城市軌道交通工程BIM應用

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摘要：城市軌道交通工程是包含多專業(yè)、多系統(tǒng)的復雜工程，在設計、施工過程中，存在多專業(yè)交叉、多系統(tǒng)安裝的問題，而且工程中應用較多工藝，任何一個環(huán)節(jié)的偏差，都會在各個工序之間積累、放大，最終影響工程項目整體的進度和質(zhì)量。文章認為在城市軌道交通工程全生命周期中引入bim技術(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，為工程項目的變更贏得時間，保障工程的建設效果。

關(guān)鍵詞：BIM；城市軌道；可視化

1BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)目前廣泛應用于各類工程項目的設計、施工、運營及維護等階段，實現(xiàn)工程信息的全方位共享，能夠?qū)こ添椖咳芷谶M行管控，具有直觀可視、專業(yè)協(xié)調(diào)、環(huán)境模擬及可出圖等特點。

1.1項目全程的可視化

通過三維建模軟件，能夠?qū)⒍S平面圖轉(zhuǎn)化為三維立體模型，展示出整個軌道交通工程項目的實際效果，使工程建設在可視化的狀態(tài)下進行。對于工程項目而言，可視化的作用是非常重要的，BIM技術(shù)提供了“視覺沖擊”的思路，所有的項目參與方都能夠直觀地了解某個階段或某一具體分項工程的重點和難點，最終實現(xiàn)可視化交底，幫助項目施工人員順利進行質(zhì)量、進度方面的檢查和管理，提升工作效率［1］。

1.2專業(yè)協(xié)調(diào)

協(xié)調(diào)性是BIM技術(shù)的核心理念，也是BIM技術(shù)的魅力所在。城市軌道交通工程的建設，涉及包括建筑、結(jié)構(gòu)、通信、綜合監(jiān)控及環(huán)境控制等近30多個專業(yè)。在以往的工程項目建設過程中，常常會出現(xiàn)專業(yè)施工之間的沖突，需要通過設計變更來協(xié)調(diào)。利用BIM技術(shù)，在設計階段建立包含所有專業(yè)構(gòu)件、設備的三維模型，將不同專業(yè)的數(shù)據(jù)整合為一，提前發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)間可能存在的沖突點，及時進行協(xié)調(diào)，減少工期延誤，保證工程質(zhì)量［2］。

1.3環(huán)境模擬

使用BIM技術(shù)，可以進行施工過程真實情況模擬，在進行較為復雜的施工時，通過系統(tǒng)模擬，讓施工人員能夠準確領(lǐng)會施工方案，精確把握復雜工藝的要點，提高工程建設質(zhì)量。當前，市場上已經(jīng)有了較為完備的施工模擬軟件，這對于施工計劃的編制、施工現(xiàn)場管理有著重要的意義［2］。

2BIM技術(shù)在城市軌道交通建設項目中應用的必要性

城市軌道交通工程對于一座城市的出行方式、人員流線、土地價值都有著重大的影響，具有投資巨大、施工周期長、工程覆蓋范圍廣、車站節(jié)點多、多專業(yè)協(xié)作、施工場地復雜等特點。而且在項目的施工建設、日常運營過程中會使用各種各樣不同的機械和設備，信號、供電系統(tǒng)復雜，運營過程中存在各種風險。這些制約因素對軌道交通工程項目全生命周期的管理與監(jiān)控提出了較高的要求。目前，無論是機械工程還是土建工程領(lǐng)域，都是使用二維的施工圖紙進行設計，表達方式具有專業(yè)化的特點，沒有經(jīng)過工程專業(yè)的學習和訓練，無法準確理解圖紙所傳遞的工程信息。但是，負責地鐵、輕軌日常維護的工作人員并不完全具備工程專業(yè)背景，抽象的二維平面工程圖增加了工作人員的工作難度。并且，施工圖紙通常是按專業(yè)分類繪制的，建筑、結(jié)構(gòu)、機電、信號等不同專業(yè)之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，必須同時閱讀不同專業(yè)的施工圖紙，才有可能準確把握工程整體的信息。工作人員只能與專業(yè)技術(shù)工種進行交流，通過這種傳遞方式，工程信息非常容易出現(xiàn)人為的錯漏，特別是方案調(diào)整、設計變更頻繁的復雜項目，工作環(huán)節(jié)的增加和累積，很容易導致項目信息與工程實際不符。與平面施工圖紙相比，BIM技術(shù)具有直觀可視、專業(yè)協(xié)調(diào)、環(huán)境模擬及可出圖的特點，BIM技術(shù)的應用提供了覆蓋多專業(yè)的資料查詢方式，能夠在一個三維模型中完整地表達工程信息，及時、準確地傳達工程項目設計示意圖，可以滿足在出現(xiàn)緊急狀況時城市軌道交通的處置要求，為城軌項目的運營與管理提供強大的助力。軌道交通工程施工中，施工環(huán)境復雜多變，施工建設階段涉及單位眾多，單純依靠BIM技術(shù)并不能保證數(shù)據(jù)采集的全面性和及時性，因此，在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)可以引入如物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、GIS等多種技術(shù)［3］。

3軌道交通工程施工管理中BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢

3.1優(yōu)化工程進度管理

通過BIM技術(shù)的應用，能夠建立軌道交通三維模型，將工程項目材料、工期、人員等相關(guān)數(shù)據(jù)與三維模型有機結(jié)合，形成包含多維信息的工程模型。項目建設各參與方能夠從自身視角出發(fā)，應用模型模擬工程建設全過程，并將模型與項目實際的施工情況進行對比分析，提前發(fā)現(xiàn)工程項目可能存在的問題，及時調(diào)整工程實際進度與預期數(shù)據(jù)存在的偏差。面對可能出現(xiàn)的問題，工程施工單位要及時調(diào)整項目的施工組織和進度計劃，確保工程進度符合設計預期。此外，應用三維建模軟件制作的工程模型能夠進行碰撞檢測，通過這一功能，建模軟件能夠?qū)こ添椖康慕ㄖ⒔Y(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)進行碰撞點檢測分析，及時發(fā)現(xiàn)設計圖紙中存在的沖突，提醒工程設計人員及時修正，避免因等待設計變更造成的工期延誤［4］。

3.2提升成本控制水平

目前，我國經(jīng)濟水平不斷提高，基礎設施建設成本也在不斷升高，軌道交通工程作為城市重大的基礎設施建設項目，在設計、材料、人工等成本不斷上升的背景下，也面臨著巨大的成本控制壓力。通過BIM三維建模軟件創(chuàng)建的工程三維模型，能夠提供準確的工程材料數(shù)據(jù)，項目建設單位的材料負責人能夠在BIM工程數(shù)據(jù)的基礎上，結(jié)合合理的損耗制定物資的采購計劃；施工人員通過技術(shù)交底控制施工班組的材料使用情況，從基層降低材料損耗。BIM技術(shù)的應用，有利于工程材料成本的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于項目成本的動態(tài)控制，項目預算分析透明直觀。

3.3確保施工安全和質(zhì)量達標

對于任何工程建設項目，施工安全與質(zhì)量控制都是建設管理工作中的重中之重。在工程項目建設中引入BIM技術(shù)，軌道交通工程中所有重要信息數(shù)據(jù)都能夠由三維立體模型直觀地展示，通過三維動畫視頻交底，施工人員能夠更加明確工作內(nèi)容和技術(shù)重難點，及時向工程建設管理層反饋技術(shù)難點和安全風險［4］，管理層能夠及時接收工程一線人員的反饋信息，對關(guān)鍵技術(shù)點提前制定專項施工方案和安全防范措施，大大提升工程項目的整體安全系數(shù)和建設質(zhì)量。借助工程數(shù)據(jù)模型還能夠?qū)崿F(xiàn)多維互動作業(yè)，在實際施工過程中實現(xiàn)施工方案的靈活調(diào)整，提升實際施工作業(yè)和工程設計之間的契合度。

4BIM技術(shù)在軌道交通工程各階段的應用

軌道交通工程全生命周期包括規(guī)劃設計階段、施工建設階段和運營維護階段，BIM技術(shù)的可視化、專業(yè)協(xié)調(diào)和環(huán)境模擬功能在各個階段都有良好的應用前景。

4.1BIM技術(shù)在規(guī)劃設計階段的應用

規(guī)劃設計階段的主要工作任務包括選線、車站設計、客流分析等，在這一階段，可以利用BIM技術(shù)采集城市地理信息，創(chuàng)建基于真實城市環(huán)境的三維模型，充分了解軌道交通工程周邊各種影響工程建設的因素，能夠極大地提高工程方案的制定效率。尤其是地鐵通道的方位設計，通過相關(guān)BIM軟件，模擬車站周邊人流情況，提出最優(yōu)設計方案，不僅能降低工程項目征地拆遷難度，也能降低線路設計變更等狀況發(fā)生的概率，既節(jié)約了工程經(jīng)濟成本，又保證了項目工期。此外，建立完善的工程信息數(shù)據(jù)庫，還可以對工程周邊地下管線進行分析，模擬市政管線改建、遷移，進一步優(yōu)化軌道線路［5］。在車站、基地的設施設計過程中，BIM技術(shù)能夠提供模型創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)分析、專業(yè)協(xié)作設計和碰撞檢查等功能。通過BIM軟件進行項目建模，設計人員能夠準確地表達設計意圖，建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)構(gòu)件之間的空間關(guān)系更加直觀，能夠避免專業(yè)構(gòu)件之間的碰撞或錯漏，提升設計圖紙的準確性，避免不必要的設計變更帶來的經(jīng)濟損失和工期延誤［5］。

4.2BIM技術(shù)在施工建設階段的應用

4.2.1施工場地平面布置。在軌道工程項目建設前期，利用BIM施工場地布置軟件，繪制工程項目紅線、周邊道路及施工圍擋范圍，可以進行施工場地總體布局分析，創(chuàng)建施工場地三維模型，使軌道工程的施工場地、附屬設施布置、水電線路布置、大型機械工作環(huán)境直觀呈現(xiàn)出來。施工場地布置軟件的應用，可以優(yōu)化施工場地平面布置方案，對工程材料的運輸、堆放場地，大型車輛的進出路線設計也有幫助。4.2.2施工技術(shù)層面。軌道交通工程與建筑工程建設之間的差異在于盾構(gòu)區(qū)間施工。地鐵建設項目有大量的土方工程量，對于工程項目所在地點的地質(zhì)情況往往是通過鉆探來了解。通過BIM技術(shù)建立城市地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，對軌道工程項目的基礎工程施工有極大的幫助。通過地質(zhì)信息數(shù)據(jù)建立施工周邊場地模型，可以隨施工過程實施進行數(shù)據(jù)信息監(jiān)控。對于“高、大、長、特”結(jié)構(gòu)的施工，可以使用BIM模型動畫進行可視化交底，使施工任務所有參與方對自身及前后工序的施工條件、技術(shù)要求有直觀的認識，強化了不同工序、專業(yè)之間的協(xié)作，為工程項目的高效建設提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。4.2.3進度管理層面。軌道交通工程項目的BIM5D（模型+進度+造價）管理方式，能夠很好地解決傳統(tǒng)施工管理中施工進度橫道圖產(chǎn)生的分析困難、進度沖突等問題。通過BIM三維模型，將工程分為不同的施工段，將工程模型與進度信息匹配，就能得到基于進度計劃的模型建設展示。在此基礎上，將模型進一步與計價清單匹配，能夠得到準確的工程量清單、資金曲線，使施工項目負責人掌握動態(tài)造價信息，更好地進行工程項目決策。

5BIM技術(shù)在運營階段的應用

5.1搭建智能化運行管理平臺

要在城軌項目的運營階段有效地運用BIM技術(shù)，就必須建設智能化的運營管理平臺，平臺包括工程項目各專業(yè)信息的工程信息庫。通過可視化的界面，平臺可以調(diào)用工程項目的一切基礎數(shù)據(jù)，全面核查設計質(zhì)量和設計過程中存在的問題。將設計、建設過程中搭建的三維信息模型導入運管平臺，自動生成工程量清單、系統(tǒng)列表、設備清單等信息，智能生成系統(tǒng)設備的維護和檢修計劃。實時監(jiān)控設備狀態(tài)，保證設備發(fā)揮其應有的功能。

5.2監(jiān)控列車運行情況

通過BIM技術(shù)的應用，城軌運行管理部門可以實時獲取列車運行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，在制定設備維護計劃、分析運行成本時，BIM技術(shù)提供的準確數(shù)據(jù)能夠成為科學施策的堅實基礎。同時，BIM還可以用于輔助調(diào)整行車計劃，根據(jù)不同時間段、不同站點內(nèi)的人流數(shù)據(jù)調(diào)整列車的發(fā)車間隔，能夠有效地提高市民對城軌運營服務的滿意度。同時，BIM技術(shù)的運用能夠為運營企業(yè)的商業(yè)決策提供參考，使城軌的商業(yè)運營與市民幸福指數(shù)的提升形成良性循環(huán)。

5.3維修與能耗管理

在城市軌道交通工程運營階段，可以利用BIM技術(shù)提供的列車運行信息、客流數(shù)據(jù)及維修記錄，輔助電氣設備的維修工作；也可以借助模型建設環(huán)節(jié)給出的設備信息，對相關(guān)設備的運行情況進行查詢，及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患。綜合運用BIM、云計算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還能夠進行車站系統(tǒng)能耗分析，對車站內(nèi)的照明、空調(diào)系統(tǒng)進行智能化管控，在保證車站運行的前提下，降低能耗，實踐綠色發(fā)展的理念。

6結(jié)語

在城市軌道交通工程項目的全生命周期中，BIM技術(shù)改變了傳統(tǒng)工程技術(shù)和理念，解決了諸多規(guī)劃、設計、施工和運營階段的困難，為工程項目提供有效的保障。在行動時代環(huán)境下，BIM技術(shù)與軌道交通工程日漸深入的結(jié)合，必定能夠創(chuàng)造出更高的價值。

作者:仇俊 單位:中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司