BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用分析

蔣先進

結(jié)合工程項目實際，對BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用情況簡單介紹，并重點對BIM技術(shù)在城市軌道交通工程設(shè)備系統(tǒng)施工中的前景進行分析。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù) 城市軌道交通 施工

1 前言

近年來BIM技術(shù)在國內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用并逐漸體現(xiàn)出價值，尤其在超高層、復(fù)雜形狀建筑的鋼結(jié)構(gòu)、幕墻工程中依靠其在效果顯示、模擬施工、構(gòu)件預(yù)制和碰撞檢測等多方面的優(yōu)勢已取得較多成功應(yīng)用的案例，但是在城市軌道交通行業(yè)，BIM技術(shù)的推廣卻并不理想，大多數(shù)的工程都只能停留在輔助宣傳階段，究其原因主要是因為城市軌道交通工程的特點所致。

2 城市軌道交通工程特點及BIM應(yīng)用現(xiàn)狀分析

城市軌道交通屬于基礎(chǔ)設(shè)施，其工程建設(shè)由政府主導(dǎo)，受法律法規(guī)、標準規(guī)范管控較嚴，對新技術(shù)的引入較為保守，很難實現(xiàn)使用BIM三維模型作為圖紙交付，這就使設(shè)計階段需要先繪制二維圖紙用于交付，再通過翻模變成三維模型。經(jīng)過多次設(shè)計變更后，無法保證二維圖紙與三維模型的一致性，三維模型不具備法律效力，不管是從保證工期還是規(guī)避責任方面考慮，施工單位都只能采用二維圖紙作為施工依據(jù)。

城市軌道交通工程中土建與設(shè)備系統(tǒng)的比重與普通民建不同，一條部分地下的線路，土建部分約占總成本的28%～37%，設(shè)備及車輛約占總成本的28%～34%。土建部分并不復(fù)雜，單座車站建筑面積不超過2萬m?，而作為主要工程內(nèi)容的隧道，其結(jié)構(gòu)重復(fù)度高、橫截面小、長度長，這類工程BIM技術(shù)的應(yīng)用難度并不大，但是價值體現(xiàn)也不高。設(shè)備系統(tǒng)部分卻較為復(fù)雜，由車輛、軌道、通信、信號、供變電、接觸網(wǎng)等十多個系統(tǒng)組成，BIM技術(shù)具有較大的應(yīng)用空間，但是目前主流的BIM軟件在專業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)方面又有明顯欠缺，第三方插件的開發(fā)滯后，各專業(yè)設(shè)備廠家無法提供模型，模型繪制設(shè)備信息收集、錄入工作量大。在各城市工期普遍不足一年的設(shè)備系統(tǒng)施工階段，很難實現(xiàn)BIM技術(shù)的廣泛深度應(yīng)用。

城市軌道交通工程參建單位多，設(shè)計、施工、監(jiān)理單位均無法主導(dǎo)BIM技術(shù)在工程中深度應(yīng)用，建設(shè)管理方屬于政府獨資或控股的投資公司，很難設(shè)立BIM團隊，所以目前廣泛采用的方式是由建設(shè)管理方聘請第三方咨詢公司配合組建BIM團隊，收集或協(xié)助繪制BIM模型，完成合模、協(xié)調(diào)設(shè)計等工作。但由于第三方咨詢公司很少具備設(shè)計、施工經(jīng)驗，模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工的能力較差，也很難完成竣工模型。如在管線綜合中不具備施工經(jīng)驗，只按照優(yōu)先級進行避讓，可能造成優(yōu)先級較低的管線形狀異常復(fù)雜而無法施工，我公司負責的青島地鐵13號線弱電系統(tǒng)工程項目就面對這樣的問題。

在竣工驗收后，由于之前的種種因素導(dǎo)致竣工模型與實際現(xiàn)場無法對應(yīng)、設(shè)備信息不全，同時作為BIM技術(shù)應(yīng)用主導(dǎo)的第三方咨詢公司也無法與眾多設(shè)備廠商協(xié)調(diào)獲取設(shè)備運行狀態(tài)，最終模型無法應(yīng)用于運營維護，只能作為輔助宣傳手段。

3 BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用分析

3.1 初步設(shè)計

在初步設(shè)計階段，采用BIM技術(shù)構(gòu)建車站及周邊環(huán)境三維模型，增強對周邊地塊的產(chǎn)權(quán)、經(jīng)濟利益條件的掌握，輔助車站方案設(shè)計，尤其是出入口設(shè)計及換乘通道設(shè)計，避免后期拆遷難度大，甚至出現(xiàn)改線、放站的情況；還可通過周邊道路、管線數(shù)據(jù)模擬市政管線搬遷，尋找最優(yōu)解決方案。

3.2 協(xié)同設(shè)計

目前基于二維圖紙的協(xié)調(diào)設(shè)計現(xiàn)狀是設(shè)計分散、成果集中、需要時協(xié)同，簡單易行，比較符合目前設(shè)計單位網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和設(shè)計習(xí)慣，其數(shù)據(jù)交換、共享方式多是通過數(shù)據(jù)中心、公共郵箱或網(wǎng)絡(luò)通訊軟件進行，并由設(shè)計總體定期開展協(xié)調(diào)會，對存在沖突的情況進行溝通協(xié)調(diào)。

BIM技術(shù)中的協(xié)同設(shè)計是通過協(xié)同辦公平臺實現(xiàn)，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各個專業(yè)設(shè)計人員可在辦公平臺中對同一模型基礎(chǔ)中的權(quán)限部分進行操作、修改，一般只對自己上傳的模型部分具有修改權(quán)限，修改結(jié)果實時提現(xiàn)在平臺的模型中，各查閱人員同步更新，同時歷史版本模型保存。采用這種方式可有效節(jié)約協(xié)調(diào)時間，避免因數(shù)據(jù)往復(fù)次數(shù)過多導(dǎo)致的版本混亂，使各設(shè)計單位的基礎(chǔ)模型統(tǒng)一。

3.3 深化設(shè)計

城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)涉及專業(yè)多、工期緊、各專業(yè)同期施工，采用二維施工圖指導(dǎo)施工的方式受制于設(shè)計人員的經(jīng)驗和責任心，發(fā)生管線碰撞等問題較多，協(xié)調(diào)和解決這些矛盾會耗費大量的時間和精力，甚至后期出現(xiàn)很多結(jié)構(gòu)鑿除現(xiàn)像；設(shè)備、支吊架、裝修等設(shè)計中往往表達不充分，具體信息需要在后期施工中進行補充，隨意性大，達不到所看即所得的效果。

BIM技術(shù)在碰撞檢測等方面的應(yīng)用前景已得到廣泛認可，在應(yīng)用過程中，三維模型的繪制過程就是數(shù)據(jù)建筑的建設(shè)過程，為保證模型可以如實指導(dǎo)施工，施工單位應(yīng)在設(shè)計階段介入，協(xié)助進行管線設(shè)計。

3.4 施工模擬

將BIM模型導(dǎo)入進度模擬軟件，通過模型與計劃對施工進行模擬施工，利用施工進度計劃、實際進度填報信息與施工模型的關(guān)聯(lián)，動態(tài)地顯示、對比施工進度。通過設(shè)置模擬日期、時間間隔、狀態(tài)、進度及方式等參數(shù)，對整個工程或選定的施工節(jié)點進行4D施工過程模擬。真實直觀的反應(yīng)現(xiàn)場施工環(huán)境，設(shè)備安裝位置和安裝標準要求，分析施工存在的問題，提高施工效率，如圖1所示。

3.5 施工方案制定

在工程重難點施工方案、特殊施工工藝實施前，運用BIM三維模型進行仿真模擬，找出方案中的不足進行修改，同時可以模擬多套施工方案進行專家比選，最終實現(xiàn)施工方案優(yōu)化；在施工過程中，通過施工方案、工藝的三維模擬，給施工操作人員進行可視化交底，降低施工難度，做到施工前的交底有的放矢，確保施工質(zhì)量與安全。對于操作性要求較高的施工方案、工藝，還可依據(jù)BIM模型制作VR演示文件，對現(xiàn)場施工人員進行虛擬培訓(xùn)，操作合格后方可進行現(xiàn)場施工。

3.6 資源管理

將BIM技術(shù)與施工項目管理有效的結(jié)合，可大大提升項目管理水平。

3.6.1 人員管理

人員管理包括了三級安全教育、平安卡、在崗情況、年齡、黑名單記錄；并且對人員的門禁管理的授權(quán)與解權(quán)，是否為訪客，以及對出入記錄的查詢于統(tǒng)計。

3.6.2 設(shè)備、材料管理

通過設(shè)備生產(chǎn)商提交的設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸圖紙、元器件圖紙及相關(guān)信息，建立BIM三維模型，精確到設(shè)備的每一個結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)。并按照地鐵BIM技術(shù)方案要求在設(shè)備上張貼二維碼標示，將設(shè)備型號、生產(chǎn)日期、檢驗日期、檢驗人員、出廠代碼等相關(guān)數(shù)據(jù)全部在二維碼中進行體現(xiàn)。設(shè)備到貨后用專用二維碼掃描儀掃描設(shè)備后將其錄入到BIM信息平臺中。根據(jù)施工總體計劃及時更新設(shè)備狀態(tài)（如是否已安裝、安裝日期、安裝人員、驗收情況、是否已調(diào)試，調(diào)試的數(shù)據(jù)報告單等）。

3.6.3 派工單管理

根據(jù)錄入BIM系統(tǒng)的施工總體計劃，采用WBS技術(shù)進行任務(wù)分解，施工任務(wù)量、施工人員組織情況，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的施工作業(yè)面，把建筑模型導(dǎo)入到該系統(tǒng)，按作業(yè)計劃，作業(yè)范圍施行派工單制度，所有施工班組需根據(jù)派工單進行施工。

3.7 運維管理

在城市軌道交通項目的運營期，以BIM模型為基礎(chǔ)，結(jié)合其它技術(shù)手段，實現(xiàn)建筑物全生命周期的優(yōu)化管理是BIM技術(shù)的最終價值體現(xiàn)。這不僅需要在建設(shè)過程中繪制的設(shè)備系統(tǒng)模型足夠精細，還需要通過開發(fā)管理平臺將模型與實際設(shè)備相連接，通過OPC Sever接口獲取硬件運行數(shù)據(jù)，再通過與既有的各種管理系統(tǒng)接口實現(xiàn)實時監(jiān)控、檢修維修輔助、資產(chǎn)管理、虛擬漫游、設(shè)備正反向定位以及消防演練等運維管理的各項功能。

4 結(jié)語

隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，三維模型取代二維圖紙傳遞信息已成大勢所趨，但是在城市軌道交通行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用還遠未達到成功，新技術(shù)的引入應(yīng)由參建各方共同努力推廣，各地建設(shè)管理單位應(yīng)著力推行BIM技術(shù)標準，設(shè)置承攬工程項目的BIM技術(shù)要求，提升三維模型法律效力；各參建單位應(yīng)提高BIM技術(shù)應(yīng)用能力，可獨立完成責任范圍內(nèi)的BIM工作，設(shè)計總體應(yīng)代替第三方咨詢公司完成合模、協(xié)同設(shè)計等工作。

參考文獻

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作者單位

中國中鐵電氣化局集團公司 重慶市 400084