基于BIM的智慧建造思考與實踐
——以上海軌道交通車站施工流程中的智慧應用為例

汪千郡 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

基于BIM的智慧建造思考與實踐
——以上海軌道交通車站施工流程中的智慧應用為例

汪千郡 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

文章從智慧建造興起的背景出發，思考了智慧建造的內涵，闡述了智慧建造的核心技術——BIM，以及BIM技術的優越性。并以上海市地鐵13號線自然博物館軌道站為工程背景，將BIM引入軌道為例，介紹了基于BIM技術的智慧建造理念及智慧運用的全過程，指出基于BIM技術的智慧建造將是未來城市產業結構調整、國家轉型升級必經之路。

BIM；智慧建造；軌道交通

建筑業是我國國民經濟的重要產業，隨著當前的經濟和社會發展要求，建筑業仍然保持著粗放型的發展方式。據統計，目前已建建筑當中，超過90%的建筑都不是節能建筑，能源消耗巨大。其中建筑業能耗占全社會總能耗40%；建筑業用水約占可飲用水資源80%；我國建筑業的水泥消耗量約占全球消耗量的40%；建筑業的CO2排放量約占全國總體碳排放的50%；建筑業的粉塵（PM2.5）占30%。從以上數據可以看出建筑行業的各項能耗占總的比例非常大[1]。

國內BIM行業“信息斷層”、“信息孤島”現象普遍存在，“拋過墻”的工程建造模式無法實現工程相關信息的有效流轉與協同工作；工程建筑過程中的大量人、財、物信息還未實現自動數據化；以項目為載體的信息化建設與應用，缺乏基層設計和可持續性；施工現場還存在大量的手工作業，工業化程度低；從綠色建筑的性能分析到施工管理，以及建成后的能耗監控等綠色建筑的全生命期管理都需要研究相應的技術。雖然近幾年全球信息技術飛速發展，在我國城市化不斷推進的過程中，城市信息化水平特別是智能化將成為城市發展的主題，但整體來說，目前國內建筑行業信息化水平仍較低，還處于初級探索階段，與國外一些發達國家如美國還是有很大的差距。

2008年，IBM公司提出“智慧城市”的概念。智慧城市是新一代信息技術變革的產物，也是一種新的城市發展理念，智慧城市是以下一代互聯網技術、物聯網技術、無線通信技術、數據存儲與云計算技術、人工智能等新型信息技術為基礎，以產業高端發展、社會創新服務、居民智慧生活、生活環境逐步改善的新型城市發展模式。而建設工程項目正是促進居民智慧生活、生活便捷有序、工作高效運行的重要載體，其在建設的各個階段如設計變更、竣工驗收、投資概算、項目管理等各個環節所遇到的資源浪費、工期延誤、安全隱患不斷發生的困境也是亟需通過智慧化途徑來解決。智慧城市的興起為工程項目的智慧建造提供了非常有力的基礎與現實路徑，同時，智慧建造也是高效、便捷的智慧城市建設發展的必然要求。

智慧建筑是一種新興的工程建造模式，它是建立在高度的信息化、工程化和社會化基礎上的一種信息融合、全面物聯、協同運作、激勵創新的工程建造模式。智慧建造理念要求政府、建設方、規劃、設計、勘察、施工等各建設參與方共同協調工作、整合資源，實現信息互聯互通、信息共享，提高建造過程中信息利用率、資源利用率，大幅減少資源損耗和降低碳排放；實現精細化管理，推動市場實現集約化經營，加快淘汰落后產能。

智慧建造的實施包含了感測與識別相關的遙感遙測（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、射頻識別技術（RFID）、傳感器技術；寬帶網絡相關互聯、物聯、無線通信以及三網融合技術；數據存儲與云計算技術；數據挖掘與人工智能技術；可視化與虛擬現實與BIM；4D項目管理等，實現工程項目建設過程的信息化、可視化、智能化。在以上這些技術中，BIM技術則是智慧建造的核心技術，也是其它技術的落腳點。BIM是一個數字化模型，它包含物理幾何信息和功能特征。在一個工程項目的整個建設周期過程中，從項目設計，到項目施工建設運營階段，到最后的拆除都能為此提供可靠的理論科學依據。同時，工程項目的各個參與方都可以根據各自的階段及需求在BIM數字化模型中輸入、獲取、自動分析并更新項目信息。BIM技術能為智慧建造的實現提供基礎與有力的支撐，智慧建造的理論體系也能為BIM技術的長遠發展與運用提供科學的依據及理論基礎。BIM的應用為建造行業的發展提供了有力的技術支撐，帶來了設計和建造行業的第二次技術革命。

2.3.1 加快工程建設進度

利用BIM技術，可以及時發現設計過程中出現的問題，及時糾正錯誤，大大降低設計變更所帶來的工期延誤；利用BIM的參數化設計，不僅可以及時更改設計方案，并且可以顯著提高設計進度，為設計方案的優化完善提供便捷；同時能實現項目各參與方之間的信息共享，加強協調溝通，有效提高工程項目進度[2]；

2.3.2 提高工程造價的準確性及工程質量

利用BIM技術的參數化輸入，其智能運算功能代替傳統的手工計算，不僅大大降低了前期投資成本，節省了人力資源，也使工程造價的估算更精確、更具科學性、合理性。利用BIM構建的三維虛擬模型，能夠給人提供直觀的三維單體空間感受，更有利于對平面圖的理解并為項目決策的制定提供更加直觀的依據，提高了項目決策的準確度，同時也提升了工程質量。

2.3.3 有助于業主、設計院等多方合作及共贏[2]

首先，從政府的角度來講，BIM是信息技術與建造行業深度融合的契機和抓手，推動工程建設從粗放式管理向精細化管理轉變，實現“建筑節能”、技術創新，是城市可持續發展的重要方面。其次，從專家學者的角度來講，BIM是工程項目的數字化和信息化表達，為實現工程建造的工業化、建筑全生命周期管理和工程項目的信息共享與協同管理提供了技術支撐。然后從設計院的角度來講，BIM是工具，提升了設計效率、與業主的可視化溝通效率，以及為拓展、延伸業務和轉型發展提供了機遇；最后對于施工企業來說，BIM是項目的成本控制、進度控制、質量控制、安全管理等實現方法，有助于項目的精細化管理，達到“降低成本、提高效益”的目標[3]。

通常在軌道交通工程的建設過程中，施工人員一般直接按施工方案平面圖進行實施，如在施工過程中遇到問題則暫停，通知設計方再修改方案，一般會出現大量的返工，如此不僅造成了人員的窩工、工期的延誤、材料的浪費以使成本增加，也使工程質量不易保證。在軌道交通工程中，以站臺為例，一個狹窄的空間可能包括若干系統，每一個系統各自成圖，通過接口與其它系統進行協調與連接，通過這種的方式來達到系統整合的目的[4]。BIM技術的興起，改變了傳統的施工工藝及過程，BIM建造過程如圖1所示，在正式施工之前，BIM咨詢公司會依據施工圖設計參數，對建設工程進行三維模擬，虛擬建造，同時工程項目的各參與方共同參與溝通，對施工方案提出各自的想法及修改意見，直至達成一致，使方案最優化，在此基礎上編制施工組織設計，在往后的施工過程減少返工的次數[5]。

圖1 基于BIM的軌道交通車站施工流程智慧建造管理框架

3.2.1 工程概況

本文以上海市地鐵線自然博物館工程為項目案例，分析了BIM技術在軌道交通施工管理過程中的運用，改變了傳統的施工流程。在開始施工之前，方案技術人員利用BIM技術的智能化設計，對所需要建設的工程進行現實模擬，整合各項目參與方，加強交流與互動，及時發現施工方案中存在的問題，并提出解決措施，再修改模型，經過反復的修改完善最終形成最優的方案，以使施工順利進展，減少資源浪費，提高工作效率[6]。上海市地鐵線自然博物館站位于新閘路以南、山海關路以北、石門二路以東的地塊內，車站西側與達安城相鄰，南側通過地下墻與自然博物館連接，地下與同步建設的自然博物館地墻相連，地鐵站的南部區域結合博物館地下空間，在其底板下通過，該區段與博物館的基礎工程采取相同的施工方法同時支護開挖。車站站臺形式采取島式曲線站形式，站臺規模尺寸根據曲線線路設置。車站主體BIM模型如圖2所示。

圖2 自然博物館站車站的竣工模擬圖

3.2.2 基于BIM的施工流程智慧建造管理

圖3 自然博物館站虛擬建造過程中出現的碰撞示意圖

該軌道站建設利用BIM技術對站臺的施工過程進行智能模擬，在模擬建造的過程中，能清晰地發現設計出現的問題，如圖3所示，圖中用紅色標明顯示的架體構件即為在施工過程中會可能出現的沖突及問題，據此發現的問題，技術人員對實施方案進行修改。圖4為博物館站的虛擬竣工模型，通過該模型的構建，由建設單位組織監理單位、設計單位、施工單位進行竣工虛擬驗收，對施工方案進行綜合評估，再確定最優方案后再開始正式施工。在該博物館站的建設過程中，基于BIM技術，在其正式施工之前利用BIM技術進行虛擬建造和虛擬驗收，不斷地優化施工方案，對整個施工過程進行智慧控制與管理，最終提前完成工程，節約了工期與資源，并且也保證了實際工程竣工驗收質量。

圖4 自然博物館站車站的竣工模擬圖

本文以地鐵車站工程施工管理為例，運用BIM信息化技術模擬智慧建造的全過程，通過虛擬模擬發現軌道施工設計、驗收、運營過程中存在問題，并整合項目各參與方，不斷優化完善，提出最佳方案。為軌道交通的建設提供了極大的便利，為工程的精細化管理提供科學依據。智慧建造的方式將是整個建設行業未來的發展方向，也是國家產業結構調整、轉型升級的必然要求。基于BIM的智慧建造是利用互聯網技術與產業發展相結合的發展方式，通過智能信息化技術的廣泛運用，提高數據、信息、技術對社會經濟發展的貢獻率，也使我們的城市運行更安全、更高效、更便捷、更綠色、更和諧[1]。

[1]劉琰.基于BIM的交通基礎設施可持續建設研究[D].重慶：重慶大學，2015.

[2]王麗佳.基于BIM的智慧建造策略研究[D].寧波：寧波大學，2013.

[3]李偉.地鐵工程綠色施工應用研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

[4]鄭明遠.軌道交通與城市空間整合規劃方法論研究[D].北京：北京交通大學，2012.

[5]趙霞.建筑工業4.0視角下基于BIM的建筑集成設計方法研究[D].北京：北京交通大學，2015.

[6]蔡蔚.建筑信息模型(BIM)技術在城市軌道交通項目管理中的應用與探索[J].城市軌道交通研究，2014(5)：1-4.

TU711

A

1007-7359（2016）05-0264-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.095

汪千郡（1970-），男，安徽安慶人，畢業于安徽建筑大學，學士；高級工程師，國家注冊城市規劃師，國家注冊一級建造師。