BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的集成應(yīng)用

石超

中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司 山東 青島 266000

一、引言

將 BIM 技術(shù)貫穿于城市軌道交通全過程，針對(duì)工程重難點(diǎn)，提出BIM解決方案。建立全方位、全過程、全生命周期信息化管理平臺(tái)，利用BIM技術(shù)可視化前瞻性，重視對(duì)數(shù)據(jù)的集成運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的科學(xué)決策與管控。本文從城市軌道交通工程重難點(diǎn)分析及BIM解決方案、建立全生命周期的建筑信息管理平臺(tái)，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)運(yùn)用進(jìn)行介紹。

二、重難點(diǎn)分析及BIM解決方案

（一）穿越地質(zhì)情況復(fù)雜

1．重難點(diǎn)分析

軌道交通工程穿越地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，工程地質(zhì)變化較大。淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉砂及全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化花崗巖、全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等給施工組織帶來較大影響。

基本建模方法在創(chuàng)建爬坡段折板和異形側(cè)墻等構(gòu)件時(shí)效率較低，人工統(tǒng)計(jì)數(shù)量誤差大，工作量大；地質(zhì)模型生成過程中與力學(xué)算法聯(lián)系少，地質(zhì)條件的預(yù)測較為有限；多專業(yè)模型與其他專業(yè)整合難，進(jìn)行碰撞檢測分析困難。

2．BIM解決方案

對(duì)施工前期的地質(zhì)以及管線遷改、區(qū)間土建及機(jī)電施工優(yōu)化、車站機(jī)電管線設(shè)計(jì)以及施工安裝優(yōu)化建立BIM智能化工具集?？紤]到不同BIM圖形平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)以及在軌道交通應(yīng)用的實(shí)際場景和需求，通過對(duì)各個(gè)智能化工具項(xiàng)目的需求整理和功能的適用性分析，根據(jù)智能設(shè)計(jì)工具的不同，分別選擇 REVIT平臺(tái)和 MICROSTATION平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，通過MDL與API進(jìn)行BIM智能化工具集開發(fā)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)與智慧建模。

通過BIM技術(shù)運(yùn)用建立地鐵結(jié)構(gòu)模型、地質(zhì)模型、地形地貌、外部管線模型，結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)與外部作業(yè)項(xiàng)目空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)地下、地面結(jié)構(gòu)全方位可視化，模型可任意截取剖面，任意角度查看施工作業(yè)項(xiàng)目位置地質(zhì)條件與城市軌道交通結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，可準(zhǔn)確地判斷每個(gè)階段施工與地鐵結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在施工前提前了解施工位置地質(zhì)信息提供前瞻性數(shù)據(jù)支撐。

（二）施工工法種類多

1．重難點(diǎn)分析

城市軌道交通工程車站涉及明挖法、涉及暗挖、半蓋挖法、蓋挖法施工，區(qū)間涉及礦山法暗挖施工等，區(qū)間包含土壓盾構(gòu)法施工、泥水盾構(gòu)施工、暗挖等，施工工法種類多，對(duì)施工方案要求較高。

2．BIM解決方案

BIM技術(shù)運(yùn)用，為施工方案三維可視化模擬提供有效技術(shù)支撐，根據(jù)施工方案的文件和資料，對(duì)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化分析。對(duì)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行虛擬建造，對(duì)施工現(xiàn)場環(huán)境與自然環(huán)境、施工機(jī)械運(yùn)行路線及作業(yè)半徑、臨時(shí)及永久設(shè)施設(shè)備安裝位置進(jìn)行作業(yè)沖突進(jìn)行檢測，對(duì)前置任務(wù)沖突分析，對(duì)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行總體優(yōu)化，結(jié)合工程特點(diǎn)，選取高效低耗施工工藝流程，確定最優(yōu)施工方案。并通過VR、AR、MR等三維可視化技術(shù)，對(duì)相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行交底，提高認(rèn)知程度及工作效率。

（三）工程拆遷量大，周邊環(huán)境復(fù)雜，協(xié)調(diào)難度大，工期風(fēng)險(xiǎn)高

1．重難點(diǎn)分析

城市軌道交通工程征地拆遷和管線遷改量比較大、協(xié)調(diào)部門多，市區(qū)線段交通流量大，高樓林立，線路多次下穿河流，下穿海珠濕地公園、下穿橋梁樁基等。

2．BIM解決方案

利用航拍模型計(jì)算地理信息，對(duì)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)場地面積數(shù)據(jù)、記錄移交時(shí)地容地貌，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形、地貌的勘測，獲得土方開挖量的統(tǒng)計(jì)，合理規(guī)劃場地位置，確定施工場地各區(qū)域位置及面積。辨識(shí)施工對(duì)周邊建筑物的影響，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)及信訪風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)行征拆遷工作參照、施工進(jìn)度監(jiān)測，同時(shí)與BIM模型融合，動(dòng)態(tài)反饋現(xiàn)場實(shí)際情況。

利用航拍實(shí)景建模技術(shù)、正射影像圖，與盾構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，在平面圖/三維場景中，展示整個(gè)軌道交通工程各線工程站點(diǎn)、區(qū)間地表的環(huán)境及周邊建筑物等，同時(shí)能夠結(jié)合采集的風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)、沉陷觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合展示和綜合預(yù)警分析。

（四）換乘站多、車站規(guī)模大，既有站改造施工難度大

1．重難點(diǎn)分析

新建城市軌道交通工程往往同既有已開通線路交叉換乘，主要存在換乘樞紐體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)大等，施工過程困難，需要對(duì)已開通線路的車站進(jìn)行改造。新線建設(shè)期間，對(duì)既有車站的改造涉及到客運(yùn)組織、設(shè)備遷改、設(shè)備用房遷改、商鋪遷改、施工圍蔽等諸多方面。

2．BIM解決方案

在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)交底、圖紙會(huì)審過程中，通過BIM技術(shù)運(yùn)用建立車站全專業(yè) BIM模型實(shí)進(jìn)行三維可視化交底審查，工程施工人員在三維可視化環(huán)境下直觀了解設(shè)計(jì)意圖、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工重難點(diǎn)等；并針對(duì)大體量項(xiàng)目復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)分析，對(duì)施組設(shè)計(jì)、專項(xiàng)方案、施工工法等應(yīng)用 BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬分析、碰撞檢測、方案推演、三維自動(dòng)核算，科學(xué)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，標(biāo)識(shí)施工危險(xiǎn)源和施工控制難點(diǎn)，從而在科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可操作性等方面提高設(shè)計(jì)方案，減少后期變更。

（五）軌道、機(jī)電工程結(jié)構(gòu)接口較多，管理難度大

1．重難點(diǎn)分析

整個(gè)軌道安裝工程施工，要與通信、信號(hào)、電力、裝修等工程進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，軌道施工既要搶工期、保進(jìn)度，又要給其他專業(yè)施工創(chuàng)造條件，相互配合多，干擾大，需要進(jìn)行科學(xué)的前期策劃和密切的協(xié)調(diào)配合。

2．BIM解決方案

機(jī)電系統(tǒng)工程專業(yè)多，在同一專業(yè)的內(nèi)部存在接口，同時(shí)各機(jī)電專業(yè)系統(tǒng)相互間之間也存在大量接口；機(jī)電系統(tǒng)與土建、軌道、站房、裝飾裝修之間同樣存在大量接口，只有及時(shí)理順這些接口關(guān)系才能保證整個(gè)工程順利實(shí)施。通過BIM技術(shù)運(yùn)用建立車站全專業(yè)BIM模型優(yōu)化施工組織，提前進(jìn)行虛擬建造模擬理順專業(yè)之間的前后、交叉施工銜接關(guān)系；并采用機(jī)電預(yù)制加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制減少現(xiàn)場制作占用作業(yè)面大、耗時(shí)長等問題。

三、建立全生命周期的建筑信息管理平臺(tái)，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)運(yùn)用

通過BIM平臺(tái)，以虛實(shí)結(jié)合的派工單為主線。通過人員信息管理、物資設(shè)備管理、計(jì)劃管理、模型管理等模塊將各工序節(jié)點(diǎn)所需人、機(jī)、料以及時(shí)間同模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，通過派工單的模式，結(jié)合施工預(yù)警、派工單完成情況填報(bào)、模型圖釘、安全質(zhì)量管理等實(shí)現(xiàn)施工過程的動(dòng)態(tài)化控制，人與物的精細(xì)化管理，努力實(shí)現(xiàn)人員的動(dòng)態(tài)管理、資源的最優(yōu)配置、時(shí)間的最合理利用。

將每日工作內(nèi)容通過BIM平臺(tái)派工單的形式，在特定時(shí)間內(nèi)將指定的人機(jī)料分配到指定工作面。派工單中包含了所屬計(jì)劃、施工站點(diǎn)、施工部位、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、工序指引、施工班組、施工人員、施工設(shè)備、施工材料等計(jì)劃信息，并每日進(jìn)行完成情況填報(bào)，將上述信息的現(xiàn)場實(shí)際情況填報(bào)到BIM平臺(tái)，并完成監(jiān)理線上審核，安全質(zhì)量模塊按模型圖釘標(biāo)記巡檢、問題，輔助管理安全質(zhì)量。利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)、人臉識(shí)別門禁、人員設(shè)備定位系統(tǒng)、無人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測保證派工單數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

通過派工單的雙閉環(huán)管理，將檔案資料與工序進(jìn)行掛接，實(shí)現(xiàn)工序完成與檔案資料同步完成。虛擬檔案與現(xiàn)場實(shí)時(shí)產(chǎn)生的真實(shí)檔案相互結(jié)合，做到虛實(shí)結(jié)合。能夠查看派工單預(yù)警提醒預(yù)歸檔、工程建造與檔案交付同步資料、檔案資料進(jìn)度可視化等。工程指揮中心可根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目整體情況與最新進(jìn)展。集中展示各種數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)或指標(biāo)，給企業(yè)生產(chǎn)管理者提供便捷的獲取信息的途徑。實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的科學(xué)決策與管控。

四、結(jié)束語

創(chuàng)新應(yīng)用BIM管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理各大功能模塊的綜合應(yīng)用。根據(jù)施工現(xiàn)場管理需要，項(xiàng)目創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量安全圖釘、虛擬建造、派工單、模型工程量及智能化監(jiān)控各模塊的綜合應(yīng)用，全面提升了施工現(xiàn)場管理水平。

BIM技術(shù)在項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)的主要應(yīng)用包括：在臨建規(guī)劃選址上的應(yīng)用、三維地質(zhì)建模、施工階段應(yīng)用、智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)成本分析應(yīng)用及BIM管理云平臺(tái)應(yīng)用。項(xiàng)目應(yīng)用基于 BIM技術(shù)的軌道交通信息模型管理系統(tǒng)，以及以“智慧工地”為導(dǎo)向的工程綜合監(jiān)控手段，通過信息化、數(shù)據(jù)化推動(dòng)建造和過程管控智能化，為項(xiàng)目管理人員履責(zé)提供有力支持。

系統(tǒng)充分運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘及展現(xiàn)技術(shù)，為宏觀管理和決策支持提供深層次的數(shù)據(jù)參考，提高建設(shè)領(lǐng)域信息的可用性和利用率。