BIM技術在地鐵施工安全方面的應用

王興宇 沈陽地鐵集團有限公司高級工程師、本科

地鐵是當前人們出行的重要交通工具，地鐵的建設在很大程度上緩解了城市交通運輸壓力。然而，地鐵施工的安全性一直是設計單位與施工單位要重點關注的問題。如何能既保證施工質量又確保施工安全是施工單位重點研究的問題。將BIM 技術應用于地鐵工程建設，對施工現場進行安全管理，能在很大程度上提升施工安全系數。

一、BIM 技術概述

BIM 技術是20 世紀70 年代首次被美國教授所提出的，該技術的中文全稱為“建筑信息模型”。直至今天，BIM 經歷了萌芽階段、產生階段和發展階段三大階段。當前，隨著BIM 技術的成熟與完善，該技術被應用到越來越多的工程領域。

BIM 技術與傳統CAD 技術一樣，都是建筑輔助設計工具，然而，BIM 技術是以計算機技術為基礎，結合建筑學、幾何學等專業領域，實現將建筑工程項目以三維立體的形式展現給設計工作人員。

此外，BIM 技術不僅僅可以應用于工程項目的設計階段，在工程施工、工程管理及工程維護保養等工作中，也同樣可以應用BIM 技術來高效完成工作[1]。

二、BIM 技術的八大功能

BIM 技術自身功能較多，筆者總結出BIM 技術具備以下八大功能特點：可視化功能、協調功能、模擬功能、優化功能、可出圖功能、一體化功能、參數化功能及信息完備功能。

1、可視化功能

可視化功能是BIM 技術最具應用價值的功能。在工程項目中應用BIM 技術，能將工程項目的概況以三維立體的形式為工作人員展現出來，該功能解決了傳統設計工具只能在二維平面內進行工作的局限性，工作人員能通過直觀的形式來了解工程概況，不必再根據施工圖紙進行想象。并且針對較為復雜且存在重疊的設計結構，BIM 技術可以構建局部三維模型，從而使工作人員對設計內容一目了然。

此外，BIM 技術可視化功能的價值體現在其不只是可以應用于工程項目的設計工作中，施工人員、監工人員都可以基于該功能進行溝通、討論，從而完成相應工作[2]。

2、協調功能

一項工程項目包括許多工作部門，除了設計單位、施工單位，還包括監工單位、工程造價單位及業主等。因此，在施工過程中需要多部門單位協調開展工作，當施工中遇到問題時能第一時間進行溝通、解決。然而，以往施工過程中各單位之間的協調性較差，施工中出現問題時很難在最短時間內進行解決。而應用BIM 技術能實現各單位、各部門之間的寫作，當施工中出現問題時，能及時聯系各個部門進行溝通協調，從而制定出解決問題的方案。比如，在施工中給排水管道與電梯井的設計布置出現了碰撞問題，施工方便可以在最短時間內與設計單位進行溝通、解決[3]。

3、模擬功能

在工程項目設計完成后，并不能立刻開展工程項目施工，而是應針對設計圖紙模擬出工程項目，從而檢測設計內容的可行性。應用BIM技術后可以依靠該技術的模擬功能，對工程項目的緊急疏散系統、日照系統等進行模擬。此外，模擬功能還能對工程造價及工程施工方案進行模擬，基于5D 模擬技術實現對于工程施工成本的控制。

4、優化功能

在工程項目中應用BIM 技術，能對工程項目的設計信息、施工信息進行優化。比如，BIM 技術可以對項目方案進行優化，通過搜集與工程項目有關的信息內容，分析計算出施工方案存在的可優化環節，從而為施工單位提供優化方案。

5、可出圖功能

雖然BIM 技術能能夠實現建立三維信息模型，以直觀的方式展示效果，但是BIM 技術仍然保留了可出圖功能?？沙鰣D功能并不是對普通的設計圖紙進行繪制，而是對于一些重要的結構部位進行優化后繪制出相應的圖紙。

6、一體化功能

BIM 技術的一體化功能指的是應用BIM技術后，可以實現從設計工作到工程施工最后到工程竣工全過程的一體化管理。通過BIM 技術的數據庫，能將有關于工程項目的信息全部收集整合到數據庫中，從而實現對工程項目的管理。

7、參數化功能

在進行工程項目設計及施工過程中不只是需要應用BIM 技術三維模型的建立，同時需要了解一些設計結構的相關參數。通過參數與三維模型的有效結合，確保施工過程的準確性，避免施工誤差的產生。

8、信息完備性

BIM 技術在構建三維模型時，能在所構建的模型上表示出有關信息，從而方便設計人員及施工人員溝通、討論。該功能還體現在對工程對象進行3D 幾何信息和拓撲關系的描述。

三、地鐵施工的特點及存在的隱患

1、施工隊伍較為復雜

首先，地鐵工程項目與普通的民用建筑大不相同，地鐵工程的工程量大且范圍較廣，因此使得施工過程中施工人員的流動性較大。其次，在開展正式施工之前，施工單位很少對施工人員的專業技術水平進行考核，因此施工隊伍中具備專業技術素養的施工人員少之又少。最后，一些施工單位為了節省施工成本，很少針對施工人員展開培訓，唯一的要求就是讓施工人員根據設計圖紙及施工方案展開施工，而沒有注重施工安全意識，這便導致施工時存在很多的施工安全隱患。

2、施工環境較為復雜

地鐵工程作為一項龐大的工程項目，其施工環境十分復雜，涉及地上和地下多層次垂直方向的施工，從而導致施工空間交錯密集。并且由于在地鐵工程施工前，市政管網已經敷設于地下，這就要求施工時避免觸碰市政管網而造成事故的發生。此外，當前的地鐵工程項目的施工路線基本上都選擇城市的主干道路，因此施工時要避免對城市主干道路造成影響，需要施工單位提前做好施工路線的規劃，減少對于市政交通的影響。而且由于地鐵工程項目施工基本上處于開放式狀態，與外界環境只有塑鋼板之隔，因此外界環境會對施工帶來一定的影響。

四、BIM 技術在地鐵施工安全方面的應用

1、合理規劃地鐵施工空間

地鐵工程的施工與土木建筑工程施工大不相同，從施工環境來看，地鐵工程項目的施工環境處于地下，而且施工空間十分有限。因此，針對這種施工情況，需要施工方在施工前對施工空間進行合理規劃，目的是增加施工空間、提升施工安全系數。應用BIM 技術對地鐵施工空間進行合理規劃時，可先將施工空間分為可使用空間、施工過程空間及施工材料存放空間。之后考慮到隨著工程施工的開展，可使用空間將越來越小，因此需要在規劃施工空間時對空間使用程度進行預算，避免在工程后期由于空間狹小導致工程無法實施建設。此外，在施工前應用BIM 技術對地鐵工程進行三維建模，能直觀地了解工程施工方案的可行性，并且在施工時需要避免共享空間的出現[4]。

2、管理地鐵施工空間的關鍵技術

地鐵施工不僅要求工程投入使用后軌道的暢行程度，而且要重點關注地鐵站內的牢固性。在當前土木工程建筑施工之前，許多施工方都是將設計圖紙錄入計算機中，通過計算機進行模擬計算，最后分析出施工中所要應用的具體設備及應用位置等。然而，由于網絡技術不能完全結合實際施工的時間規劃與空間規劃，因而導致計算機分析的內容在一定程度上無法滿足實際施工需求。而通過BIM 技術可視化功能與模擬功能建立動態的施工時空模型，可全面結合實際施工環境及空間條件，準確分析出施工空間狀態。在應用BIM 技術的模擬功能時，能對施工方案進行模擬，有效結合施工進度與施工質量檢查等方面的工作，針對施工中可能出現的問題制定預防措施與解決方案，再通過BIM 技術模擬功能檢測方案可行性，從而避免事故的發生[5]。

3、利用BIM 技術對施工空間進行安全管理

對于地鐵工程項目來說，應用BIM 技術對施工空間進行安全管理主要分為以下3 個方面：一是應用BIM 技術對地鐵工程概況進行三維建模；二是施工前可以應用BIM 技術對施工方案進行模擬，檢測施工方案的可行性與設計漏洞；三是由于地鐵工程項目涉及的施工內容較多，因此會出現設計碰撞問題，應用BIM 技術可以檢測施工過程中是否會出現施工碰撞而對危險區域進行劃分等級。

4、地鐵施工空間的安全檢查

地鐵施工空間有限，并且主要在地下開展施工。這就要求施工單位合理有效地利用施工空間。在對施工空間進行劃分后，需要應用BIM技術對施工空間的安全性進行檢查。檢查內容主要包括施工設備存放區是否與施工區域進行交叉碰撞，如果存在空間上的沖突，則需要對空間重新進行劃分，從而避免事故的發生；在施工過程中所應用到的一些施工設備需要考慮其機械臂長度及工作范圍，在設備工作范圍內不能存在其他設備或者雜物，以免干擾施工設備的正常運行，同時避免施工設備發生事故而影響地鐵施工安全。在進行地鐵施工空間安全檢查過程中，可以應用BIM 技術的三維建模技術，對已經劃分好各個區域的整體施工空間進行建模，通過建立好的三維立體模型來查看施工設備、施工材料以及施工人員對于空間的占用情況。而且檢測過程中要考慮可能出現的碰撞問題，針對這些可能發生的碰撞事故提前采取預防和處理措施。

五、結語

隨著BIM 技術的不斷完善和成熟，BIM技術被廣泛應用于各個建筑領域。對于地鐵這種大規模、施工環境存在局限性的工程項目來說，應用BIM 技術對施工空間進行規劃，并針對可能發生的事故做好預防是確保施工安全的重要前提。因此，地鐵工程施工方必須重視對于BIM 技術的應用，有效發揮BIM技術的功能特點，從而保證施工安全。