BIM技术在地铁施工安全方面的应用

王兴宇 沈阳地铁集团有限公司高级工程师、本科

地铁是当前人们出行的重要交通工具，地铁的建设在很大程度上缓解了城市交通运输压力。然而，地铁施工的安全性一直是设计单位与施工单位要重点关注的问题。如何能既保证施工质量又确保施工安全是施工单位重点研究的问题。将BIM 技术应用于地铁工程建设，对施工现场进行安全管理，能在很大程度上提升施工安全系数。

一、BIM 技术概述

BIM 技术是20 世纪70 年代首次被美国教授所提出的，该技术的中文全称为“建筑信息模型”。直至今天，BIM 经历了萌芽阶段、产生阶段和发展阶段三大阶段。当前，随着BIM 技术的成熟与完善，该技术被应用到越来越多的工程领域。

BIM 技术与传统CAD 技术一样，都是建筑辅助设计工具，然而，BIM 技术是以计算机技术为基础，结合建筑学、几何学等专业领域，实现将建筑工程项目以三维立体的形式展现给设计工作人员。

此外，BIM 技术不仅仅可以应用于工程项目的设计阶段，在工程施工、工程管理及工程维护保养等工作中，也同样可以应用BIM 技术来高效完成工作[1]。

二、BIM 技术的八大功能

BIM 技术自身功能较多，笔者总结出BIM 技术具备以下八大功能特点：可视化功能、协调功能、模拟功能、优化功能、可出图功能、一体化功能、参数化功能及信息完备功能。

1、可视化功能

可视化功能是BIM 技术最具应用价值的功能。在工程项目中应用BIM 技术，能将工程项目的概况以三维立体的形式为工作人员展现出来，该功能解决了传统设计工具只能在二维平面内进行工作的局限性，工作人员能通过直观的形式来了解工程概况，不必再根据施工图纸进行想象。并且针对较为复杂且存在重叠的设计结构，BIM 技术可以构建局部三维模型，从而使工作人员对设计内容一目了然。

此外，BIM 技术可视化功能的价值体现在其不只是可以应用于工程项目的设计工作中，施工人员、监工人员都可以基于该功能进行沟通、讨论，从而完成相应工作[2]。

2、协调功能

一项工程项目包括许多工作部门，除了设计单位、施工单位，还包括监工单位、工程造价单位及业主等。因此，在施工过程中需要多部门单位协调开展工作，当施工中遇到问题时能第一时间进行沟通、解决。然而，以往施工过程中各单位之间的协调性较差，施工中出现问题时很难在最短时间内进行解决。而应用BIM 技术能实现各单位、各部门之间的写作，当施工中出现问题时，能及时联系各个部门进行沟通协调，从而制定出解决问题的方案。比如，在施工中给排水管道与电梯井的设计布置出现了碰撞问题，施工方便可以在最短时间内与设计单位进行沟通、解决[3]。

3、模拟功能

在工程项目设计完成后，并不能立刻开展工程项目施工，而是应针对设计图纸模拟出工程项目，从而检测设计内容的可行性。应用BIM技术后可以依靠该技术的模拟功能，对工程项目的紧急疏散系统、日照系统等进行模拟。此外，模拟功能还能对工程造价及工程施工方案进行模拟，基于5D 模拟技术实现对于工程施工成本的控制。

4、优化功能

在工程项目中应用BIM 技术，能对工程项目的设计信息、施工信息进行优化。比如，BIM 技术可以对项目方案进行优化，通过搜集与工程项目有关的信息内容，分析计算出施工方案存在的可优化环节，从而为施工单位提供优化方案。

5、可出图功能

虽然BIM 技术能能够实现建立三维信息模型，以直观的方式展示效果，但是BIM 技术仍然保留了可出图功能。可出图功能并不是对普通的设计图纸进行绘制，而是对于一些重要的结构部位进行优化后绘制出相应的图纸。

6、一体化功能

BIM 技术的一体化功能指的是应用BIM技术后，可以实现从设计工作到工程施工最后到工程竣工全过程的一体化管理。通过BIM 技术的数据库，能将有关于工程项目的信息全部收集整合到数据库中，从而实现对工程项目的管理。

7、参数化功能

在进行工程项目设计及施工过程中不只是需要应用BIM 技术三维模型的建立，同时需要了解一些设计结构的相关参数。通过参数与三维模型的有效结合，确保施工过程的准确性，避免施工误差的产生。

8、信息完备性

BIM 技术在构建三维模型时，能在所构建的模型上表示出有关信息，从而方便设计人员及施工人员沟通、讨论。该功能还体现在对工程对象进行3D 几何信息和拓扑关系的描述。

三、地铁施工的特点及存在的隐患

1、施工队伍较为复杂

首先，地铁工程项目与普通的民用建筑大不相同，地铁工程的工程量大且范围较广，因此使得施工过程中施工人员的流动性较大。其次，在开展正式施工之前，施工单位很少对施工人员的专业技术水平进行考核，因此施工队伍中具备专业技术素养的施工人员少之又少。最后，一些施工单位为了节省施工成本，很少针对施工人员展开培训，唯一的要求就是让施工人员根据设计图纸及施工方案展开施工，而没有注重施工安全意识，这便导致施工时存在很多的施工安全隐患。

2、施工环境较为复杂

地铁工程作为一项庞大的工程项目，其施工环境十分复杂，涉及地上和地下多层次垂直方向的施工，从而导致施工空间交错密集。并且由于在地铁工程施工前，市政管网已经敷设于地下，这就要求施工时避免触碰市政管网而造成事故的发生。此外，当前的地铁工程项目的施工路线基本上都选择城市的主干道路，因此施工时要避免对城市主干道路造成影响，需要施工单位提前做好施工路线的规划，减少对于市政交通的影响。而且由于地铁工程项目施工基本上处于开放式状态，与外界环境只有塑钢板之隔，因此外界环境会对施工带来一定的影响。

四、BIM 技术在地铁施工安全方面的应用

1、合理规划地铁施工空间

地铁工程的施工与土木建筑工程施工大不相同，从施工环境来看，地铁工程项目的施工环境处于地下，而且施工空间十分有限。因此，针对这种施工情况，需要施工方在施工前对施工空间进行合理规划，目的是增加施工空间、提升施工安全系数。应用BIM 技术对地铁施工空间进行合理规划时，可先将施工空间分为可使用空间、施工过程空间及施工材料存放空间。之后考虑到随着工程施工的开展，可使用空间将越来越小，因此需要在规划施工空间时对空间使用程度进行预算，避免在工程后期由于空间狭小导致工程无法实施建设。此外，在施工前应用BIM 技术对地铁工程进行三维建模，能直观地了解工程施工方案的可行性，并且在施工时需要避免共享空间的出现[4]。

2、管理地铁施工空间的关键技术

地铁施工不仅要求工程投入使用后轨道的畅行程度，而且要重点关注地铁站内的牢固性。在当前土木工程建筑施工之前，许多施工方都是将设计图纸录入计算机中，通过计算机进行模拟计算，最后分析出施工中所要应用的具体设备及应用位置等。然而，由于网络技术不能完全结合实际施工的时间规划与空间规划，因而导致计算机分析的内容在一定程度上无法满足实际施工需求。而通过BIM 技术可视化功能与模拟功能建立动态的施工时空模型，可全面结合实际施工环境及空间条件，准确分析出施工空间状态。在应用BIM 技术的模拟功能时，能对施工方案进行模拟，有效结合施工进度与施工质量检查等方面的工作，针对施工中可能出现的问题制定预防措施与解决方案，再通过BIM 技术模拟功能检测方案可行性，从而避免事故的发生[5]。

3、利用BIM 技术对施工空间进行安全管理

对于地铁工程项目来说，应用BIM 技术对施工空间进行安全管理主要分为以下3 个方面：一是应用BIM 技术对地铁工程概况进行三维建模；二是施工前可以应用BIM 技术对施工方案进行模拟，检测施工方案的可行性与设计漏洞；三是由于地铁工程项目涉及的施工内容较多，因此会出现设计碰撞问题，应用BIM 技术可以检测施工过程中是否会出现施工碰撞而对危险区域进行划分等级。

4、地铁施工空间的安全检查

地铁施工空间有限，并且主要在地下开展施工。这就要求施工单位合理有效地利用施工空间。在对施工空间进行划分后，需要应用BIM技术对施工空间的安全性进行检查。检查内容主要包括施工设备存放区是否与施工区域进行交叉碰撞，如果存在空间上的冲突，则需要对空间重新进行划分，从而避免事故的发生；在施工过程中所应用到的一些施工设备需要考虑其机械臂长度及工作范围，在设备工作范围内不能存在其他设备或者杂物，以免干扰施工设备的正常运行，同时避免施工设备发生事故而影响地铁施工安全。在进行地铁施工空间安全检查过程中，可以应用BIM 技术的三维建模技术，对已经划分好各个区域的整体施工空间进行建模，通过建立好的三维立体模型来查看施工设备、施工材料以及施工人员对于空间的占用情况。而且检测过程中要考虑可能出现的碰撞问题，针对这些可能发生的碰撞事故提前采取预防和处理措施。

五、结语

随着BIM 技术的不断完善和成熟，BIM技术被广泛应用于各个建筑领域。对于地铁这种大规模、施工环境存在局限性的工程项目来说，应用BIM 技术对施工空间进行规划，并针对可能发生的事故做好预防是确保施工安全的重要前提。因此，地铁工程施工方必须重视对于BIM 技术的应用，有效发挥BIM技术的功能特点，从而保证施工安全。