BIM技术在地铁工程领域的应用

(厦门大学建筑与土木工程学院 福建 厦门 361005)

引言

地铁作为一种现代化交通工具，为人们日常出行提供了便利，同时也是一个城市经济发展的象征。但地铁工程属于大型的工程项目，设计环节难度大，施工难度和复杂性较高。如果能在地铁项目建造过程中做好前期规划，能有效的减少后续施工过程中产生的问题和成本的投入。BIM作为一种先进的信息技术有效的应用到地铁项目施工的各个阶段，协调各专业进行设计，及时对施工变更问题进行控制，给项目的工期控制和成本管控提供保障。BIM技术能够应用到项目的整个生命周期，对地铁项目的后期运营和维护提供有效的帮助，确保整个项目顺利开展。

一、BIM技术概念及应用

(一)BIM技术简介

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型技术，是当前国际上建设领域信息技术研究和应用的热点。随着我国经济的快速发展，建筑行业也在不断的进步和创新。在大数据时代的背景下，BIM技术越来越受到重视，各类建筑行业都在引入BIM技术。BIM技术通过数字信息仿真来模拟建筑物的真实信息，形成一个建筑信息数据库。数据库涵盖了几何、空间、体量、地理等众多信息，可以实现建筑工程信息共享和各专业协同作业。BIM技术具有可视化、协调性、优化性和模拟性等几大特点，根据其特点可应用其在建筑施工过程中进行深化设计、多专业协调、碰撞检查和优化布置。提高整个工程的施工效率、降低成本，保证建造质量。

(二)国内外应用现状

BIM技术首先发展于美国，因此在西方发达国家BIM技术起步相对较早，应用也比较广泛。

在2003年，美国总务管理局(GSA)推出了国家3D-4D-BIM计划。美国大多数建筑企业都应用了BIM技术，因此技术也相对比较成熟。英国政府则强制要求使用BIM技术，英国内阁办公室发布的“政府建设战略(Government Construction Strategy)”文件中，要求全面协同的3D·BIM，并将全部的文件以信息化管理。同样BIM技术在韩国和日本一些国家都受到了重视，政府部门都大力支持和推广。

在国内BIM技术起步相对较晚，随着BIM技术的优势愈加明显，国家也在积极推广BIM技术。BIM在房屋建筑行业应用较其他行业更加广泛，但是在地铁方面的应用和研究还相对较少。为了顺应建筑行业信息化趋势的发展，很多大型工程项目中都应用到了BIM技术，一些项目招投标阶段明确要求要包含BIM技术，充分展现了BIM技术在建筑行业中的应用价值。

二、地铁工程项目概况

本文以厦门市某实际地铁工程项目进行分析，该项目位于城市中心地带，周围有密集的居民区和商业区。该地铁站是两条线路的换乘站，总共分为三层，负一层为站厅层，负二层和负三层分别为两条地铁线路的站台层。车站埋深为28.7m，站台宽度为12m，车站总长度为119m，主体建筑面积为9235。该项目施工过程中主要的难点在于，项目位于繁华地段，周边景点众多而且交通路况较为复杂。要考虑地铁工程项目对周边整个区域的影响，所以整个工程项目的前期规划难度较大。同时因为属于地下工程作业，地质条件复杂，给工程施工增加了难度，要尽量减少返工问题带来的工期延误和成本投入。其中地铁站机电管线布置较为复杂，涉及的专业较多，很容易因为缺少沟通产生碰撞问题，施工难度大。

三、BIM技术在地铁工程项目中的应用方面

(一)可视化模型构建

BIM技术的一个最重要特点在于三维可视化，实现了传统的二维图纸向三维模型的转化。在BIM技术出现前，工程师的最主要施工根据就是CAD绘制的二维图纸，难免因为结构设计优化深度不够，复杂节点绘制表达不完善而影响施工效率。利用Revit等系列软件创建地铁项目的BIM模型，包括结构整体模型(图1)、机电系统模型(图2)等。在地铁工程项目施工前期对设计结果进行可视化展示，使业主和施工单位更直观的了解设计方案，对后期施工过程中的难点和存在问题提前预测。同时利用工程项目BIM三维模型与周边环境相结合，根据工程项目四周的交通道路情况和建筑物布局等对项目的设计和构造布置进行优化，实现了地铁工程建造项目与其周边环境的有效融合。

图1 地铁车站整体模型

图2 地铁机电系统模型

(二)碰撞检测

在地铁工程项目前期规划中，各专业设计是分开的，难免因为缺少沟通而产生碰撞问题，比如机电的管道和结构的梁柱位置重合。各专业根据二维图纸建立各自的BIM模型，最终整合建筑、结构和机电等专业模型，形成一个完整的地铁系统BIM模型。使用Revit软件里面的碰撞检查功能，可以有效的检查BIM模型中的冲突和碰撞部位，生成碰撞报告(图3)，根据检测报告提前跟设计单位进行沟通交流，深化设计方案，减少后期返工。同时利用BIM技术，对结构一些复杂节点进行优化(图4)，降低施工难度。对于一些设计复杂，机电管线和构造部件较多的部位，BIM模型还可用于现场施工指导，提高作业效率。

图3 碰撞检查报告

图4 复杂节点优化

(三)BIM虚拟仿真模拟

应用BIM技术不仅仅可以模拟设计出的建筑物模型，还可以进行现实情景虚拟仿真模拟(图5)。在项目前期的规划阶段，可以利用BIM技术进行一些仿真模拟，如节能模拟、紧急疏散模拟、热传导模拟等，有利于项目进行深度优化设计。在项目施工阶段可以进行4D模拟，在项目三维模型的基础上加上时间维度，根据施工组织设计来模拟实际施工，实时跟进项目工期，从而更加合理的制定施工组织方案来指导实际施工，BIM技术指导施工流程如(图6)。项目后期运营阶段，BIM可用于日常维护，紧急情况疏散逃生模拟等，使运营管理更加高效便捷。BIM技术可用于工程项目的各个环节，是实现工程项目信息化的基础。

图5 BIM虚拟仿真模拟

图6 BIM施工流程

(四)项目成本优化控制

BIM模型作为一个建筑信息数据库，它具有成本控制的各种基本功能，其包含了设计模型和算量模型。传统的成本控制中，造价师通常是根据二维图纸来构建成本模型，然后经过汇总和整理才能够得出全面的成本数据。一旦涉及到图纸变更，得重新进行算量估价。而在成本控制中引入BIM技术，能有效的算出工程项目的整体材料用量。涉及到设计变更时，能很快的在模型中反应出来，并生成新的变更后的材料用量，相对于传统成本管控更加高效准确。同时，将BIM技术与广联达等预算软件相结合，真正实现项目成本管控信息化。将BIM技术应用到地铁工程项目的整个周期中，在工程的各个阶段都能实时进行把控，确保工程项目的运营和项目成本管理的整体实效，有助于提升成本控制的成效。

四、结束语

目前，我国对于BIM的研究还处于初级阶段，特别是在地铁工程领域的应用相对较少。将BIM技术运用到地铁项目工程的整个生命周期，对提高项目的前期规划、设计优化、后期施工和运营有着重大的作用。BIM技术带给我们的不仅仅是一种更高效的工具，而是一种全新的信息技术理念。BIM技术必将成为未来建筑行业的发展趋势，为传统建筑行业带来一场信息技术革命。我们应当在实践中不断的探索总结经验，让BIM更好的发挥其价值。