城市軌道交通工程BIM應(yīng)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(fù)雜工程，在設(shè)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(yīng)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(xiàng)目整體的進(jìn)度和質(zhì)量。文章認(rèn)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(xiàng)目的變更贏得時間，保障工程的建設(shè)效果。

關(guān)鍵詞：BIM；城市軌道；可視化

1BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于各類工程項(xiàng)目的設(shè)計、施工、運(yùn)營及維護(hù)等階段，實(shí)現(xiàn)工程信息的全方位共享，能夠?qū)こ添?xiàng)目全生命周期進(jìn)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(diǎn)。

1.1項(xiàng)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(xiàng)目的實(shí)際效果，使工程建設(shè)在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。對于工程項(xiàng)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(xiàng)目參與方都能夠直觀地了解某個階段或某一具體分項(xiàng)工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)可視化交底，幫助項(xiàng)目施工人員順利進(jìn)行質(zhì)量、進(jìn)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(shè)，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(xiàng)目建設(shè)過程中，常常會出現(xiàn)專業(yè)施工之間的沖突，需要通過設(shè)計變更來協(xié)調(diào)。利用BIM技術(shù)，在設(shè)計階段建立包含所有專業(yè)構(gòu)件、設(shè)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(diǎn)，及時進(jìn)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(jìn)行施工過程真實(shí)情況模擬，在進(jìn)行較為復(fù)雜的施工時，通過系統(tǒng)模擬，讓施工人員能夠準(zhǔn)確領(lǐng)會施工方案，精確把握復(fù)雜工藝的要點(diǎn)，提高工程建設(shè)質(zhì)量。當(dāng)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(shè)項(xiàng)目中應(yīng)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(diǎn)多、多專業(yè)協(xié)作、施工場地復(fù)雜等特點(diǎn)。而且在項(xiàng)目的施工建設(shè)、日常運(yùn)營過程中會使用各種各樣不同的機(jī)械和設(shè)備，信號、供電系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)營過程中存在各種風(fēng)險。這些制約因素對軌道交通工程項(xiàng)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(jī)械工程還是土建工程領(lǐng)域，都是使用二維的施工圖紙進(jìn)行設(shè)計，表達(dá)方式具有專業(yè)化的特點(diǎn)，沒有經(jīng)過工程專業(yè)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，無法準(zhǔn)確理解圖紙所傳遞的工程信息。但是，負(fù)責(zé)地鐵、輕軌日常維護(hù)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(jī)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(zhǔn)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(jìn)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(shè)計變更頻繁的復(fù)雜項(xiàng)目，工作環(huán)節(jié)的增加和累積，很容易導(dǎo)致項(xiàng)目信息與工程實(shí)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(diǎn)，BIM技術(shù)的應(yīng)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(dá)工程信息，及時、準(zhǔn)確地傳達(dá)工程項(xiàng)目設(shè)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(xiàng)目的運(yùn)營與管理提供強(qiáng)大的助力。軌道交通工程施工中，施工環(huán)境復(fù)雜多變，施工建設(shè)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(yīng)用優(yōu)勢

3.1優(yōu)化工程進(jìn)度管理

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠建立軌道交通三維模型，將工程項(xiàng)目材料、工期、人員等相關(guān)數(shù)據(jù)與三維模型有機(jī)結(jié)合，形成包含多維信息的工程模型。項(xiàng)目建設(shè)各參與方能夠從自身視角出發(fā)，應(yīng)用模型模擬工程建設(shè)全過程，并將模型與項(xiàng)目實(shí)際的施工情況進(jìn)行對比分析，提前發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目可能存在的問題，及時調(diào)整工程實(shí)際進(jìn)度與預(yù)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(xiàng)目的施工組織和進(jìn)度計劃，確保工程進(jìn)度符合設(shè)計預(yù)期。此外，應(yīng)用三維建模軟件制作的工程模型能夠進(jìn)行碰撞檢測，通過這一功能，建模軟件能夠?qū)こ添?xiàng)目的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)進(jìn)行碰撞點(diǎn)檢測分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中存在的沖突，提醒工程設(shè)計人員及時修正，避免因等待設(shè)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(jì)水平不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本也在不斷升高，軌道交通工程作為城市重大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，在設(shè)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(zhǔn)確的工程材料數(shù)據(jù)，項(xiàng)目建設(shè)單位的材料負(fù)責(zé)人能夠在BIM工程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)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(yīng)用，有利于工程材料成本的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于項(xiàng)目成本的動態(tài)控制，項(xiàng)目預(yù)算分析透明直觀。

3.3確保施工安全和質(zhì)量達(dá)標(biāo)

對于任何工程建設(shè)項(xiàng)目，施工安全與質(zhì)量控制都是建設(shè)管理工作中的重中之重。在工程項(xiàng)目建設(shè)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(diǎn)，及時向工程建設(shè)管理層反饋技術(shù)難點(diǎn)和安全風(fēng)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(diǎn)提前制定專項(xiàng)施工方案和安全防范措施，大大提升工程項(xiàng)目的整體安全系數(shù)和建設(shè)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(shí)際施工過程中實(shí)現(xiàn)施工方案的靈活調(diào)整，提升實(shí)際施工作業(yè)和工程設(shè)計之間的契合度。

4BIM技術(shù)在軌道交通工程各階段的應(yīng)用

軌道交通工程全生命周期包括規(guī)劃設(shè)計階段、施工建設(shè)階段和運(yùn)營維護(hù)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(yīng)用前景。

4.1BIM技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計階段的應(yīng)用

規(guī)劃設(shè)計階段的主要工作任務(wù)包括選線、車站設(shè)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(shí)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(shè)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(shè)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(shè)計方案，不僅能降低工程項(xiàng)目征地拆遷難度，也能降低線路設(shè)計變更等狀況發(fā)生的概率，既節(jié)約了工程經(jīng)濟(jì)成本，又保證了項(xiàng)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(jìn)行分析，模擬市政管線改建、遷移，進(jìn)一步優(yōu)化軌道線路［5］。在車站、基地的設(shè)施設(shè)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(shè)計和碰撞檢查等功能。通過BIM軟件進(jìn)行項(xiàng)目建模，設(shè)計人員能夠準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計意圖，建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)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(shè)計圖紙的準(zhǔn)確性，避免不必要的設(shè)計變更帶來的經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤［5］。

4.2BIM技術(shù)在施工建設(shè)階段的應(yīng)用

4.2.1施工場地平面布置。在軌道工程項(xiàng)目建設(shè)前期，利用BIM施工場地布置軟件，繪制工程項(xiàng)目紅線、周邊道路及施工圍擋范圍，可以進(jìn)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(shè)施布置、水電線路布置、大型機(jī)械工作環(huán)境直觀呈現(xiàn)出來。施工場地布置軟件的應(yīng)用，可以優(yōu)化施工場地平面布置方案，對工程材料的運(yùn)輸、堆放場地，大型車輛的進(jìn)出路線設(shè)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(shè)之間的差異在于盾構(gòu)區(qū)間施工。地鐵建設(shè)項(xiàng)目有大量的土方工程量，對于工程項(xiàng)目所在地點(diǎn)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(xiàng)目的基礎(chǔ)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(shí)施進(jìn)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(jìn)行可視化交底，使施工任務(wù)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(rèn)識，強(qiáng)化了不同工序、專業(yè)之間的協(xié)作，為工程項(xiàng)目的高效建設(shè)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。4.2.3進(jìn)度管理層面。軌道交通工程項(xiàng)目的BIM5D（模型+進(jìn)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(jìn)度橫道圖產(chǎn)生的分析困難、進(jìn)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(jìn)度信息匹配，就能得到基于進(jìn)度計劃的模型建設(shè)展示。在此基礎(chǔ)上，將模型進(jìn)一步與計價清單匹配，能夠得到準(zhǔn)確的工程量清單、資金曲線，使施工項(xiàng)目負(fù)責(zé)人掌握動態(tài)造價信息，更好地進(jìn)行工程項(xiàng)目決策。

5BIM技術(shù)在運(yùn)營階段的應(yīng)用

5.1搭建智能化運(yùn)行管理平臺

要在城軌項(xiàng)目的運(yùn)營階段有效地運(yùn)用BIM技術(shù)，就必須建設(shè)智能化的運(yùn)營管理平臺，平臺包括工程項(xiàng)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(xiàng)目的一切基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，全面核查設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計過程中存在的問題。將設(shè)計、建設(shè)過程中搭建的三維信息模型導(dǎo)入運(yùn)管平臺，自動生成工程量清單、系統(tǒng)列表、設(shè)備清單等信息，智能生成系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)和檢修計劃。實(shí)時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，保證設(shè)備發(fā)揮其應(yīng)有的功能。

5.2監(jiān)控列車運(yùn)行情況

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，城軌運(yùn)行管理部門可以實(shí)時獲取列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，在制定設(shè)備維護(hù)計劃、分析運(yùn)行成本時，BIM技術(shù)提供的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)能夠成為科學(xué)施策的堅實(shí)基礎(chǔ)。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(diǎn)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(yùn)營服務(wù)的滿意度。同時，BIM技術(shù)的運(yùn)用能夠?yàn)檫\(yùn)營企業(yè)的商業(yè)決策提供參考，使城軌的商業(yè)運(yùn)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(yùn)營階段，可以利用BIM技術(shù)提供的列車運(yùn)行信息、客流數(shù)據(jù)及維修記錄，輔助電氣設(shè)備的維修工作；也可以借助模型建設(shè)環(huán)節(jié)給出的設(shè)備信息，對相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行查詢，及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患。綜合運(yùn)用BIM、云計算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還能夠進(jìn)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(jìn)行智能化管控，在保證車站運(yùn)行的前提下，降低能耗，實(shí)踐綠色發(fā)展的理念。

6結(jié)語

在城市軌道交通工程項(xiàng)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(shè)計、施工和運(yùn)營階段的困難，為工程項(xiàng)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