BIM技术在地铁站施工中的应用

□文/刘 彦

BIM的全称是Building Information Modeling，即建筑信息模型，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。随着计算机技术的飞速发展，BIM技术在施工领域的应用越来越广泛，利用BIM技术能够有效对施工资料、施工进度与施工质量和施工安全等进行管控，确保施工质量，提高施工效率，最大限度的缩短工期，更能降低因错误而变更所额外增加的施工成本，减少材料的浪费，提高经济效益。随着社会经济的发展，建筑难度越来越大，施工任务越来越复杂，对工期的要求越来越紧迫，BIM技术能很好地解决了这一工程难题。

1 工程概况

天津某半地下地铁站地下一层为站台层，侧式站台；地面一层为设备层和站厅层。地下一层为箱型结构，结构总长236.5 m，占地面积13 381.98 m2。车站结构宽度小里程端为33.60 m，大里程端为25.70 m。站厅层建筑面积5 773 m2，建筑高度约14 m，管线最大安装高度10.3 m。站台层建筑面积7 612 m2，建筑高度约7.5 m，管线最大安装高度6.6 m。冷冻机房位于地面站厅层，建筑面积约900 m2，管线安装高度约7 m。施工任务包括车站及相关地下区间的二次结构及机电系统设备安装施工，给排水、环控通风及动力照明设备、材料的供货、安装、调试等。

2 工程难点

工程工期紧、任务量大；二次结构与机电专业、装修专业交叉施工。施工空间小：冷冻机房管线、设备众多，因此给管线排布带来了很大的困难。

3 BIM技术的应用

3.1 可视化施工

通过BIM技术进行三维建模，包括土建、结构、钢结构、给排水、电气和暖通等专业，与CAD图纸相比，三维建模能够实现可视化施工、可视化交底与施工现场模拟动画，更直观的指导现场施工，见图1。

图1 BIM模型局部展示

3.2 机电管线综合设计与碰撞检测

机电安装包括送风、排风、排烟、电缆吊架、给水管、通气管、污水管、消防管、废水管、冷却水供水管、冷却水回水管、冷冻水供水管、冷冻水回水管、气灭管、冷媒管及冷凝管等，管道规格大且密集，既要保证净空的需要，也要留有检修空间，还要满足审美需要，因此给管线排布带来了很大的困难。利用BIM技术对管线进行综合排布，管线优化的同时兼顾吊顶及精装修造型，使管底净空满足了要求，见图2。

通过碰撞检测，可以在施工前快速、准确、全面的检查出设计图纸中存在错误，以及设计不合理或与施工规范不符等问题[2]，通过BIM技术对管线进行碰撞检测，形成了碰撞报告。检测出包含土建和机电碰撞共500余处，经优化调整后满足了规范及现场施工要求，大大降低了因碰撞而产生的返工，节约了近两周工期。见图3。

图2 利用BIM对管综进行优化后

图3 碰撞检测前后对比

3.3 二次结构预留孔洞

主管线优化完毕后，采用BIM技术进行墙体管线预留孔洞排布设计，导出CAD图纸，见图4。图纸中标注了预留孔洞的详细信息，包括洞口编号、尺寸、标高和定位等信息，指导现场穿墙孔洞预留施工。通过该技术的使用，在砌筑阶段便完成了管线预留洞的精准设置，本工程80%的预留孔洞符合现场实际情况，避免了二次剔凿给墙体带来的质量问题。

图4 二次结构墙体预留孔洞

3.4 二次结构排砖

利用BIM技术对二次结构进行排砖，通过提前设置砌块的尺寸、灰缝厚度、圈梁和构造柱等，对砌块进行排布，生成砌块用量表。见图5。通过BIM技术对排砖方案进行模拟设计，提高了现场施工人员排砖方案的合理性与科学性。避免传统模式交互不畅造成砌体拆迁和不必要的浪费。减少材料二次搬运的成本。与传统的方式相比，节约砌块用量约10%。

图5 BIM技术排砖

3.5 综合支吊架设计

由于局部管线众多且布局复杂，综合支吊架在管线的排布中起着至关重要的作用，综合支吊架既能优化管线路径，避免各专业管线路径交叉打架，又能满足设计的使用工程，降低成本，节约工期。见图6。

图6 综合支吊架设计

3.6 系统平衡计算

空调送风系统安装高度约10 m且质量大，为本系统安装的难点，同时也给风系统流量平衡调整工作带来了困难。运用BIM技术对该系统进行了高精度建模，将设计给出的运行参数输入至系统平衡计算模块中，利用BIM技术对系统中的每一个支路进行流量平衡计算并生成空调风系统平衡计算报告，得出每一个末端在系统平衡时所处的压差及平衡风量。将计算所得的系统末端风口压降值输入至现场空调自控系统当中，系统便按照阀门压降与开度对应曲线图，将每个末端的电动风量控制阀调整至所需的开度，使每个末端的风量保持一致，达到系统平衡的目的。

通过BIM技术在流量平衡调整中的应用，大大减少了传统风量平衡调整中所需的设材使用量，同时也缩短了测量调试人员在高处作业的作业时间，降低了高空作业的安全风险。另外，通过线上计算，直接推算出系统内各测量点的风量，从而在很大程度上降低了现场测量的时间。经粗略计算，节约了调试设材使用费约10 000元，缩短了调试工期约5 d，见表1。

表1 传统方式与BIM方式比较

4 BIM5D平台的应用

BIM5D软件是以BIM平台为核心，集成土建、机电、钢结构、幕墙等各个专业的模型，以集成模型为载体，通过PC端、网页端和手机端协同工作，对项目资料、进度、质量、安全和商务等进行管理，以达到控制成本、提升质量和缩短工期的目的[3]。本工程主要是应用BIM5D平台对进度和质量、安全进行管控，将Revit模型导入BIM5D平台，以模型为基础，对为施工过程中的技术、生产等环节核心数据进行统计管理，从而提升项目的的管理效率[4]。

4.1 资料管理

通过BIM5D平台可以将电子版工程资料上传到平台中，包括图纸、合同、变更、结算、各种通知单、申请单、采购单、验收单等，将其与模型进行关联后，可以进行工程资料分类管理，更快捷的找到与模型相对应的工程资料。

1）施工过程中，可以通过模型可视化特性，选择任意构件，快速查询构件相关各专业图纸信息、变更图纸、历史版本等信息，一目了然。

2）图纸相关联的变更、合同、分包等信息都可以联合查询，实现了图档的精细化管理。

3）结合云技术和移动技术，项目团队可将建筑信息模型及相关图档文件同步保存至云端，使文档能够快速、安全、便捷、受控地在团队中流通和共享[5]。

利用5D资料管理系统对本工程资料进行全过程管理，增强了技术资料与现场施工部位的协调同步，提升了工作效率。

4.2 进度管理

通过BIM技术实现了对现场的进度跟踪，利用BIM5D平台，生产经理根据周计划或者月计划向相关责任人派发施工任务，相关责任人通过BIM5D手机端对派发的任务进行管理，通过计划进度与实际进度进行对比，实现对本项目的进度管控。管理人员还可以利用手机端上传施工进度照片，通过平台实时了解场的施工情况，现场的进度状态跟踪，可以提供实时的动态决策依据，便于施工部署及各种资源的及时优化。

4.3 质量和安全管理

现场管理人员利用BIM5D手机端快速记录现场质量、安全问题，将信息推送至相关责任人进行整改，整改完成后形成问题闭合的管理流程，了解项目质量、安全总体情况、问题闭合情况等；在质量安全例会上对质量、安全问题进行总结探讨。后期利用PC端可以基于模型进行问题定位查看、数据自动汇总。一键生成整改单，大大提高效率。

可以利用WEB端随时查看数据，包括施工现场的相关资料、实施进度、现场的质量安全问题的整改情况等，通过网页端进行周、月质量安全情况统计，可以对各分包单位进行有针对性的管控，从而提高施工效率。

5 结语

由于本工程工期紧、任务重，通过BIM技术的应用，有效对施工进度与质量安全进行管控，确保了施工质量，提高了施工效率，最大限度缩短了工期，降低了因错误而变更所额外增加的成本，减少了材料的浪费，提高了经济效益。