BIM技術(shù)在地鐵站施工中的應(yīng)用

□文/劉 彥

BIM的全稱是Building Information Modeling，即建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，利用BIM技術(shù)能夠有效對施工資料、施工進(jìn)度與施工質(zhì)量和施工安全等進(jìn)行管控，確保施工質(zhì)量，提高施工效率，最大限度的縮短工期，更能降低因錯誤而變更所額外增加的施工成本，減少材料的浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑難度越來越大，施工任務(wù)越來越復(fù)雜，對工期的要求越來越緊迫，BIM技術(shù)能很好地解決了這一工程難題。

1 工程概況

天津某半地下地鐵站地下一層為站臺層，側(cè)式站臺；地面一層為設(shè)備層和站廳層。地下一層為箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總長236.5 m，占地面積13 381.98 m2。車站結(jié)構(gòu)寬度小里程端為33.60 m，大里程端為25.70 m。站廳層建筑面積5 773 m2，建筑高度約14 m，管線最大安裝高度10.3 m。站臺層建筑面積7 612 m2，建筑高度約7.5 m，管線最大安裝高度6.6 m。冷凍機(jī)房位于地面站廳層，建筑面積約900 m2，管線安裝高度約7 m。施工任務(wù)包括車站及相關(guān)地下區(qū)間的二次結(jié)構(gòu)及機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備安裝施工，給排水、環(huán)控通風(fēng)及動力照明設(shè)備、材料的供貨、安裝、調(diào)試等。

2 工程難點(diǎn)

工程工期緊、任務(wù)量大；二次結(jié)構(gòu)與機(jī)電專業(yè)、裝修專業(yè)交叉施工。施工空間小：冷凍機(jī)房管線、設(shè)備眾多，因此給管線排布帶來了很大的困難。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 可視化施工

通過BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，包括土建、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、給排水、電氣和暖通等專業(yè)，與CAD圖紙相比，三維建模能夠?qū)崿F(xiàn)可視化施工、可視化交底與施工現(xiàn)場模擬動畫，更直觀的指導(dǎo)現(xiàn)場施工，見圖1。

圖1 BIM模型局部展示

3.2 機(jī)電管線綜合設(shè)計(jì)與碰撞檢測

機(jī)電安裝包括送風(fēng)、排風(fēng)、排煙、電纜吊架、給水管、通氣管、污水管、消防管、廢水管、冷卻水供水管、冷卻水回水管、冷凍水供水管、冷凍水回水管、氣滅管、冷媒管及冷凝管等，管道規(guī)格大且密集，既要保證凈空的需要，也要留有檢修空間，還要滿足審美需要，因此給管線排布帶來了很大的困難。利用BIM技術(shù)對管線進(jìn)行綜合排布，管線優(yōu)化的同時兼顧吊頂及精裝修造型，使管底凈空滿足了要求，見圖2。

通過碰撞檢測，可以在施工前快速、準(zhǔn)確、全面的檢查出設(shè)計(jì)圖紙中存在錯誤，以及設(shè)計(jì)不合理或與施工規(guī)范不符等問題[2]，通過BIM技術(shù)對管線進(jìn)行碰撞檢測，形成了碰撞報(bào)告。檢測出包含土建和機(jī)電碰撞共500余處，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后滿足了規(guī)范及現(xiàn)場施工要求，大大降低了因碰撞而產(chǎn)生的返工，節(jié)約了近兩周工期。見圖3。

圖2 利用BIM對管綜進(jìn)行優(yōu)化后

圖3 碰撞檢測前后對比

3.3 二次結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞

主管線優(yōu)化完畢后，采用BIM技術(shù)進(jìn)行墻體管線預(yù)留孔洞排布設(shè)計(jì)，導(dǎo)出CAD圖紙，見圖4。圖紙中標(biāo)注了預(yù)留孔洞的詳細(xì)信息，包括洞口編號、尺寸、標(biāo)高和定位等信息，指導(dǎo)現(xiàn)場穿墻孔洞預(yù)留施工。通過該技術(shù)的使用，在砌筑階段便完成了管線預(yù)留洞的精準(zhǔn)設(shè)置，本工程80%的預(yù)留孔洞符合現(xiàn)場實(shí)際情況，避免了二次剔鑿給墻體帶來的質(zhì)量問題。

圖4 二次結(jié)構(gòu)墻體預(yù)留孔洞

3.4 二次結(jié)構(gòu)排磚

利用BIM技術(shù)對二次結(jié)構(gòu)進(jìn)行排磚，通過提前設(shè)置砌塊的尺寸、灰縫厚度、圈梁和構(gòu)造柱等，對砌塊進(jìn)行排布，生成砌塊用量表。見圖5。通過BIM技術(shù)對排磚方案進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，提高了現(xiàn)場施工人員排磚方案的合理性與科學(xué)性。避免傳統(tǒng)模式交互不暢造成砌體拆遷和不必要的浪費(fèi)。減少材料二次搬運(yùn)的成本。與傳統(tǒng)的方式相比，節(jié)約砌塊用量約10%。

圖5 BIM技術(shù)排磚

3.5 綜合支吊架設(shè)計(jì)

由于局部管線眾多且布局復(fù)雜，綜合支吊架在管線的排布中起著至關(guān)重要的作用，綜合支吊架既能優(yōu)化管線路徑，避免各專業(yè)管線路徑交叉打架，又能滿足設(shè)計(jì)的使用工程，降低成本，節(jié)約工期。見圖6。

圖6 綜合支吊架設(shè)計(jì)

3.6 系統(tǒng)平衡計(jì)算

空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)安裝高度約10 m且質(zhì)量大，為本系統(tǒng)安裝的難點(diǎn)，同時也給風(fēng)系統(tǒng)流量平衡調(diào)整工作帶來了困難。運(yùn)用BIM技術(shù)對該系統(tǒng)進(jìn)行了高精度建模，將設(shè)計(jì)給出的運(yùn)行參數(shù)輸入至系統(tǒng)平衡計(jì)算模塊中，利用BIM技術(shù)對系統(tǒng)中的每一個支路進(jìn)行流量平衡計(jì)算并生成空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)平衡計(jì)算報(bào)告，得出每一個末端在系統(tǒng)平衡時所處的壓差及平衡風(fēng)量。將計(jì)算所得的系統(tǒng)末端風(fēng)口壓降值輸入至現(xiàn)場空調(diào)自控系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)便按照閥門壓降與開度對應(yīng)曲線圖，將每個末端的電動風(fēng)量控制閥調(diào)整至所需的開度，使每個末端的風(fēng)量保持一致，達(dá)到系統(tǒng)平衡的目的。

通過BIM技術(shù)在流量平衡調(diào)整中的應(yīng)用，大大減少了傳統(tǒng)風(fēng)量平衡調(diào)整中所需的設(shè)材使用量，同時也縮短了測量調(diào)試人員在高處作業(yè)的作業(yè)時間，降低了高空作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，通過線上計(jì)算，直接推算出系統(tǒng)內(nèi)各測量點(diǎn)的風(fēng)量，從而在很大程度上降低了現(xiàn)場測量的時間。經(jīng)粗略計(jì)算，節(jié)約了調(diào)試設(shè)材使用費(fèi)約10 000元，縮短了調(diào)試工期約5 d，見表1。

表1 傳統(tǒng)方式與BIM方式比較

4 BIM5D平臺的應(yīng)用

BIM5D軟件是以BIM平臺為核心，集成土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等各個專業(yè)的模型，以集成模型為載體，通過PC端、網(wǎng)頁端和手機(jī)端協(xié)同工作，對項(xiàng)目資料、進(jìn)度、質(zhì)量、安全和商務(wù)等進(jìn)行管理，以達(dá)到控制成本、提升質(zhì)量和縮短工期的目的[3]。本工程主要是應(yīng)用BIM5D平臺對進(jìn)度和質(zhì)量、安全進(jìn)行管控，將Revit模型導(dǎo)入BIM5D平臺，以模型為基礎(chǔ)，對為施工過程中的技術(shù)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理，從而提升項(xiàng)目的的管理效率[4]。

4.1 資料管理

通過BIM5D平臺可以將電子版工程資料上傳到平臺中，包括圖紙、合同、變更、結(jié)算、各種通知單、申請單、采購單、驗(yàn)收單等，將其與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)后，可以進(jìn)行工程資料分類管理，更快捷的找到與模型相對應(yīng)的工程資料。

1）施工過程中，可以通過模型可視化特性，選擇任意構(gòu)件，快速查詢構(gòu)件相關(guān)各專業(yè)圖紙信息、變更圖紙、歷史版本等信息，一目了然。

2）圖紙相關(guān)聯(lián)的變更、合同、分包等信息都可以聯(lián)合查詢，實(shí)現(xiàn)了圖檔的精細(xì)化管理。

3）結(jié)合云技術(shù)和移動技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可將建筑信息模型及相關(guān)圖檔文件同步保存至云端，使文檔能夠快速、安全、便捷、受控地在團(tuán)隊(duì)中流通和共享[5]。

利用5D資料管理系統(tǒng)對本工程資料進(jìn)行全過程管理，增強(qiáng)了技術(shù)資料與現(xiàn)場施工部位的協(xié)調(diào)同步，提升了工作效率。

4.2 進(jìn)度管理

通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場的進(jìn)度跟蹤，利用BIM5D平臺，生產(chǎn)經(jīng)理根據(jù)周計(jì)劃或者月計(jì)劃向相關(guān)責(zé)任人派發(fā)施工任務(wù)，相關(guān)責(zé)任人通過BIM5D手機(jī)端對派發(fā)的任務(wù)進(jìn)行管理，通過計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對本項(xiàng)目的進(jìn)度管控。管理人員還可以利用手機(jī)端上傳施工進(jìn)度照片，通過平臺實(shí)時了解場的施工情況，現(xiàn)場的進(jìn)度狀態(tài)跟蹤，可以提供實(shí)時的動態(tài)決策依據(jù)，便于施工部署及各種資源的及時優(yōu)化。

4.3 質(zhì)量和安全管理

現(xiàn)場管理人員利用BIM5D手機(jī)端快速記錄現(xiàn)場質(zhì)量、安全問題，將信息推送至相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行整改，整改完成后形成問題閉合的管理流程，了解項(xiàng)目質(zhì)量、安全總體情況、問題閉合情況等；在質(zhì)量安全例會上對質(zhì)量、安全問題進(jìn)行總結(jié)探討。后期利用PC端可以基于模型進(jìn)行問題定位查看、數(shù)據(jù)自動匯總。一鍵生成整改單，大大提高效率。

可以利用WEB端隨時查看數(shù)據(jù)，包括施工現(xiàn)場的相關(guān)資料、實(shí)施進(jìn)度、現(xiàn)場的質(zhì)量安全問題的整改情況等，通過網(wǎng)頁端進(jìn)行周、月質(zhì)量安全情況統(tǒng)計(jì)，可以對各分包單位進(jìn)行有針對性的管控，從而提高施工效率。

5 結(jié)語

由于本工程工期緊、任務(wù)重，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，有效對施工進(jìn)度與質(zhì)量安全進(jìn)行管控，確保了施工質(zhì)量，提高了施工效率，最大限度縮短了工期，降低了因錯誤而變更所額外增加的成本，減少了材料的浪費(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。