BIM技术在地铁车站土建施工中的管理研究

2018-03-24王顺新张木建刘天正

城市建设理论研究（电子版） 2018年32期

关键词：可视化工程模型

王顺新张木建刘天正徐阳

1.中铁二局集团有限公司北京 101100

2.北京市轨道交通建设管理有限公司北京 101100

正文：

1.BIM 技术现状及发展趋势

1.1 BIM 技术现状

目前，BIM 技术因为其实际内涵和价值，在国内外建筑行业和学术界受到越来越多的关注和研究、设计与实现，正逐步成为建筑行业发展以及产业转型升级的关键技术。我国建筑施工仍是琐碎的碎片化模式，每个项目的工作的标准也大不相同。而BIM 需要的是一个集成整合好的可行的工作流程，因此尚未能达成 BIM 在实际工程中应用的成熟环境，真正能够将 BIM 用于现场的管理还需要时间来慢慢催化。[1]

就 BIM 技术在设计单位和施工单位的运用情况来看，设计单位通常只是创建基本的模型，众多细部构造还是以详图的形式标注，施工单位是在设计图纸获设计模型的基础上进行深化，将各建筑、结构模型进行施工流水段划分，并将所有细部构造创建完成。施工单位在设计模型的基础上进行深化时，往往会出现设计模型与施工图纸有部分偏差，还需要根据施工蓝图中的细部构造图进行深化，更有甚者，设计模型不满足施工深化需求，还需重新创建适用于施工的模型。

BIM 技术的发展尚处于初步阶段，就施工单位而言，纯粹的利用现有的 BIM 技术和 BIM 相关软件并不能完全满足施工管理需求，如果需要利用不同 BIM 相关软件的优点来满足管理需求，就需要各软件之间的信息转换，但目前各 BIM 软件都有自己的核心技术和数据格式，信息之间的传递并不能直接进行，可能需要多次的数据格式转换，而在转换过程中往往会出现模型或信息的丢失，导致BIM 应用往往在过程中夭折。另外，大多施工单位已经形成了完整的施工生产体系，虽然对新技术比较向往，但往往会发生新技术与传统技术不匹配的现象，导致 BIM 技术不但没有解决问题反而增加了成本，因此，目前大部分施工单位尚在尝试阶段。

1.2 BIM 技术发展趋势

从 2014 年开始，在住建部的大力推动下，各省市政策相继出台 BIM 推广应用文件，到目前我国已初步形成 BIM 技术应用标准和政策体系，为 BIM 的快速发展奠定了坚实的基础。

2019 年 1 月 25 日，中国就业培训技术指导中心（人力资源和社会保障部职业技能鉴定中心）发布《关于拟发布新职业的公示通告》中，初步确定包括建筑信息模型技术人员在内的 15 个拟发布新职业，对建筑信息模型技术人员定义是：利用计算机软件进行工程实践过程中的模拟建造，以改进其全过程中工程工序的技术人员。以此可以看出国家对 BIM 技术的推广力度，同时也可已确定BIM 技术将出现井喷式的发展趋势。

随着国家和各省市政府相继推出 BIM 相关政策，建筑生命周期各参加方都在积极应用 BIM 技术，但由于现有计算机软件各有优点且信息数据不统一，应用深度往往不深；要想 BIM 技术快速发展并应用至全生命周期，需要由建设单位主导，各参建方的共同努力，才能发挥 BIM 技术的作用。

1.3 BIM 技术在轨道交通中的应用

2018 年 5 月住建部发布《城市轨道交通工程 BIM 应用指南》，主要内容是城市轨道交通应结合实际制定 BIM 发展规划，建立全生命技术标准与管理体系，开展示范应用，逐步普及及推广，推动各参建方共享多维 BIM 信息、实施工程管理。

目前，BIM 技术在轨道交通施工中的主要应用是在快速建模、精准算量、质量管理、进度管理以及成本管理方面。对于施工单位而言，工程量的计算、工程质量控制、进度控制以及成本管理是重重之重，通过 BIM 技术可以实现工程量的快速准确计算，作为工程结算的依据，从而加强成本的控制，同时利用 BIM技术进行 4D 施工进度模拟，对施工方案进行可视化模拟，检查施工方案的可实施性和计划的合理性，提前暴露施工中可能出现的冲突，从而优化方案。

2.BIM 技术对地铁车站土建施工的意义

2.1 周边环境及既有结构

一般而言,深基坑的施工处在城市的核心地段,施工条件和周边环境相对繁杂、混乱,如果施工时出现道路开裂、管道破损泄露、地表下陷或建筑物倾斜等问题,会对城市的发展和建设带来无法挽回的损失。在地下空间建造及使用过程中，采取的工程措施是否合理，是关系到地下空间建造及使用安全、周边环境安全的关键。[2]

对深基坑周边环境（地上建筑及地下管线）进行 BIM 模型建模，可以在三维状态下直观的分析周围环境对车站土建施工的影响和施工对周边环境可能造成的影响，通过碰撞检查可以分析出周边建（构）筑物与车站结构之间的位置关系，尤其是地下管线，为管线迁改和建筑物保护方案提供依据。

2.2 地质情况可视化

岩土工程区域性强，岩土工程中的深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，且精确度很低。[3]

根据《工程地质勘查报告》，利用地质建模软件可快速创建生成地质模型，可以直观的在三维状态下查看某一位置的具体地质情况，为围护结构施工及土方开挖提供依据。

2.3 施工场地临建优化

城市轨道交通一般规划在城市的核心地段，周围环境复杂，能提供的施工场地条件有限，尤其是明挖车站深基坑施工，如何利用有限的场地，创造有利的施工环境是关系到工程项目有效推进的关键。

通过 BIM 技术对施工场地进行布置，无需像 CAD 时代那样在二维图纸中规划全部场地，只需要在二维图纸中简单画出红线区域以及区分各区域的功能，在 BIM 核心建模软件中，将各功能区的临建设施创建成三维模型，用搭积木的方式搭建完成各区域的临建布置；搭建过程简单高效，不需要使用像 AUTO CAD 中的快捷键，只需要鼠标点击放置族就可以完成临建模型。临建布置过程可完全在三维状态下进行，能直观的分析各功能区是否满足需求，并根据实际情况优化调整。

通过 BIM 技术在临建场地布置规划中的应用，能够直观的反映临建布置是否美观、场地规划是否合理、各功能区是否满足使用需求等，让每一寸土地发挥出应有的价值，为项目施工创造有利的条件，减少不必要的临时设施改建、重建，节约项目成本。

2.4 优化施工组织

施工组织设计是用来指导施工项目全过程各项活动的技术、经济和组织的综合性解决方案，是施工技术与施工项目管理有机结合的产物。一般建筑工程的施工主要有建筑结构、建筑水、暖、电等施工以及建筑工程的道路、地下、空中等多个阶段或者工程内容的施工。而且在建筑工程施工过程中根据不同的施工内容具体的施工任务也不相同。进行科学、合理的施工组织设计，不仅对于建筑工程施工建设有着积极的指导意义，而且对于施工管理以及工程施工的按时完工都有一定的积极作用，在建筑工程施工中更加具有必要性。[5]

通过 BIM 将项目的重点和难点进行建模分析，按进度计划进行施工方案优化；对重要的施工环节和施工工艺的关键部位进行施工模拟分析，优化施工方法，提高计划的可行性；对施工场地进行模拟布置并按施工阶段进行调整，优化施工过程中场地资源配置等。借助 BIM 对施工组织进行模拟，管理者能直观的了解整个施工现场从进场施工至竣工验收过程中各施工阶段、施工工艺的计划情况，清晰把握施工的重难点，发现施工组织设计中不合理的部位，并利用 BIM 进行优化，提高施工组织合理性，进而提高施工效率，保证施工质量，确保施工过程安全。

3.BIM 技术在土建施工中的主要应用

3.1 三维可视化

三维可视化是 BIM 技术的基础特征。可视化即“所见所得”，对于建筑行业来说，可视化的作用是非常大的，例如拿到的施工图纸，往往只是用平、立、剖等方式将各构件的信息和空间关系用线条进行平面表达，但是其真正的构造形式就需要工程技术人员利用空间想象力去理解。

BIM 的出现使得以往的线条式的构件以一种三维立体实物图形的方式展示在人们的面前，并且可以随时以往平、立、剖的方式进行表达，同时也能够将构件之间互动性和空间关系进行可视话表达，以及将整个施工过程进行模拟，所以可视化的结果不仅可以用来效果图的展示，更重要的是项目建造过程中各参建方、各专业以及各工序之间的沟通、协调都在可视化的状态下进行。

3.2 工程量管理

对施工单位而言，工程算量的准确性，工程量计算的准确与否，直接影响工程造价的准确性，以及工程建设的投资控制。在传统的施工项目中，工程量的计算一般是根据施工图纸和计算规则进行手工计算，这种方式不仅需要消耗大量的人工，而且比较容易出现手工计算带来的差错。

BIM 是一个富含工程信息的数据库，施工所需的任何信息均可添加到模型中，可以真实地提供施工管理和造价需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过 BIM 获得的准确工程量可以作为结算工程量复核依据甚至直接作为结算依据。

3.3 4D 施工进度管理

建筑施工是一个高度动态的过程，随着建筑工程规模不断扩大，使得施工项目管理变得极为复杂。然而，当前建筑工程项目管理却相对落后，通常用横道图表示进度计划，用直方图表示资源计划，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的动态变化过程，更不能动态地优化分配所需要的各种资源和施工场地。如何在项目建设过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进程，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期，降低成本，提高质量，是建筑施工领域所亟待解决的问题。[4]

通过将 BIM 与进度计划相链接，在空间信息的基础上添加时间信息，整合形成4D 模型，在模型中可以直观的反映各部位的计划安排、资源配置，并在施工过程中通过添加实际进度，快速完成实际进度与计划进度的对比分析，进而根据实际情况合理地调配资源及场地布置，实现对整个工程的施工进度、资源的统一管理和控制，以缩短工期，降低成本。

另外 4D 施工模型将各施工工艺进行细化模拟，预先发现施工中的不合理之处，并作为依据指导施工方案的优化，减少施工过程中的停工、返工现象，降低不必要的开支，从而节约成本，提高效益。

3.4 碰撞检查

一般建筑工程的施工主要有建筑结构、建筑水、暖、电等施工以及建筑工程的道路、地下、空中等多个阶段或者工程内容的施工。传统的施工通常是各专业按照各专业施工图纸进行的，当后序专业照图施工时通常会发现前序专业已完成的项目与本专业待施工项目存在冲突，导致后续施工滞后，影响施工进度。

通过 BIM 技术创建各专业三维模型，利用碰撞检查，提前发现各专业之间的结构碰撞点，并在 BIM 模型基础上进行协调修改，避免各专业施工过程中出现冲突。另外，还可以将各专业进行施工模拟，进行 4D 模拟施工，并在 4D 模拟的基础上进行碰撞检查，预先发现施工过程中的施工工艺的碰撞，为管理者提供参照依据，进行施工工序调整，避免施工冲突，加快施工进度，保证施工质量。