BIM技術在城市軌道交通工程建設全過程中的應用

張金龍

摘要 隨著我國城市軌道交通工程的飛速發展，城市軌道交通工程BIM技術應用日益成熟，但對BIM技術的應用只是停留在很少的幾個方面或模塊，幾乎沒有建設全生命周期的應用。文章以青島地鐵1號線工程建設全過程BIM技術應用為例，全面分析BIM技術應用的優點，為城市軌道交通工程積累寶貴經驗。

關鍵詞 BIM;對比分析;模型;加工

中圖分類號 U231.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0013-03

0 引言

BIM（Building Information Modeling）在城市軌道交通工程全生命周期應用中涉及規劃、設計、施工、運維和拆除等五個階段，目前我國城市軌道交通工程對于BIM技術的應用主要集中在設計、施工階段。雖然BIM技術在城市軌道交通工程中應用廣泛，但由于城市軌道交通工程涉及專業多、施工工序復雜、各專業接口多、交叉施工多、各個專業的互相配合要素多等原因，目前各個城市對BIM技術的應用只是停留在很少的幾個方面或模塊，幾乎沒有地鐵建設全生命周期BIM技術應用。鑒于上述情況，以青島市地鐵1號線工程為例，探討BIM技術在地鐵工程設計、施工、運維全過程應用，助力地鐵建設運營。

1 前期工作

1.1 BIM應用目標

設計目標——利用BIM技術優化設計，提高設計質量，減少變更。

生產目標——實現施工階段基于BIM的精細化管理，機電設備等專業的預制加工安裝，提高施工質量。

管理目標——基于BIM數據集成與管理平臺，實現一體化項目管理，滿足各參建單位協同工作，提高項目管理水平。

數據集成——基于BIM數據集成和管理平臺，整合建設期生產數據形成較為完整的數據庫，實現青島市地鐵1號線項目數字化建設管理，實現地鐵工程的“數字孿生”。

竣工模型——基于BIM數據集成和平臺管理，形成與工程實體、竣工圖紙相一致，能反映建設項目建設期各項信息的竣工模型[1]。

1.2 應用模式

建立建設單位為主導，以標準為引線、平臺為依托，BIM咨詢單位提供服務，設計單位、施工單位、監理單位、供貨商和運營單位等各參建方共同參與的管理模式。

2 建設期應用

2.1 準備階段

2.1.1 相關培訓

根據BIM技術在軌道交通領域應用情況和參建單位的BIM應用實際水平，組織BIM專項培訓，包含BIM綜合管理平臺應用、BIM系統化實施方案交底、BIM應用等各項培訓。

2.1.2 管理措施

在建設期BIM應用確立了各階段任務及保障措施，確立了無BIM不施工的建設期BIM應用原則（如圖1）[1]。

2.2 模型創建

2.2.1 設備設施模型構件庫

青島地鐵1號線BIM應用在實施過程中共收集各專業產品模型元素1 815個，部分模型達到最小可拆分單元，為企業級模型元素庫積累數據。

2.2.2 最小可拆分單元

根據運維部門對維修單元拆分需求創建最小可拆解單元模型庫，添加屬性信息，可使運維人員快速獲取所需信息，了解設備構造。

2.2.3 模型應用

（1）高大空間設計理念。青島地鐵1號線的見光不見燈設計理念，使得燈具高度較前期線路尺寸變大，按常理吊頂高度應比既有線路更低30 cm左右。通過BIM優化提升了吊頂高度，空間感受明顯提升。

明暗挖車站，通過管線綜合方案優化公共區裝修標高均提升至3.30 m，站臺層除無柱車站外其余車站裝修標高均提高至3.2 m。

根據裝飾吊頂模型，進行的管線路由設計，詳見圖2、圖3。

（2）為避免裝飾吊頂安裝空間不足，在設計階段引入裝飾吊頂模型。要求吊頂模型的建模精度達到要求，包括燈具尺寸與實物一致、體現燈具安裝吊點、吊頂的標高及位置準確。具體的剖面圖及形成的三維視圖，詳見圖4、圖5。

（3）為避免支吊架占用裝飾吊頂安裝空間進而導致后期裝飾吊頂標高降低，在設計階段根據裝飾吊頂、各專業管線、結構模型這三者形成的立體空間布局，確定支吊架安裝形式、安裝標高，以此作為現場支吊架施工的依據。

（4）為避免公共區門匾因空間狹小且管線密集導致實際安裝達不到設計要求，此處管線布置充分考慮結構空間、支吊架安裝、管線保溫等各種因素。具體的剖面圖及形成的三維視圖，詳見圖6、圖7。

（5）為避免擋煙垂壁安裝空間不足，在裝飾模型中體現擋煙垂壁模型，以此指導管線排布。

2.2.4 設計方案比選

（1）為避免管線的大量支管需橫跨走廊才能進入房間的情況出現，在走廊中將管線布置在支管較多的走廊一側。

（2）為避免后期運營階段設備替換導致的管線拆改，按設備運輸路徑的凈空要求進行管線排布。

（3）為避免設備區走廊在運維階段檢修困難，管線排布方案應盡量實現寬度超過400 mm的檢修空間，檢修空間一般布置在中部。

（4）為避免管線冷凝水滴落到設備上，應逐個房間確認風口位置，風口不允許布置在設備正上方。

（5）為避免管線影響后期設備安裝和運行，應逐個房間確認管線底標高。

在設計階段，通過模型創建，優化設備房間內凈空不足的問題，要充分利用走廊的空間進行管線布置，如圖8、圖9。

2.3 施工階段

（1）土建模型與現場一致性復核。由BIM總體組織設計、施工、監理單位對土建模型進行現場復核，通過“現場定位——與BIM模型及圖紙校核——土建現場復核會簽——BIM模型調整”的工作流程，確定土建結構對管線綜合的影響[2]。

各參建單位進行土建復核后，進行確認會簽，如存在問題及時反饋并修改結構模型。如出現現場結構與圖紙不一致情況，及時記錄并做專題研究。

（2）砌筑預留孔洞出圖。機電施工單位完成設計階段管綜模型優化、綜合支吊架排布后，BIM總體組織施工單位、監理單位進行預留孔洞集中辦公會議，各施工單位根據設備位置及施工要求確定房間支管位置。各單位確認支管位置后，機電施工單位出具預留孔洞圖紙，各單位確認無誤后進行圖紙會簽。監理及BIM總體不定期檢查現場預留孔洞是否按照圖紙進行施工，以保證現場與BIM模型的一致性。

機電施工單位確定結構施工單位移交區域的墻柱中心線，根據中心線精確定位墻邊線、砌筑墻體，其中預留孔洞中鍍鋅鐵皮風管外徑預留100 mm，復合風管外徑預留100 mm，強化復核風管外徑預留150 mm。

（3）管綜模型的綜合支吊架深化（公共區、設備區）。利用BIM軟件生成剖面圖、安裝定位圖，廠家在此基礎上對支吊架進行深化設計，反饋深化圖紙確認圖紙無誤后進行工廠化預制，模型中支吊架安裝位置、偏移量、方位應符合設計及施工要求。

綜合支吊架在廠家預制完成后，以成套的形式運抵現場，現場安裝人員依據《綜合支吊架定位圖紙》和《綜合支吊架安裝詳圖》直接進行安裝，極大提高了安裝效率。

（4）機房深化（機電、弱電、供電、站臺門專業）。施工單位按照BIM總體交底內容進行機房深化工作，通過1∶1參數化設備組建立機房模型保障機房深化模型的落地可實施性。通過模型依據設備位置合理排布管道走向，在確保功能、安裝方式合理的條件下保證機房安裝效果整體美觀的同時，便于后期運維人員檢修[3]。

（5）預制加工（風管、水管、橋架、機房）。利用BIM建模軟件完成前期管線優化排布，經各方參建單位確認無誤后進行模型凍結。按照現行使用規范進行定長分割，并對每節風管進行自動編號，并生成每節風管相對應的唯一二維碼，其中包含風管編號、材質、規格型號，安裝位置、安裝日期、施工單位名稱、監理單位名稱安裝等信息[4]。

以BIM技術為依托，采用水管工廠化預制加工的理念，加工廠依據BIM軟件生成的加工圖紙，進行工廠化集中加工。這樣的做法使得運抵現場的管件能夠實現模塊化安裝，避免了現場切割、電焊等動火作業，和水管等鋼管切割后需要進行的二次防腐，有效減少了現場火災、用電安全隱患。

橋架預制加工及安裝：利用BIM建模軟件對前期管綜優化完成，經各方參建單位確認無誤，封模后的橋架模型，對橋架模型進行分解后生成單一構件加工圖紙、加工編號、材料清單、安裝圖紙，進行提前工廠化預制，完成后運抵現場，現場安裝人員根據二維碼標識直接安裝，同樣避免了現場火災、用電安全隱患。提高了現場的安裝效率，節省工期，減少成本[4]。

3 竣工階段

3.1 竣工模型管理及竣工數據庫校驗

通過BIM綜合管理核查竣工模型數據庫，核查內容主要包括兩個部分：建設期集成信息核查和竣工模型核查。

建設期信息核查主要包括：模型基礎數據、設備設施模型相關生成信息數據核查及過程應用數據核查等。

竣工模型核查由BIM總體咨詢單位對竣工模型及實體工程進行復核，保障模型與現場的一致性，工作內容主要包括：公共區、設備區、房間的施工管線復核及設備安裝復核。

3.2 基于BIM的資產移交工作

通過BIM綜合管理平臺整合的建設期信息導出運營單位需要的資產采集信息形成資產移交采集表，交由運營人員進行資產盤點工作。基于BIM的資產移交工作使得資產移交的移交周期大范圍壓縮、糾錯工作大幅度減少[1]。

4 結束語

青島地鐵1號線實施全過程、全系統的BIM應用，在建設過程中取得了可觀效益，通過BIM技術進行碰撞檢查在地鐵施工過程中運用廣泛、效果顯著，有效解決了地鐵多專業有限空間施工難度大的問題。通過BIM三維建模，可在設備安裝之前先進行各專業之間及專業內部的管線碰撞檢查，提前發現設計可能存在的碰撞問題，減少施工階段因設計疏忽造成的損失和返工工作，在提高生產效率、節約成本、減少隱患、縮短工期方面發揮重要作用，為BIM技術在地鐵全過程施工中的應用積累了寶貴經驗，BIM技術在地鐵全過程施工中的應用也會創造出更多的價值。

參考文獻

[1]住房和城鄉建設部. 城市軌道交通工程BIM應用指南[M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2018.

[2]李俊. BIM技術在軌道交通工程中的應用[D]. 天津：天津大學， 2016.

[3]曾維榮， 馬從權， 林憲敏. BIM技術在地鐵施工管理的應用探討[J]. 城市建設理論研究， 2017（35）： 167-168.

[4]許逸芹. BIM技術在地鐵機電系統施工中的應用研究[J]. 江西建材， 2017（15）： 170.