BIM在城市軌道交通項目中的應用

摘要：BIM技術能夠使城市軌道交通項目實現數字化和信息化。BIM技術將貫穿城市軌道交通工程的整個項目，包括規劃、設計、施工和維護階段，從而實現項目的協同設計、優化分析和資源共享。

關鍵詞：BIM技術可視化設計；模擬交底；碰撞檢測；數字化制造

城市軌道交通項目建設是一個巨大的工程，具有工程量大、建設時間長、投資大成本高等特點，工程具有一定的復雜性，參與企業和人員數量眾多。而運用BIM技術，項目的參與設計人員從項目方案階段到運維管理階段都可以在BIM模型中修改相關專業信息。同時，也可以根據工程的實際情況對BIM模型進行修改和完善，從而在項目的整個生命周期內實現信息化數字化管理。這種方法可以提高工程設計施工效率，保證項目質量，提高運維管理能力，增加經濟效益。

一、國內城市軌道交通BIM技術應用現狀

BIM技術在國內城市軌道交通行業的應用正在迅速發展。除了北、上、廣、深四大一線城市，二、三線城市的城軌項目中也大規模應用了BIM技術。

（一）北京軌道交通BIM應用情況

北京地鐵10號線二期工程建設項目中應用BIM技術對整個工程周期進行了管理。在初步設計階段，對車站的建筑、結構、機電以及其他相關專業進行了建模；在設計施工階段，進行了管線綜合深化、碰撞檢查、工程量統計、施工模擬交底；在工程施工階段，對施工進度進行了跟蹤管理，實現了整個周期的信息化管理。

（二）廣州軌道交通BIM應用情況

廣州地鐵集團已經建立了企業級的BIM體系，主要包括企業BIM能力調研、企業BIM戰略制定、BIM應用后的流程再造、建模標準、交付標準、編碼體系、軟硬件及網絡選擇、招標文件以及合同范本、實施風險分析、試點項目實施等內容。在廣佛2期工程中進行了試點應用。此外，廣州市軌道交通18/22號線全面采用BIM體系，成為全國第一條全過程采用BIM技術實現全數字化的軌道交通項目。

（三）洛陽軌道交通BIM應用情況

洛陽軌道交通1號線于2021年正式運營。在1號線的施工中應用了BIM技術進行了3D建模、碰撞檢測、管線優化、數字化制造等。這種方法減少了重復協調工作，在施工前解決了各專業的沖突問題，提高了效率。

二、BIM在項目工程中的應用

（一）BIM在項目設計階段的應用

1.信息整合

通常情況下，城市軌道交通項目在設計階段需要多方參與。在以往的工程設計中，許多信息都存在孤立性，各方之間無法順暢地進行信息共享。現在，業主會為參與方搭建一個平臺，平臺使用統一的數據格式，各方將自己的數據提交給業主，業主再對各方的數據進行整合，形成項目最終的BIM模型。

2.場地分析

場地分析是對建筑物所使用的場地及其與周邊環境相關聯情況的分析。如果將BIM與GIS相結合，可以提高場地分析的精確度。BIM和GIS的數據精度都很高。在前期規劃中，BIM通過數據交換獲取GIS的信息，精確評估場地條件和特點，做出最理想的場地規劃和建筑布局等決策。在完成模型后，BIM還可以向GIS傳輸數據，解決GIS的問題。

3.策劃和論證

在項目策劃階段，對于一些非傳統建筑或有特殊要求的建筑，設計師想要通過傳統的設計方法來表達就有些力不從心。設計師可以利用BIM將頭腦中的想法和思路變成客戶能夠理解的方案。項目團隊利用BIM對建筑空間和功能進行綜合分析，根據客戶的需求進行對比論證，做出合理的決定。此外，BIM具有數據聯動功能，每次方案的修改都可以看到相應的成本預算，給業主提供相應方案的成本預估。

4.可視化設計

在BIM技術應用之前，效果圖通常由專業的制作公司或設計人員利用軟件進行建模，然后進行渲染。然而，由于軟件功能的局限以及設計理念的不同，使得設計方案與三維可視化展現之間存在相當大的差距。BIM的可視化設計使得設計師的真實設計效果可以展示出來，并且對于設計的深化和變更，都會生成與之對應的效果圖。

（二） BIM在深化設計階段的應用

1.協同設計

在傳統的設計過程中，各專業設計師單獨設計，然后將完成的樣圖及相關資料通過企業內部或外部的互聯網發送給其他合作者。這種協作方式是割裂的和碎片化的，往往會存在溝通不到位的情況。一旦設計出現修改，那么與之相關的設計會出現一連串的修改，每個環節的人都需要等待他人的修改完成后再進行修改，與之相配套的文件也需要修改。BIM的協同設計則有效地改善了這種離散的、割裂的設計環境。BIM中模型本身的信息以及所攜帶的信息都是相關的，當設計人員修改了設計并在模型端修改參數時，與之相關的設計也會跟隨著傳遞到其他合作者那里。協同設計貫穿整個項目從設計到施工到運維的整個周期。

2.性能分析

CAD繪圖軟件除了圖形信息不包含其他任何信息，因此很多數據需要通過手工輸入的方式進行添加，才能展開分析計算。而這種性能分析往往被安排在設計的最后，如果方案出現變更，就會導致原始數據和現實不符，需要不斷重新錄入，這樣會造成人力、物力浪費，還可能影響工期。在BIM模型中，設計師在設計過程中已經將設計、材料等信息放入模型中。因此傳統設計中需要大量時間來完成的專業數據輸入工作，可以半自動完成，從而提高工作效率。

3.碰撞檢查和管線綜合

碰撞問題一直是設計師們頭疼的難題。機電設備的安裝通常發生在工程施工的后期，因此設計人員和施工單位的時間十分緊張。然而，管線與結構、設備與結構，甚至管線設備系統本身的碰撞問題卻頻頻發生。盡管這一部分在項目預算中占比較小的部分，卻是最為麻煩的問題。BIM模型自動攜帶的信息最直接的用處就是檢查建筑內部物體的空間關系和碰撞問題。這些問題大部分無法在平面圖中預想到，甚至在建好的BIM模型中也很難一一發現，檢測過程完全由計算機完成。通過碰撞檢查程序，計算機可以在模型中發現碰撞問題并輸出一份碰撞檢查報告，報告按編號、構建ID和截圖相結合的方式告訴設計人員哪里出現了碰撞問題。設計師根據檢查報告對模型進行修正，解決存在的碰撞隱患，確保施工階段的順利進行。

（三）BIM在施工階段的應用

1.施工進度的模擬和管理

在BIM技術應用之前，項目管理者通常依據自身從業經驗編制項目進度計劃表，但計劃表的精確度不高，難以清晰描述施工進度以及各方之間的關系，也很難準確表達工程施工的動態變化過程。BIM模型在幾何信息層面上是三維的，如果將時間維度加入BIM模型中，就可以形成一個四維模型。四維進度模擬可以更加清晰和直觀地展現整個施工過程，為項目管理者提供一個可視化的平臺。在四維進度模擬中，三維的建筑模型與編制好的施工進度計劃表格是強關聯的。通過軟件編制工程任務，設定各工作之間的關系，并將其與BIM模型進行對接，施工任務與三維模型就關聯到了一起。關聯后的四維進度模擬以天、周、月為單位，對施工進度進行模擬，可以在任何時間點顯示出日期，當前完成的和未完成的工程量。在施工過程中，項目管理者可以直觀地看到項目的施工進度，及時發現和調整施工過程中出現的問題。

2.施工場地規劃

在除了工程中的建筑構件，施工現場還包括許多工程機械、物料存放點和臨時建筑等。因此，在施工前合理布置施工資源非常重要。在施工過程中，由于安排規劃不合理，運送大跨度構件的車輛運輸困難，工程機械不能同時作業，或者機械施工碰撞等問題時有發生。通過BIM模型進行三維立體規劃，可以將施工場地中的材料倉庫、材料堆以及工人的生活區進行位置的規劃布置，減少施工用地。同時，對施工機械和車輛的路線進行合理規劃，便于管理，避免事故發生。這種方法可以幫助施工場地中的各種資源更好地協同作業，提高施工效率，降低施工成本。

3.施工模擬交底

在工程項目中，設計人員或設備廠商需要派遣專業人員到現場，對于圖形和文字無法清楚描述的地方進行現場指導。然而，對于一些較為復雜的工序，設計人員并不一定熟悉施工要點，即使想要將整個工序和施工要點描述清楚也很難。由于某些施工節點非常重要且不可逆，一旦出現差錯，將造成巨大的損失。因此，在BIM模型中加入時間軸，為關鍵施工節點添加文字說明和構件內部的剖面圖，制作施工工序的動畫，動畫可以隨時暫停并隨意旋轉視角，為現場施工人員提供施工指導。在制作施工指導時，設計人員結合現場情況，能夠盡早發現工程存在的問題，并在施工前及時解決。

4.數字化制造

BIM結合數字化技術實現產品制造，通過對BIM模型進行碰撞檢測和安裝模擬，根據構件模型的精確尺寸和加工圖，對構件進行預制，有效降低了誤差，提高了制造的生產效率。

三、BIM在城市軌道交通的應用

BIM技術讓設計更高效、更智能化。在城市軌道交通項目中，BIM技術最廣泛的應用為管線綜合和碰撞檢查。基于BIM技術實現城市軌道交通項目的數字化和信息化是未來發展的趨勢，BIM技術將貫穿城市軌道交通工程的整個項目周期，包括規劃、設計、施工和維護階段，實現項目的協同設計、優化分析和資源共享。

（一）BIM在規劃階段的應用

在規劃階段，利用BIM思維構建一個包含地理環境、地質條件、管線道橋以及社科、文學、人文、經濟等多方面信息的城市交通三維模型。該模型包含人口數量、密度分布、出行方式以及經濟結構等信息。基于這些模型信息，BIM技術可以對線網規劃、線站位選取、線路走向進行分析。

（二）BIM在設計階段的應用

城市軌道交通設計是一個涉及多個專業領域、設計周期長、工作量大、工序復雜的綜合工程，多家設計單位參與，各專業間協調工作量大。在設計前期，BIM技術具有協同設計的優勢，各專業的設計人員可以在同一個平臺上進行協同設計，建立模型。有效避免了各專業之間因溝通不到位而出現信息遺漏，提高了設計質量和效率。

在設計中后期，設計人員可以在模型中進行各專業間的碰撞檢查及設備的安裝工序工藝模擬，通過軟件的集成作用進行管線優化和工程設計深化，避免了施工前出現的管線碰撞、工序錯誤等問題，減少了施工過程中的錯誤和返工，降低了工程損失。

1.方案設計階段BIM應用價值

（1）可視化三維設計

在三維可視化條件下進行設計，設計師能夠全方位觀察設計方案，便于各方溝通交流和決策。在傳統設計模式下，建筑空間的高度、大小、新穎度等方面很難理解，機電工程師在其中布置和準確定位設備、管線更加困難。三維可視化提供了準確的構件定位，設計師可以在BIM平臺上共享信息，進行碰撞檢查，優化和完善設計，從而提高設計質量。

（2）參數化設計

方案設計階段，數據參數會隨著設計的深化和完善而需要不斷修改和調整。傳統的手動調整工作量較大，而采用BIM參數設計則更高效、更快捷。

2.初步設計階段BIM應用價值

在初步設計階段，可以利用設計模型對建筑設計方案、結構施工方案、專項風險工程、交通影響范圍和疏散方案、管線影響范圍和遷移方案進行溝通、交流、討論和決策。初步設計階段的應用包括：設計方案可視化、控制因素分析、換乘方案模擬、設計方案比選、施工工法模擬、交通疏散及管線改遷模擬、工程量統計、一體化模型應用等。

3.施工圖設計階段BIM應用價值

施工圖設計階段，可以應用BIM對各專業之間進行碰撞檢查，優化設計方案、施工工藝、工法等，生成可供施工安裝使用的設計文件。這個階段的應用包括：設計進度和管理、管線碰撞檢查、管線綜合優化、預留預埋檢查、工程量統計、結構計算等。

（三）BIM在施工階段的應用

在施工階段，項目技術人員應該采用BIM模型率先進行虛擬施工，將施工進度與模型進行關聯，進行項目進度模擬。通過與預先制定的施工計劃進行比較，驗證合理性，對施工計劃進行完善，提高管理效率，盡量避免施工過程中的返工和整改。在項目管理的過程中，項目技術人員應錄入所有設備及相關信息，對施工階段進行監測和監督管理，便于施工人員及時分析、總結和處理施工中存在的問題。同時，依據模型提供的數據，提出相關的解決方式和結果預測，為施工方的及時決策和處理提供便利。基于BIM技術，施工方充分利用模型碰撞檢測后的優化管線排布方案進行施工，避免了工程實施中產生的爛尾工程，既節約成本也提高了效率。施工方也可以對施工過程中可能存在的安全隱患進行預判，降低事故的發生率。

（四）BIM在運營維護階段的應用

將BIM模型與互聯網技術相結合，建立維護管理平臺。通過對列車運行、設備維修以及票務信息的數據分析，可以實時進行能源配置管理和成本分析。基于BIM三維信息模型，運營部門可以對既有能源和配置進行檢測和分析，實現對動態數據的動態監測、統計和分析。從上傳的數據中直觀地了解設備的功能和狀態，優化運營管理模式。應用BIM技術，在項目設計階段各專業的信息可以共享、流通，減少專業間的重復協調工作，提高了設計效率。BIM模型的可視化使設計成果直觀可視，深化設計階段可在施工前解決各專業方案間的沖突矛盾，保證了工程進度，提升了施工質量。BIM應用的核心是數據，如何讓數據能夠更加通用化地在模型、計算、施工應用及出圖方面轉化，保證信息的準確和完整，將是要研究的重要課題。

作者單位：邱智鋮 洛陽鐵路信息工程學校

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