机电设备安装为例本工程采用了第二种方法对机电设备安装辅助深化设计如图7所示。

利用Revit软件系列建立模型，导入到Navisworks进行碰撞检测，根据问题报告对模型调整，基于协调好的模型，剖切任意截面，提高机电安装深化设计的准确度和效率。在后期施工过程中，根据4D施工模拟可以明确机电设备的安装顺序，避免安装错误。如图8所示。

5 总结

通过地铁站BIM应用，我们总结出其应用价值为:(1)实时浏览、观察设计模型，提高各专业、各参与方的理解效率，促进工作的协同性;(2)直观观察设计模型，减少施工方对施工图纸的理解差异，帮助优化施工方案，缩短工程进度，有效控制工程的成本，实现资源的合理配置;(3)集成建筑、设备属性，提高信息集成度从而帮助运营商维护管理。

图7 机电深化设计图

图8 机电设备安装模拟动画图

本工程将现代先进信息化方法融入并体现到具体的项目建设管理过程中，实现地铁工程从二维文档管理向三维模型管理和四维虚拟仿真管理的层级跨越。同时，它将促进地铁建设管理工作的系统化、规范化和信息化，为工程建设管理提供科学、可操作的技术支持，并及时、有效地指导工程建设各管理部门的管理工作。地铁项目施工组织模型中的信息能直接指导地铁的运营维护和改扩建，真正实现地铁工程的全寿命期管理。［10］BIM技术在国内地铁站工程中的应用尚在探索阶段，本工程将对其他地铁建设城市的履约管理和信息化管理有良好的参考和借鉴价值，通过结合地方特点进行优化完善，并可逐步推广应用。

［1］柳娟花，李艳妮．基于BIM的虚拟施工技术应用探究［J］．电脑知识与技术，2011，7(29):7266-7268．

［2］龚郁杰，滕晓敏．用于施工管理的建筑信息模型BIM［J］．海外纵览，2011，7(29):79-82．

［3］Eastman C，Teicholz P，Sacks R．BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］．NY John Wiley and Sons，2008:93-460．

［4］赵灵敏，岳广飞．山东省文化中心项目BIM应用实践［J］．土木建筑工程信息技术，2011，3(4):51-57．

［5］Eastman C，Teicholz P，Sacks R．BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］．NY John Wiley and Sons，2008:93-460．

［6］王广斌，张洋，谭丹．基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法研究［J］．科技进步与对策，2009，21(26):47-49．

［7］马洪娟，姚守俨，戈祥林，林忠和．BIM技术在南宁规划展示馆项目施工中应用体会［J］．土木工程信息技术，2011，12(3):82-86．

［8］张建平，范喆，王阳利，黄志刚．基于4D-BIM的施工资源动态管理与成本实时监控［J］．施工技术，2011，4(40):37-40．

［9］张建平，李丁，林佳瑞，颜钢．BIM在工程施工中的应用［J］．施工技术，2011，4(371):10-17．

［10］王广斌，张洋，姜阵剑，张俊生．建设项目施工前各阶段BIM应用方受益情况研究［J］．山东建筑大学学报，2009，10(24):438-442．