BIM技術在地鐵人防工程設計施工中的應用研究

翟全俠 武漢市人防建筑設計研究院有限公司高級工程師

地鐵作為城市交通的基礎設施，除了具有交通出行的功能以外，還有戰時人員轉運、重要物資輸送以及保障人民群眾生命財產安全的功能。雖然在地鐵工程的設計施工過程中交通出行是重點關注的內容，但這并不代表地鐵人防工程的設計施工不重要。實際上，人防工程作為地鐵工程中的基本內容，其在設計施工標準方面的要求更高，面臨的難度也更大，需要設計施工主體投入更多的資源予以實施。因此在對地鐵人防工程設施施工中，相關主體更多地要結合相關標準及工程項目實際，借助先進的技術手段提高設計施工的準確性，確保人防工程的質量和效果。

近年來，BIM 技術以其突出的技術和功能優勢，成為地鐵人防工程設計施工中重點使用的技術類型，不僅能夠提高人防工程設計施工的精準性，而且能夠對工程施工中可能存在的不確定性風險進行預測和防范，保證了工程建設的進度和安全。

1 BIM 技術概述

BIM技術是通過構建虛擬的建筑模型，對實際建設項目的設計施工情況進行管控的技術類型。在當前的工程設計施工領域，BIM 技術通常被理解為是一種信息化軟件，即基于信息技術基礎開發出的用于工程項目設計施工的軟件工具[1]。在應用方面，BIM 技術通常被用于工程設計和工程施工中。如圖1 展示的是基于BIM 技術的施工流程圖。

圖1 基于BIM 技術的施工流程

1.1 可視化

BIM 技術是以可視化的計算機軟件為載體運行的技術。通過BIM 技術，可以將通過多種途徑收集到的工程項目設計施工信息整合起來，構建出真實的三維模型，設計人員與施工人員可以通過三維模型從不同視角與不同位置模擬觀察工程建筑的外觀和細節，通過直接觀察掌握工程的結構與細節信息。

1.2 協作性

與傳統需要設計部門和施工部門人員共同參與、集中討論的工程設計施工方式不同，基于BIM 技術的設計施工實踐可以借助相關軟件和互聯網實現設計施工方案的隨時隨地分享討論，并同步進行方案的調整優化，減少了不同部門在設計施工方案方面的偏差，實現了設計施工行為的同步。同時，BIM 技術的協作性還體現工序的安排和開展上，即設計施工主體需要根據整個地鐵人防工程設計的需要合理分工，依次實施，確保工程設計施工的進度和效果。

1.3 虛擬性

BIM 技術在工程設計施工中的應用主要通過虛擬的軟件工具實現。借助相關軟件，無論是設計人員還是施工人員都可以通過電腦甚至手機的界面看到虛擬的管線布設、疏散逃生通道設計等內容，并且這種基于模型運行產生的虛擬結果與現場情況的吻合度比較高，可以使設計人員和施工人員通過軟件感受到工程設計方案的可行性和合理性。

2 BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中應用的功能

地鐵人防工程設計施工主要圍繞地鐵工程內部承擔人防功能的工程內容，主要包括建筑、通風、結構、配電以及給排水等。在人防工程內容的設計施工中，BIM 技術可以發揮出明顯的作用，這也是眾多設計與施工主體傾向于選擇該技術的重要原因[2]。

2.1 可視化呈現地鐵人防工程設計效果

設計是地鐵人防工程施工的前期工作，也是影響人防工程建設效果的基礎性因素。在傳統的人防工程設計中，設計人員主要是通過手繪或者電腦繪制的二維圖像來抽象地描述人防工程設計的內容。圖紙上顯現的只是部分數據信息，設計師需要借助相應的輔助工具才能夠解釋清楚設計的思路、方法以及結果。在BIM 技術的支持下，設計師可以通過軟件在計算機屏幕上立體地呈現地鐵人防工程設計方案對應的效果，并以簡單的操作促使設計效果“動”起來，更直觀地展示設計的效果。這種可視化效果極大地提高了地鐵人防工程設計的有效性，降低了設計人員在設計過程中的工作難度。

2.2 動態優化地鐵人防工程施工方案

地鐵人防工程施工大多在地下進行，而地下的施工環境充滿了復雜性。在人防工程施工中，很可能因為突發狀況導致施工進度難以按照施工方案明確的時間節點推進。在這樣的情況下，施工方就需要對原有的施工方案進行重新檢查和修正。在修正施工方案方面，BIM技術可以為施工內容、施工順序以及施工方法等內容的修正提供更加科學的指導，使方案優化調整更加符合施工現場的狀況。例如在方案調整中，施工人員可以將現場測量的數據重新更新到軟件中，軟件隨即會產生新的模擬效果圖，并根據當前狀況提出相應的方案調整參數變量，供施工人員根據情況進行科學、靈活的調整，確保人防工程施工方案的準確性，避免因為方案更新不及時或者方案修正不完善而造成施工風險[3]。

2.3 構建模型分析最佳工程設計方案

地鐵人防工程除了承擔地鐵配套設施的服務功能以外，還承擔有人防工程的疏散和安全保障功能。《中華人民共和國人民防空法》的第十四條規定，城市的地下交通干線以及其他地下工程的建設，應當兼顧人民防空需要。地鐵是城市戰時人民防空體系的重要生命線，具有保證人員運輸和物資轉運安全的功能。雖然在地鐵人防工程設計過程中，設計人員可以根據相關標準進行設計，但也需要結合城市人民防空的實際需要和要求，進行實事求是的設計。

由于設計人員缺乏戰時人防工程使用的經歷，因此對人工工程設計的最佳方案把握也會出現不精準的現象。為此，可以使用BIM 技術構建相應的人防工程設計模型，通過參數的調整來獲得最佳的設計方案，最終形成符合戰時人防工程使用實際，且人員運輸、物資轉運高效的方案，確保人防工程設計的科學性和合理性。

3 BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中的具體應用

BIM 技術具有的可視化和虛擬化等特點，使得其成為地鐵人防工程設計與施工重點使用的技術手段，不僅可以降低設計施工的成本，而且能夠為設計施工提供精準且直觀的參考資料[4]。目前，BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中的應用已經滲透到了機電、土建以及裝修3 大重點模塊，成為人防工程建設中普遍應用的技術。下面分別從建筑結構、管線敷設、功能轉換3個方面對BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中的應用進行介紹。

3.1 模型化分析

BIM 技術在人防工程內部結構框架設計施工中的應用主要體現在可以結合相關測量數據進行三維模型分析，通過分析確定最佳的房間布局、出入口以及出入通道的設計施工，確保人防工程的使用效率和效果最佳[5]。

在實際的設計施工中，工作人員將現場測量的相關數據輸入到軟件的相關參數變量中，軟件即可生成虛擬、直觀的地鐵人防工程模型。通過這種三維立體模型的輔助，設計和施工人員可以精準獲取工程總體的可利用面積，并且結合相關標準劃分具體的房間功能，使人防工程的結構和布局符合相關要求。同時，在開展各房間以及工程總出入口的設計與施工時，相關人員也可以借助建立的三維立體模型，對工程內部的建筑、機電設施的分布進行總體上的掌握，并在此基礎上精準確定出入口的位置和大小，使出入口的設置符合使用需求[6]。

3.2 可視化處理

管線是聯通地鐵人防工程內部不同房間位置以及人防工程與地鐵工程的重要通道。按照功能的不同，可以將地鐵人防工程的管線分為給排水管道、通風管道以及配電線路等，這些是保證人防工程有效使用的基礎設施內容。

為滿足管線敷設的科學性與合理性，降低不同管線交叉可能產生的風險，在實際的管線敷設設計施工中，相關人員會利用BIM 技術的可視化功能進行逐項作業。在進行管線敷設設計時，設計人員會利用BIM 模型按照給排水系統、通風系統以及配電系統的順序分別進行獨立的設計，并將設計的最終方案通過模型進行整合，形成一張整體性的管線敷設圖，從整體上對各系統的線路、管道敷設情況進行單獨和綜合性的檢查優化，確保管線路線最優的同時，減少不同管線之間的交叉重疊，使管線敷設方案更加科學、合理[7]。

在進行管線敷設施工時，分別負責給排水管道、通風管道以及配電線路鋪設的施工人員所參照的除了整體的管線敷設圖以外，還掌握有單獨的給排水管道、通風管道以及配電線路鋪設圖，但要參照整體方案的施工方法，既避免了單獨施工的偏差，也保證了整體施工的效果，使施工的效率和效果都能夠得到明顯提高。

3.3 動態化展示

地鐵人防工程設計施工的最終目的在于交付具有平時和戰時雙重功能的人防工程設施，并且這一設施要具有順暢的平戰轉換功能，即當進入戰爭狀態后，地鐵人防工程能夠迅速從平時設施轉化為戰時設施[8]。而這種順暢的轉化就有賴于前期的設計和施工。在這方面，BIM 技術的應用主要體現為平戰轉換方案的設計和落實。設計時，設計人員會參照相關標準，計算確定平時和戰時地鐵人防工程在通風、給排水以及用電等方面的量化數據情況，將其作為平戰轉化演練的主要參數依據。獲得相關數據后，就可以在模型中設定相應的參數區間，并通過軟件對設計方案滿足最大平戰轉換要求的情況進行模擬演示，根據演示中發現的問題，對相關設計內容進行優化調整，確保設計方案中的相關變量設置能夠真正符合平戰轉換的要求。

例如，在出入口設計時，設計人員需要模擬戰爭發生時人防工程最大的承載量來設計用時最短、防護效果最好的出入口數量、規模以及位置，使出入口能夠滿足基本的戰時進入要求。在施工時，施工人員需要將現場施工的參數變量與設計模型中的變量區間進行對比，檢查是否超出預定的參數范圍，并對超出的參數進行相應的修正，確保實際施工的結果與方案明確的標準相契合。

4 BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中應用需要注意的問題

BIM 技術是一種開放性的技術，其在工程設計施工中的應用空間和應用方式都較為多元。因此，對于地鐵人防工程設計施工主體而言，更多地是要結合人防工程設計與施工的實際需要和要求，對BIM 技術進行科學、合理的利用，以達到最佳的設計施工效果[9]。在平時的技術應用中，設計施工主體要在熟悉地鐵人防工程設計施工要求和對現場進行充分調查的基礎上，結合BIM 技術的屬性和功能，進行科學且規范性的使用。

4.1 構建地鐵人防工程設計施工內容體系

BIM 技術應用的前提是要確定“在哪里用”和“如何用”等問題。為此，地鐵人防工程設計施工主體要結合以往的經驗以及人防工程建設的相關技術標準，明確地鐵人防工程設計施工的主體性內容，并在細化各項內容的基礎上，明確BIM 技術應用的范圍和方法，明晰技術應用的邊界和規則。例如，可以編制BIM技術應用指南，其中按照機電模塊、土建模塊以及裝修模塊分別進行內容的細化和歸納，對于可以使用BIM 技術的設計施工內容，要對相應的BIM 技術使用方法進行詳細說明，確保設計、施工人員能夠在短時間內迅速掌握BIM 技術應用的相關信息，便于快速、準確地開展相關工作。當然，設計人員也可以根據自己的地鐵人防工程設計施工經驗，對BIM 技術在人防工程各個模塊的具體應用內容和應用功能等進行梳理，形成完整的BIM 技術應用手冊[10]。

4.2 提高工程數據測量精準性和完整性

在人防工程設計施工中，BIM 技術雖然擁有明顯的優勢，但這些優勢真正發揮出來的前提在于生成的模型與現場施工環境情況的高度契合。然而，地鐵人防工程多是在地下環境中進行作業，其在數據測量和環境分析等方面存在較多的不可控因素[11]。因此，保證測量數據的準確性和完整性就成為提高BIM技術應用效果的關鍵。一方面，設計、施工主體要選擇使用精準度比較高的測量工具進行相關數據的采集；另一方面，要采取動態、反復測量的方式，通過多點、多時間段測量來獲取盡可能接近現實情況的數據信息，以保證數據誤差的最小化。在技術應用過程中，對于出現異常的數據，相關人員要保持高度的敏感性，及時進行數據的驗證和復查，確保模型分析中數據的準確性。

4.3 強化設計施工活動的協同性

BIM 技術雖然為地鐵人防工程設計施工提供了科學的工具，但由于同一工程內容往往由不同的人員甚至團隊分別負責相應模塊的設計與施工，很容易出現因協同不力而出現偏差的情況[12]。因此，在開展地鐵人防工程設計施工過程中，不同的設計主體、施工主體以及設計主體與施工主體之間應當保持行動的協同性，相互之間通過互聯網保持密切的溝通交流，確保BIM技術應用標準的統一、規范，避免因為某一環節出現失誤而導致整體的設計施工工作出現停滯或返工的情況。當在地鐵人防工程設計施工中遇到BIM技術應用難題時，相關人員應當及時向項目經理匯報，并組織相關專家進行集中性的調查研討，確保技術應用的科學性。

5 結語

BIM 技術作為一種具有可視化、協作化以及虛擬化特點的技術，在地鐵人防工程設計施工中的應用具有十分積極的效果。目前，BIM 技術在建筑結構、管線敷設、功能轉換等方面均有比較廣泛的應用。結合當前技術應用的實際情況，在開展地鐵人防工程設計施工時，相關主體要積極構建細化、完整的地鐵人防工程設計施工內容體系，提高工程數據測量的精準性和完整性，強化設計施工活動的協同性，以確保BIM 技術在地鐵人防工程設計施工中的科學、合理及有效應用。