BIM 技術在地鐵建設工程的應用研究

賴永金 趙武陽 李智超 陳道祥 張壽龍 陳巧玲

（福州外語外貿學院理工學院， 福建 福州 350202）

0 引言

近年來，隨著我國經濟的高速發展以及對城市化進程的推進，各大城市人口數量噴發式增長，給城市交通造成巨大壓力。為了有效解決城市地面交通擁堵問題，我國城市軌道交通建設進入繁榮期，目前國內已有三十多座城市開通了地鐵，地鐵總里程近4600 公里。隨著我國地鐵建設標準化、集成化、信息化要求的提升，BIM 技術在地鐵工程中日漸得到廣泛的應用，它可以在地鐵工程項目全生命周期內實現可視化、精細化、協同化的動態管理，是地鐵建設工程發展的必然趨勢[1]。

1 BIM 技術概述

1.1 BIM 技術簡介

隨著科學技術的發展和工程建設項目復雜程度的提升，建設行業信息化先后經歷了手工繪圖階段、計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助分析（CAE）階段、建筑信息模型（BIM）階段。BIM 概念最早是由Chuck Eastman 教授于1975 年提出[2]，并迅速在工程建設行業掀起一場信息化數字革命[3]，它不僅是現有技術的進步和更新換代，也表現在生產組織模式和管理方式的轉型。

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM，它是以三維數字化技術為基礎，整合建筑的規劃、設計、施工、運營等生命周期的動態信息，集合成完整的建筑工程信息數據庫，在建筑全生命周期內為各方建設主體提供一個信息共享和協同工作的平臺，能夠有效提高工作效率、節約成本、實現可持續發展。

1.2 BIM 技術在地鐵工程中的應用現狀

由于地鐵工程具有施工周期長，工程量大，專業繁雜等特點，目前國內外學者主要將BIM 技術應用于房屋建筑方面，而針對地鐵建設項目涉及偏少，但目前軌道交通行業的問題已經不是要不要使用BIM 技術，而是如何使用好BIM 技術。在軌道交通基礎設施領域，BIM 技術具有革命性，它將對軌道交通傳統的設計、建設和運維等各個環節產生不可估量的影響，未來基于BIM 開展工作是大勢所趨。

目前，國外注重BIM 技術的跨學科、跨領域的綜合應用，將BIM 技術應用于地鐵工程施工、設計與運營管理方面，實現多方面的統籌管理，在各個階段、各專業之間以及運營期間實現全方位協同工作。為提升城市軌道交通工程信息化水平，我國正在大力推廣地鐵建設工程的BIM 應用，但目前仍處于初級階段，雖然有多個城市在地鐵建造過程中采用了BIM 技術，但大多處于三維建模與可視化碰撞檢測以及施工模擬階段，BIM 技術的潛能還未充分發揮出來，需要進一步挖掘BIM 技術在地鐵工程全生命周期的應用。

2 BIM 技術在地鐵工程全生命周期的應用

2.1 規劃階段

目前BIM 技術在地鐵項目規劃階段主要有以下應用：（1）利用概念體量工具幫助建筑師進行概念設計，方便車站結構方案比選和優化；（2）結合勘探數據構建地鐵沿線地質和管線BIM 模型，實現巖土勘察成果的三維可視化和空間工程信息的整合[4]；（3）基于項目的BIM 模型導出工程量，優化投資估算和投標報價；（4）創建地鐵車站模型并進行渲染和動畫模擬，可以在招投標中直觀地展示設計效果，提升中標概率。

2.2 設計階段

設計階段創建的BIM 模型是項目全生命周期信息化應用的基礎，BIM 技術可以根據工程不同階段和項目要求選擇概念級、方案級、設計級、施工級的模型細度[3]。在方案設計階段，BIM 技術主要應用于參數化設計、地鐵車站三維建筑建模、綠色設計、方案比選等方面；在初步設計階段，可以利用BIM 技術的參數化、協同化特征，組建項目建筑結構模型，進行結構分析、換乘交通導流控制、線路可視化觀察、采光效果分析、裝飾裝修和舒適度模擬。在施工圖設計階段，BIM 技術主要應用于項目建筑結構機電設備模型整合、圖紙審定、管線綜合、碰撞檢查、施工圖深化設計與出圖、導出材料構件明細表等方面。

2.3 施工階段

針對地鐵工程的涉及專業繁雜、地質條件復雜、工作空間狹窄等嚴苛工況，在施工階段利用BIM 技術可以實現項目的施工控制、資源管理、質量管理、進度管理、成本管理、安全管理、信息管理等目標[5]。在施工準備階段，利用BIM 技術可以優化地鐵車站施工場地布置，合理安排人員、材料、設備，確保文明施工；在施工期間，將BIM 技術與移動終端或VR 設備結合，可以進行三維可視化交底、施工方案模擬、隱蔽工程驗收，安全高效且減少返工；在施工過程中，將時間維度和造價信息加入到三維BIM 模型，進行4D 施工進度模擬與修正、5D 造價成本分析，有利于優化進度計劃、合理配置與管控資源、減少工程造價；此外在整個施工階段利用BIM 技術可以實現施工信息的動態采集、整合、共享，達到竣工模型交付標準進行數字化移交[6]。

2.4 運營和維護階段

在地鐵的運營和維護階段，BIM 技術的主要用于運維信息采集與維護、空間管理、三維換乘的管理、設備設施管理、維修管理、資產管理、安全管理、物業管理等方面[7]。地鐵作為城市交通主動脈，運輸節奏快、人員密度大、流動性強，BIM 技術可以進行換乘人流模擬、緊急疏散模擬，可以有效避免人流擁堵，幫助人員快速疏散；此外，隨著物聯網、云計算、大數據等技術的興起，結合BIM 技術在地鐵的運營和維護階段建立運維知識庫，快捷查詢追溯歷史資料和設備信息，構建“數字地鐵”、“智慧地鐵”。

3 結語

綜上所述，BIM 技術在地鐵建設工程全生命周期的各個階段均有具體應用，能夠真正實現全生命周期管理。雖然BIM 技術在城市軌道交通工程中的應用仍處于起步階段，但以其可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等優勢，是提升地鐵建設工程智能化、信息化、標準化的必然趨勢，應用前景非常廣闊。