地鐵車站施工中BIM數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

摘要：廣州市軌道交通十八號線陳頭崗地鐵站停車場項目，具有涉及專業(yè)多、施工過程復(fù)雜、技術(shù)標準新、管理要求高、施工風(fēng)險高等特點，為了提高工程的施工效率和管理質(zhì)量，在工程中應(yīng)用了BIM技術(shù)。通過建立復(fù)雜構(gòu)件的BIM模型，進行3D可視化交底，避免因施工人員理解不清而出現(xiàn)錯誤；通過BIM模型能夠?qū)⒏鲗I(yè)的需求與問題整合到一起并展現(xiàn)出來，并快速找出施工過程中各專業(yè)間相互沖突的部位，提高各專業(yè)的配合效率；通過4D模擬演示，將施工過程中可能存在的問題反映出來并進行優(yōu)化，以提高施工質(zhì)量和效率?；贐IM平臺的質(zhì)量管理模塊，實現(xiàn)對施工項目質(zhì)量安全的全過程控制。

關(guān)鍵詞：地鐵站；施工效率；BIM技術(shù)；4D模擬演示

0" "引言

目前BIM技術(shù)作為建筑業(yè)行業(yè)信息化的關(guān)鍵技術(shù)之一，逐漸被應(yīng)用在各個項目中[1-3]，并獲得非常明顯的效果，得到了行業(yè)技術(shù)人員的普遍認可[4]。但BIM技術(shù)在國內(nèi)地鐵設(shè)計和施工中的應(yīng)用范圍較小，起步較晚，其價值值得深入的研究。

廣州市軌道交通十八號線陳頭崗地鐵站停車場項目，具有涉及專業(yè)多、施工過程復(fù)雜、技術(shù)標準新、管理要求高、施工風(fēng)險高等特點，為了提高工程的施工效率和管理質(zhì)量，在該工程中應(yīng)用了BIM技術(shù)。本文以該工程為例，分析了BIM技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用效果，為相關(guān)工程提供了指導(dǎo)和借鑒。

1" "項目概況

廣州市軌道交通十八號線及二十二號線為市域快線，設(shè)計時速160km/h，其中陳頭崗?fù)＼噲龀袚?dān)二十二號線列車月檢、列檢和停放，并預(yù)留上蓋開發(fā)條件。

陳頭崗?fù)＼噲鑫挥跂|新高速以西，石北工業(yè)路以北，大石水道以東的地塊內(nèi)，大致南北走向，擬建場地總長約1250m，寬約200m，紅線面積約24.2萬m2。從南往北分別為運用庫房區(qū)、咽喉區(qū)、出入段線及U型槽，另有綜合樓和變電站兩個單體建筑，陳頭崗?fù)＼噲鲆?guī)模調(diào)整后，設(shè)20列位停車列檢，包括2列位周月檢線、1條臨修線、1條鏇輪線、1條試車線（較初步設(shè)計減少4列位停車列檢位，減少1個周月檢線）。蓋板11萬m2（初設(shè)蓋板面積13.3萬m2）。

2" "BIM數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用分析

2.1" "數(shù)字化交付的優(yōu)勢

BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了建設(shè)與運維的無縫銜接，為業(yè)主的運維帶來便利以及為未來的數(shù)字化建設(shè)打下了基礎(chǔ)，項目工程的數(shù)字化交付也越來越受到行業(yè)重視。

數(shù)字化交付是通過數(shù)字化平臺，有效管理工程信息，并將設(shè)計、采購、施工等階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔、模型以標準運維模式提交給企業(yè)，是一種區(qū)別于傳統(tǒng)紙質(zhì)文檔交付的新型交付方式。數(shù)字化交付貫穿于項目的建設(shè)階段、運維階段及全生命周期，是工程協(xié)同設(shè)計、建設(shè)信息透明化、提升工程建設(shè)效率和企業(yè)管理運維的有力手段。

數(shù)字化交付可以滿足業(yè)主及管理者對可視化數(shù)據(jù)的需求。采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建工程模型，向各項目參建方提供透明的施工過程信息，增強各方在項目實施中的協(xié)調(diào)性，減少沖突、規(guī)避風(fēng)險，縮短項目周期。

本工程具有工程規(guī)模大、建設(shè)工期緊、涉及專業(yè)多、施工過程復(fù)雜、技術(shù)標準新、管理要求高、施工風(fēng)險高等特點。針對本項目工程特點，有效打通各施工環(huán)節(jié)的溝通，有助于減少返工率，提高工程效率。本項目以五線一轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)思想，全過程采用BIM新技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化移交。

1.2" "BIM軟件選擇

合適的建模環(huán)境和BIM軟件是保證BIM應(yīng)用方案順利進行的核心部分。當(dāng)前主流BIM軟件包括法國的DELMIA、CATIA系列軟件、美國的Revit系列軟件以及芬蘭的Xsteel系列軟件，其優(yōu)點各異。

DELMIA、CATIA軟件在三維模擬動畫和建立復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)模型方面有著獨特的優(yōu)勢。Revit軟件優(yōu)勢在于給水暖電、結(jié)構(gòu)、建筑等專業(yè)提供了良好的配合平臺，能夠建立出包含各個專業(yè)在內(nèi)的完成模型，快速便捷的達到“三維協(xié)同設(shè)計”的目的。Revit功能齊全，能夠?qū)蝹€模型、材質(zhì)復(fù)雜的模型進行集成，并且有著完善的API接口功能，能夠給眾多結(jié)構(gòu)分析軟件提供可編程接口。除此之外，Revit軟件建族功能非常強大，能夠支持設(shè)計師跟隨想象去創(chuàng)作，設(shè)計出更有特點結(jié)構(gòu)族。而Xsteel系列軟件在建立鋼結(jié)構(gòu)模型、渲染等方面有著獨特的優(yōu)點。

經(jīng)過上述分析，結(jié)合本項目具體情況，最終認為Revit系列軟件更加適合此項目，BIM軟件和所用其他軟件的具體情況如圖1所示。

3" "建立BIM模型及數(shù)字化信息管理

3.1" " 模型建立

該地鐵車站停車場區(qū)域狹長，建設(shè)工期緊，設(shè)計專業(yè)多，建模任務(wù)量巨大，建模時對各軟件靈活應(yīng)用，通過AutoCAD將繪制好的2D模型輸入到Revit中形成三維模型。圖2所示為此地鐵車站停車場的整體模型圖。圖3所示為梁柱節(jié)點模型圖。為了根據(jù)圖紙達到對BIM模型精細化處理的目的，針對地鐵車站停車場結(jié)構(gòu)位置的不同選擇不同的建模方式。

對于梁、板、柱這些形狀相對規(guī)則和簡單、尺寸比較固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過Revit2016自身具備的板梁柱功能來快速完成參數(shù)化建模；對于大門、預(yù)制混凝土塊、排水溝等結(jié)構(gòu)形式不規(guī)則的構(gòu)件，可通過Revit2016來完善族功能來建立構(gòu)件模型，再把建好的族模型導(dǎo)入到整體項目模型中的合適位置，完成異性結(jié)構(gòu)的建模。當(dāng)鋼筋模型的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜時，比如U型槽、蓋板、咽喉區(qū)鋼結(jié)構(gòu)等，可通過3Dmax2016來進行建模。

3.2" " 建模特點

通過Revit2016建立的模型有著以下特點：

其一為針對性。模型的建立過程中對于地鐵車站停車廠不同部位的不同結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特點選擇相應(yīng)的軟件和功能來進行建模，能夠做到精細化建模。

其二為精準性。不論是空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的U型槽施工，蓋板，咽喉區(qū)鋼結(jié)構(gòu)等，還是形狀尺寸較為固定的梁、板、柱，都可以根據(jù)工程圖紙的標高、位置和尺寸來進行精準建模。

其三為參數(shù)化。在建立分布規(guī)律強、形狀比較正常的模型時，要盡量選擇參數(shù)驅(qū)動自動化的方法來進行建模。

其四為批量化。所需模型的屬性統(tǒng)一設(shè)置，參考cad圖紙來對BIM模型進行修改，批量生成構(gòu)件模型。

其五為規(guī)范化，即根據(jù)施工條件和設(shè)計要求制定對應(yīng)的出圖標準和建模標準，對出圖格式、模型的命名進行統(tǒng)一。

3.3" " BIM數(shù)字化信息管理

施工過程中，搭建BIM平臺輔助施工管理，進行進度、質(zhì)量、安全、人員、物資設(shè)備、檔案資料等的綜合管控。上傳項目人員和工人信息及附件，實行實名制身份認證，對人員調(diào)動、進場、退場進行綜合系統(tǒng)管理。與門禁系統(tǒng)結(jié)合，監(jiān)管現(xiàn)場門禁系統(tǒng)是否在線，并對進入施工現(xiàn)場人員進行過閘驗證記錄，導(dǎo)出進出記錄和考勤記錄。

可根據(jù)總包編制計劃關(guān)鍵節(jié)點和實際施工情況，調(diào)整每個工點施工計劃上傳平臺，實行可控管理?？赏ㄟ^周報了解一周內(nèi)施工動態(tài)，日報填寫每日完成量，自動更新統(tǒng)計開累量。通過填寫查詢可全面了解現(xiàn)場施工情況。通過計劃和模型的關(guān)聯(lián)，可以制作4D模擬，模擬施工進程，直觀展示完工標識。通過派工單下發(fā)每日施工任務(wù)，派工單集成了系統(tǒng)中的人員、設(shè)備、材料、計劃各項數(shù)據(jù)，記錄了工程建設(shè)的全過程，結(jié)合模型與計劃、安全、質(zhì)量關(guān)聯(lián)，最終實現(xiàn)從施工到的數(shù)據(jù)保留和轉(zhuǎn)移。

本項目區(qū)域狹長，可通過BIM技術(shù)模擬布置現(xiàn)場施工設(shè)施、施工通道、現(xiàn)場臨時水電等，分析施工場地布置是否滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要及安全等問題，然后進行模擬調(diào)整，將潛在問題進行前置。同時本工程涉及專業(yè)多，機電與土建交叉施工，通過三維模型的方式能夠發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯，漏、碰、缺與專業(yè)間的沖突，出具預(yù)檢施工過程中可能出現(xiàn)的問題，提前解決，優(yōu)化設(shè)計，減少返工，如圖4所示即為變電站土建模型和機電模型的合模結(jié)果。

對施工工藝復(fù)雜的工藝進行動畫模擬、直觀展示。同時在施工前，輔助施工圖紙與模型對預(yù)留孔洞、復(fù)雜工序及節(jié)點部位進行分析，對工人進行三維交底。比如變電站施工遇夾層涉及層高變化，二維圖紙展示并不直觀，通過三維可視化模型，進行施工技術(shù)交底，一目了然。對于工程中的預(yù)制柱、疊合梁或組合梁、疊合板或鋼筋桁架樓板，可通過BIM技術(shù)進行建模，裝配式模擬，優(yōu)化裝配式施工方案。

在成本控制方面，應(yīng)用BIM技術(shù)可以快速統(tǒng)計出指定構(gòu)件的工程數(shù)量，利于項目動態(tài)成本管控。比如可利用精準模型，對U型槽出入場線段區(qū)域進行頂板和墻身工程量統(tǒng)計。同時在此次工程中，結(jié)合了無人機技術(shù)對項目全景圖進行拍攝，根據(jù)全景圖將項目進度信息及現(xiàn)場安全文明施工情況進行反饋，準確掌控現(xiàn)場施工進度。

3.4" " 資料數(shù)字化驗收與可視化交底

按照地鐵行業(yè)竣工要求，在分部分項劃分庫中配置完成表格（全線通用、無需多次重復(fù)配置），每一道工序所需的驗收表格置于系統(tǒng)，施工單位發(fā)起質(zhì)量驗收，監(jiān)理確認合格之后，歸檔。把整個質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)全部上線化，無紙化辦公，確保日常資料歸檔的及時性和完整性。施工日志在線上填寫報送，可直接導(dǎo)出符合地鐵專業(yè)驗收要求的紙質(zhì)版施工日志存檔備查，減少了資料管理人員的日常工作量。

為了方便班組技術(shù)交底，模型導(dǎo)入輕量化平臺，通過二維碼技術(shù)，數(shù)據(jù)通過二維碼傳輸，把技術(shù)交底三維可視化。在施工前，輔助施工圖紙與模型對預(yù)留孔洞、復(fù)雜工序及節(jié)點部位進行分析，對工人進行三維交底。項目的所有工作人員用手機掃碼，通過生成二維碼，可以查看和利用輕量化交底模型，使BIM技術(shù)平易近人，便于使用。

4" "BIM應(yīng)用效果

本項目全過程采用建筑信息化模型（BIM）與其他信息化應(yīng)用相結(jié)合，基于項目管理平臺應(yīng)用，實現(xiàn)人員、物資、設(shè)備、進度、質(zhì)量、安全等的綜合管控，結(jié)合無人機、地質(zhì)建模等技術(shù)，實現(xiàn)了項目智慧化管理與建設(shè)，達到了如下效果：

BIM可視化技術(shù)節(jié)約與各方協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)的時間為32天，較傳統(tǒng)作業(yè)方式節(jié)約比例10%。基于BIM模型的管理平臺，各參建方能有效監(jiān)督和把控部門的日常施工工作。節(jié)約材料的價值為18萬元，較傳統(tǒng)作業(yè)方式比較節(jié)約比例7%。通過虛擬建造，優(yōu)化施工組織方案，縮短工期35天，較傳統(tǒng)作業(yè)方式節(jié)約5.2%。節(jié)省的建造費用總額203萬元，較傳統(tǒng)作業(yè)方式節(jié)約0.19%。

同時通過基于BIM平臺的質(zhì)量管理模塊，實現(xiàn)了對施工項目質(zhì)量安全的全過程控制。且在BIM施工管理平臺發(fā)起的各類安全、文明、質(zhì)量事件百余條，并均已落實整改到位。

5" "結(jié)論

為了提高工程的施工效率和質(zhì)量，減少優(yōu)化工程成本，在保證工程質(zhì)量的前提下，最大程度上縮短工期，本文以實際地鐵站停車場工程為例，分析了BIM技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用效果，得到了如下幾個結(jié)論：

通過將復(fù)雜構(gòu)件建立到BIM模型中，分析構(gòu)件的尺寸、位置是否合適，同時能夠進行3D可視化交底，避免因施工人員理解不清而出現(xiàn)錯誤。

通過BIM模型能夠?qū)⒏鲗I(yè)的需求與問題整合到一起并展現(xiàn)出來，并快速找出施工過程中各專業(yè)間相互沖突的部位，提高各專業(yè)的配合效率。同時能夠?qū)δＰ瓦M行4D模擬演示，將施工過程中可能存在的問題反映出來并進行優(yōu)化，提高施工質(zhì)量和效率，節(jié)約了工程成本。

基于BIM平臺的質(zhì)量管理模塊，實現(xiàn)了對施工項目質(zhì)量安全的全過程控制；并且在BIM施工管理平臺發(fā)起的各類安全、文明、質(zhì)量事件百余條，并均已落實整改到位。

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