BIM技术在城市轨道交通工程建设全过程中的应用

张金龙

摘要 随着我国城市轨道交通工程的飞速发展，城市轨道交通工程BIM技术应用日益成熟，但对BIM技术的应用只是停留在很少的几个方面或模块，几乎没有建设全生命周期的应用。文章以青岛地铁1号线工程建设全过程BIM技术应用为例，全面分析BIM技术应用的优点，为城市轨道交通工程积累宝贵经验。

关键词 BIM;对比分析;模型;加工

中图分类号 U231.3 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0013-03

0 引言

BIM（Building Information Modeling）在城市轨道交通工程全生命周期应用中涉及规划、设计、施工、运维和拆除等五个阶段，目前我国城市轨道交通工程对于BIM技术的应用主要集中在设计、施工阶段。虽然BIM技术在城市轨道交通工程中应用广泛，但由于城市轨道交通工程涉及专业多、施工工序复杂、各专业接口多、交叉施工多、各个专业的互相配合要素多等原因，目前各个城市对BIM技术的应用只是停留在很少的几个方面或模块，几乎没有地铁建设全生命周期BIM技术应用。鉴于上述情况，以青岛市地铁1号线工程为例，探讨BIM技术在地铁工程设计、施工、运维全过程应用，助力地铁建设运营。

1 前期工作

1.1 BIM应用目标

设计目标——利用BIM技术优化设计，提高设计质量，减少变更。

生产目标——实现施工阶段基于BIM的精细化管理，机电设备等专业的预制加工安装，提高施工质量。

管理目标——基于BIM数据集成与管理平台，实现一体化项目管理，满足各参建单位协同工作，提高项目管理水平。

数据集成——基于BIM数据集成和管理平台，整合建设期生产数据形成较为完整的数据库，实现青岛市地铁1号线项目数字化建设管理，实现地铁工程的“数字孪生”。

竣工模型——基于BIM数据集成和平台管理，形成与工程实体、竣工图纸相一致，能反映建设项目建设期各项信息的竣工模型[1]。

1.2 应用模式

建立建设单位为主导，以标准为引线、平台为依托，BIM咨询单位提供服务，设计单位、施工单位、监理单位、供货商和运营单位等各参建方共同参与的管理模式。

2 建设期应用

2.1 准备阶段

2.1.1 相关培训

根据BIM技术在轨道交通领域应用情况和参建单位的BIM应用实际水平，组织BIM专项培训，包含BIM综合管理平台应用、BIM系统化实施方案交底、BIM应用等各项培訓。

2.1.2 管理措施

在建设期BIM应用确立了各阶段任务及保障措施，确立了无BIM不施工的建设期BIM应用原则（如图1）[1]。

2.2 模型创建

2.2.1 设备设施模型构件库

青岛地铁1号线BIM应用在实施过程中共收集各专业产品模型元素1 815个，部分模型达到最小可拆分单元，为企业级模型元素库积累数据。

2.2.2 最小可拆分单元

根据运维部门对维修单元拆分需求创建最小可拆解单元模型库，添加属性信息，可使运维人员快速获取所需信息，了解设备构造。

2.2.3 模型应用

（1）高大空间设计理念。青岛地铁1号线的见光不见灯设计理念，使得灯具高度较前期线路尺寸变大，按常理吊顶高度应比既有线路更低30 cm左右。通过BIM优化提升了吊顶高度，空间感受明显提升。

明暗挖车站，通过管线综合方案优化公共区装修标高均提升至3.30 m，站台层除无柱车站外其余车站装修标高均提高至3.2 m。

根据装饰吊顶模型，进行的管线路由设计，详见图2、图3。

（2）为避免装饰吊顶安装空间不足，在设计阶段引入装饰吊顶模型。要求吊顶模型的建模精度达到要求，包括灯具尺寸与实物一致、体现灯具安装吊点、吊顶的标高及位置准确。具体的剖面图及形成的三维视图，详见图4、图5。

（3）为避免支吊架占用装饰吊顶安装空间进而导致后期装饰吊顶标高降低，在设计阶段根据装饰吊顶、各专业管线、结构模型这三者形成的立体空间布局，确定支吊架安装形式、安装标高，以此作为现场支吊架施工的依据。

（4）为避免公共区门匾因空间狭小且管线密集导致实际安装达不到设计要求，此处管线布置充分考虑结构空间、支吊架安装、管线保温等各种因素。具体的剖面图及形成的三维视图，详见图6、图7。

（5）为避免挡烟垂壁安装空间不足，在装饰模型中体现挡烟垂壁模型，以此指导管线排布。

2.2.4 设计方案比选

（1）为避免管线的大量支管需横跨走廊才能进入房间的情况出现，在走廊中将管线布置在支管较多的走廊一侧。

（2）为避免后期运营阶段设备替换导致的管线拆改，按设备运输路径的净空要求进行管线排布。

（3）为避免设备区走廊在运维阶段检修困难，管线排布方案应尽量实现宽度超过400 mm的检修空间，检修空间一般布置在中部。

（4）为避免管线冷凝水滴落到设备上，应逐个房间确认风口位置，风口不允许布置在设备正上方。

（5）为避免管线影响后期设备安装和运行，应逐个房间确认管线底标高。

在设计阶段，通过模型创建，优化设备房间内净空不足的问题，要充分利用走廊的空间进行管线布置，如图8、图9。

2.3 施工阶段

（1）土建模型与现场一致性复核。由BIM总体组织设计、施工、监理单位对土建模型进行现场复核，通过“现场定位——与BIM模型及图纸校核——土建现场复核会签——BIM模型调整”的工作流程，确定土建结构对管线综合的影响[2]。

各参建单位进行土建复核后，进行确认会签，如存在问题及时反馈并修改结构模型。如出现现场结构与图纸不一致情况，及时记录并做专题研究。

（2）砌筑预留孔洞出图。机电施工单位完成设计阶段管综模型优化、综合支吊架排布后，BIM总体组织施工单位、监理单位进行预留孔洞集中办公会议，各施工单位根据设备位置及施工要求确定房间支管位置。各单位确认支管位置后，机电施工单位出具预留孔洞图纸，各单位确认无误后进行图纸会签。监理及BIM总体不定期检查现场预留孔洞是否按照图纸进行施工，以保证现场与BIM模型的一致性。

机电施工单位确定结构施工单位移交区域的墙柱中心线，根据中心线精确定位墙边线、砌筑墙体，其中预留孔洞中镀锌铁皮风管外径预留100 mm，复合风管外径预留100 mm，强化复核风管外径预留150 mm。

（3）管综模型的综合支吊架深化（公共区、设备区）。利用BIM软件生成剖面图、安装定位图，厂家在此基础上对支吊架进行深化设计，反馈深化图纸确认图纸无误后进行工厂化预制，模型中支吊架安装位置、偏移量、方位应符合设计及施工要求。

综合支吊架在厂家预制完成后，以成套的形式运抵现场，现场安装人员依据《综合支吊架定位图纸》和《综合支吊架安装详图》直接进行安装，极大提高了安装效率。

（4）机房深化（机电、弱电、供电、站台门专业）。施工单位按照BIM总体交底内容进行机房深化工作，通过1∶1参数化设备组建立机房模型保障机房深化模型的落地可实施性。通过模型依据设备位置合理排布管道走向，在确保功能、安装方式合理的条件下保证机房安装效果整体美观的同时，便于后期运维人员检修[3]。

（5）预制加工（风管、水管、桥架、机房）。利用BIM建模软件完成前期管线优化排布，经各方参建单位确认无误后进行模型冻结。按照现行使用规范进行定长分割，并对每节风管进行自动编号，并生成每节风管相对应的唯一二维码，其中包含风管编号、材质、规格型号，安装位置、安装日期、施工单位名称、监理单位名称安装等信息[4]。

以BIM技术为依托，采用水管工厂化预制加工的理念，加工厂依据BIM软件生成的加工图纸，进行工厂化集中加工。这样的做法使得运抵现场的管件能够实现模块化安装，避免了现场切割、电焊等动火作业，和水管等钢管切割后需要进行的二次防腐，有效减少了现场火灾、用电安全隐患。

桥架预制加工及安装：利用BIM建模软件对前期管综优化完成，经各方参建单位确认无误，封模后的桥架模型，对桥架模型进行分解后生成单一构件加工图纸、加工编号、材料清单、安装图纸，进行提前工厂化预制，完成后运抵现场，现场安装人员根据二维码标识直接安装，同样避免了现场火灾、用电安全隐患。提高了现场的安装效率，节省工期，减少成本[4]。

3 竣工阶段

3.1 竣工模型管理及竣工数据库校验

通过BIM综合管理核查竣工模型数据库，核查内容主要包括两个部分：建设期集成信息核查和竣工模型核查。

建设期信息核查主要包括：模型基础数据、设备设施模型相关生成信息数据核查及过程应用数据核查等。

竣工模型核查由BIM总体咨询单位对竣工模型及实体工程进行复核，保障模型与现场的一致性，工作内容主要包括：公共区、设备区、房间的施工管线复核及设备安装复核。

3.2 基于BIM的资产移交工作

通过BIM综合管理平台整合的建设期信息导出运营单位需要的资产采集信息形成资产移交采集表，交由运营人员进行资产盘点工作。基于BIM的资产移交工作使得资产移交的移交周期大范围压缩、纠错工作大幅度减少[1]。

4 结束语

青岛地铁1号线实施全过程、全系统的BIM应用，在建设过程中取得了可观效益，通过BIM技术进行碰撞检查在地铁施工过程中运用广泛、效果显著，有效解决了地铁多专业有限空间施工难度大的问题。通过BIM三维建模，可在设备安装之前先进行各专业之間及专业内部的管线碰撞检查，提前发现设计可能存在的碰撞问题，减少施工阶段因设计疏忽造成的损失和返工工作，在提高生产效率、节约成本、减少隐患、缩短工期方面发挥重要作用，为BIM技术在地铁全过程施工中的应用积累了宝贵经验，BIM技术在地铁全过程施工中的应用也会创造出更多的价值。

参考文献

[1]住房和城乡建设部. 城市轨道交通工程BIM应用指南[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2018.

[2]李俊. BIM技术在轨道交通工程中的应用[D]. 天津：天津大学， 2016.

[3]曾维荣， 马从权， 林宪敏. BIM技术在地铁施工管理的应用探讨[J]. 城市建设理论研究， 2017（35）： 167-168.

[4]许逸芹. BIM技术在地铁机电系统施工中的应用研究[J]. 江西建材， 2017（15）： 170.