BIM技术在地铁建设运营全生命周期中的运用

常 涛

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

社会经济的发展推动着城市建设的快速发展，快速发展的城市最大的问题是交通拥堵现象。地铁的建设与应用可以缓解城市交通压力,但地铁建设风险高、资金投入大、对施工要求高，原来的设计和管理技术已经跟不上时代的发展。BIM技术（Building Information Modeling，建筑信息模型）应用在地铁建设中，可以实现项目工程生命周期的全程管理。本文从BIM技术特点及应用优势出发，介绍了BIM技术在地铁设计、施工、施工安全、施工成本、地铁环境、地铁运维等建设运营全生命周期中的运用。

1 BIM技术特点及应用优势

1.1 BIM 技术特点

近些年来，BIM技术得到了广泛的应用，其主要特点是可视化、模拟性、协调性等。具体表现在以下方面：（1）可视化特点，就是利用BIM技术后可以将设计图纸进行全面展示，在图纸上可以同时展现具体内容和抽象内容，设计人员可以更好地了解与工程相关的结构与内容，从而提升设计质量；（2）模拟性特点是利用BIM技术中的三维模型对现场情况进行设计，如照明设计、绿色通道设计及节能设计等；（3）在进行工程设计时采用BIM技术可以对设计过程进行简化，更好地体现细节，更好地反应出工程设计情况，最大限度提升设计效率；（4）采用BIM技术进行设计时还具有良好的便捷性，可以快速的将工程具体情况展现到设计图纸上，保证信息的全面性与准确性，最大限度保证设计质量，避免设计中出现误差；（5）协调性指的是在设计过程中可以协调各环节的信息，保证各结构间的稳定性，从而保证工程的整体建设质量。

1.2 BIM 技术应用优势

BIM技术与以往所使用的技术相比优势更加明显，可以有效弥补原有建筑领域设计工作中的不足。计算机在工程建设设计阶段起到了重要的作用，以往通常会采用CAD系统。但是现在多数工程建设规模逐渐扩大，若还采用以往的设计方式将无法满足现代工程设计要求，也无法得到良好的设计效果，利用BIM技术可以将设计内容进行可视化展示，可以更好地了解方案设计情况并提升设计水平，保证各施工环节设计效果并确保设计人员可以更加明确现场情况与设计间的差异，从而对设计中的不足及时进行修改。

1.2.1 协调性

地铁工程中涉及到的专业和参与的人员相对较多，因此在施工过程中应做好沟通交流，并根据自身专业对信息进行添加、纠正或删除，从而保证设计方案的科学性与合理性。采用BIM技术可以对设计结果进行碰撞检查，实现动态化模型并可以对各设计结构进行协调，发现问题并及时处理，在保证设计水平的基础上确保工程可以顺利开展。

1.2.2 模拟性

采用BIM技术后可以对与工程相关的设计进行模拟，如节能模拟、紧急通道模拟等，从而提高工程资源使用效果，避免污染或浪费现象，还能提升工程建设安全。实际工程中利用4D模拟技术可以对设计方案进行更加精确地分析，增加设计工作的精准性。近些年来随着科学技术的不断发展，5D模拟技术也被应用到工程进度、成本等方面的计算中，从而保证企业获得更好的经济效益。

1.2.3 优化性

采用BIM技术后可以对设计方案进行及时地优化，从而保证投资回报率并可以有效规避外界因素所带来的影响，并且可以对不同的设计方案进行分析与对比，从中选择出最合适的设计方案，从而保证工程可以顺利开展。

1.2.4 完整性

虚拟技术为采用BIM技术进行三维模型构建提供了强大的支持，并可以保证模拟、协调及优化效果，实现设计方案出图的完整性并可以及时对设计方案进行优化，满足工程建设要求。现阶段我国多数城市开始重视地铁建设，在进行地铁工程设计时多会融入人性化设计理念、节能环保设计理念，将BIM技术利用到地铁工程设计中，可以规避传统设计中的弊端，更好地促进地铁工程建设的发展。

2 BIM技术在地铁设计中的应用

2.1 BIM 技术在地铁工程模型设计中的应用

采用RSA等软件完成地铁模型设计，并创建单独的样本文件夹，然后将系统文本与3D模型进行结合，完成建模，采用以上操作可以实现BIM材料信息共享，并可以减少地铁工程设计人员工作量。

2.2 BIM 技术在地铁施工现场管理中的应用

在进行地铁工程施工过程中还应认识到安全管理的重要性。在正式施工前应先构建工程三维模型，了解地铁工程施工空间信息，对地铁工程施工过程中可能产生的风险进行分析，并提前做好安全管理措施及应急预案。采用BIM技术后可以确定地铁中各空间位置信息，并对安全风险进行准确地分析，在保证施工进度同时也可以避免安全问题，还可以利用信息化技术对空间进行拓展，并在可视化技术的辅助下提升空间利用效率，更加完整地反映出地铁运行情况，实现动态化管理。可视化中的3D动态模型可以对地铁施工中的问题进行及时处理，提高信息的直观性。采用BIM技术后还可以避免地铁工程施工中出现交叉施工或重复施工现象，对施工人员及施工线路进行合理分配，充分利用地铁施工现场空间，为地铁工程施工企业节省成本。

2.3 BIM 技术在地铁施工空间检查中的应用

地铁建设工地空间相对较小，如在施工过程中出现设备与实际空间的摩擦等情况，将无法保证设备使用效率，同时还增加了安全事故的发生率。因此，应强化地铁工程施工空间管理，对各专业、各设备等进行综合分析，保证空间使用效率及施工效率。例如在施工中机械臂的使用，机械臂旋转半径较长，因此施工人员应做好配合工作，防止人员及设备因为空间问题导致安全风险，给地铁工程建设带来不利的影响。这样就要求在地铁工程施工时应先利用BIM技术对施工现场进行模拟并对施工中可能出现的问题进行预判，利用智能技术对机械臂半径及人员活动线路、施工范围等进行计算，合理设定位置，避免安全事故的发生，确保工程顺利开展。同时还应做好各环节构件、工序的检查工作，保证各有各的空间，分析不同专业所需要利用的空间并确定构件实际体积。地铁工程中会应用到一些较特殊的构件，这些构件所占用的空间也不相同，因此应对实际空间利用情况进行具体描述。例如在施工时所使用的机器会采用运输方式运送到施工现场，这些机器的机械臂会出现旋转或前进等情况，如果利用BIM技术对这个特殊过程进行模拟，可减少机器与周边空间的冲突，防止碰撞情况，从而保证工程有序开展。

2.4 BIM 技术在地铁站内环境质量检测设计中的应用

为了更好地完成地铁工程施工情况检测，可以利用BIM技术完成无线网络感知系统设计，在地铁车站内安装传感器，这样在各种条件下均可以保证通信通道的畅通性，还能体现地铁车站中的不同构件及空间位置等级，更好的利用地下空间，同时可以保证数据收集及存储的完整性。

地铁车站舒适度系统主要包括室内及室外温度监控装置、湿度监控装置、舒适度监控装置、日期显示装置等。其中温度监控装置可以根据室内外温度变化情况进行显示与调节，从而满足乘客对舒适度的要求。温度调节主要依据室内外平均温度中的Tn，0及大气温度T0，利用Tn，0=17.6+0.31T0公式进行计算，然后将结果输入到BIM模型中，参数根据当时的日期进行更新。无线传感器主要由路由器布置点与接收器布置点组成。其中微型控制器中含有一个可以存储代码的空间，并可以对路由器进行监控，在与路由器节点连接后实现传感器动态化监管。如对地铁车站温湿度监测时可以利用DHT11数码温度湿度传感系统，最大限度保证温度及湿度监测的精准性。然后将所得到的数据从路由器中直接传送到接收节点中，然后再将其导入到计算机中。因此，应利用BIM技术与传感装置构建强大的地铁监控系统，对地铁车站内部温湿度进行调节，从而为乘客提供舒适的乘车环境。

2.5 BIM 技术在地铁站维护系统设计中的应用

地铁车站运行节奏相对较快，采用BIM技术可以在站内构建快速的交通网络并对各区域进行识别，通常快速交通网络中包含的线路较多，各线路所起到的作用是不相同的，地铁运行过程中，在进行地铁站维护时可以对各关键因素进行重新排序，如根据线路上的乘客数量确定主要线路与次要线路。

利用BIM技术构建地铁车站模式，并对车站各内部结构进行合理设计，确保各结构均可以为乘客提供良好的服务，如在地铁车站中各结构模块与车站的运行稳定性有着直接的关系，通风系统与站内舒适度有着直接的关系。不同构件的使用费用不相同，采用BIM技术后可以保证费用分配的合理性。在进行地铁车站维护排序系统开发时，可以采用专业的等级算法并利用专业软件进行计算，将不同的专业算法输入到BIM系统中，为地铁车站管理人员构建专门的管理网络，从而可以对地铁车站中的资产等进行合理管理。一些属性会根据乘客实际情况进行排列并确定数值，系统自动分析各构件工作性质并进行重新排序。通常情况下使用者可以得到相同等级的标准，并将相关等级标准设定为同样的数值。

利用BIM系统可完成地铁行驶路线、站点、各组件权重计算，并对各组件权重重要性进行分析，对相同线路与其他线路的重要性进行综合考虑，从而对地铁车站权重进行确定，最终得到局部权重。再利用局部权重对各地铁车站在整体中的重要性进行计算，从而完成与地铁车站相关部分重要性的分析。影响地铁车站的主要因素包括车站每天接待乘客的数量、车站整体建设周期、车站维护时间、车站是否为交换站点，同时还应全面了解地铁车站建设从开始到最终整条路线全线贯通后所需要的工期，对地铁车站在整体线路中的重要性进行分析。地铁车站资产管理人员应根据地铁线路运行情况及车站使用情况做好排序设计，再计算属性排序，最终确定各属性的权重，利用各属性权重及重要性对各地铁线路及车站优先指数进行计算。利用BIM技术后可以对不同属性数值大小进行转化，主要以百分比形式为主，从而满足设计要求，避免指数与实际情况间的偏差，同时确定指数范围。

3 结束语

总之，要想保证地铁工程施工效果应充分做好设计工作，将BIM技术应用到地铁设计中可以提升地铁设计效果及质量，还可以增加地铁设计工作的科学性、综合性，更好地促进地铁交通在城市中的发展，缓解城市交通压力。同时，应用BIM技术设计地铁工程，能为地铁建设运营全生命周期提供详细的信息咨询，满足精细化、高质量管理的需求。