BIM技術(shù)在地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)全生命周期中的運(yùn)用

BIM技術(shù)在地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)全生命周期中的運(yùn)用常濤

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

0引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)著城市建設(shè)的快速發(fā)展，快速發(fā)展的城市最大的問題是交通擁堵現(xiàn)象。地鐵的建設(shè)與應(yīng)用可以緩解城市交通壓力,但地鐵建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)高、資金投入大、對(duì)施工要求高，原來的設(shè)計(jì)和管理技術(shù)已經(jīng)跟不上時(shí)代的發(fā)展。BIM技術(shù)（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）應(yīng)用在地鐵建設(shè)中，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程生命周期的全程管理。本文從BIM技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)出發(fā)，介紹了BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計(jì)、施工、施工安全、施工成本、地鐵環(huán)境、地鐵運(yùn)維等建設(shè)運(yùn)營(yíng)全生命周期中的運(yùn)用。

1BIM技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1BIM技術(shù)特點(diǎn)

近些年來，BIM技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要特點(diǎn)是可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等。具體表現(xiàn)在以下方面：（1）可視化特點(diǎn)，就是利用BIM技術(shù)后可以將設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全面展示，在圖紙上可以同時(shí)展現(xiàn)具體內(nèi)容和抽象內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員可以更好地了解與工程相關(guān)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，從而提升設(shè)計(jì)質(zhì)量；（2）模擬性特點(diǎn)是利用BIM技術(shù)中的三維模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如照明設(shè)計(jì)、綠色通道設(shè)計(jì)及節(jié)能設(shè)計(jì)等；（3）在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)采用BIM技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，更好地體現(xiàn)細(xì)節(jié)，更好地反應(yīng)出工程設(shè)計(jì)情況，最大限度提升設(shè)計(jì)效率；（4）采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還具有良好的便捷性，可以快速的將工程具體情況展現(xiàn)到設(shè)計(jì)圖紙上，保證信息的全面性與準(zhǔn)確性，最大限度保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)誤差；（5）協(xié)調(diào)性指的是在設(shè)計(jì)過程中可以協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)的信息，保證各結(jié)構(gòu)間的穩(wěn)定性，從而保證工程的整體建設(shè)質(zhì)量。

1.2BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)與以往所使用的技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)更加明顯，可以有效彌補(bǔ)原有建筑領(lǐng)域設(shè)計(jì)工作中的不足。計(jì)算機(jī)在工程建設(shè)設(shè)計(jì)階段起到了重要的作用，以往通常會(huì)采用CAD系統(tǒng)。但是現(xiàn)在多數(shù)工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，若還采用以往的設(shè)計(jì)方式將無法滿足現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)要求，也無法得到良好的設(shè)計(jì)效果，利用BIM技術(shù)可以將設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行可視化展示，可以更好地了解方案設(shè)計(jì)情況并提升設(shè)計(jì)水平，保證各施工環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)效果并確保設(shè)計(jì)人員可以更加明確現(xiàn)場(chǎng)情況與設(shè)計(jì)間的差異，從而對(duì)設(shè)計(jì)中的不足及時(shí)進(jìn)行修改。

1.2.1協(xié)調(diào)性

地鐵工程中涉及到的專業(yè)和參與的人員相對(duì)較多，因此在施工過程中應(yīng)做好溝通交流，并根據(jù)自身專業(yè)對(duì)信息進(jìn)行添加、糾正或刪除，從而保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。采用BIM技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化模型并可以對(duì)各設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，在保證設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)上確保工程可以順利開展。

1.2.2模擬性

采用BIM技術(shù)后可以對(duì)與工程相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，如節(jié)能模擬、緊急通道模擬等，從而提高工程資源使用效果，避免污染或浪費(fèi)現(xiàn)象，還能提升工程建設(shè)安全。實(shí)際工程中利用4D模擬技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更加精確地分析，增加設(shè)計(jì)工作的精準(zhǔn)性。近些年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，5D模擬技術(shù)也被應(yīng)用到工程進(jìn)度、成本等方面的計(jì)算中，從而保證企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3優(yōu)化性

采用BIM技術(shù)后可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)地優(yōu)化，從而保證投資回報(bào)率并可以有效規(guī)避外界因素所帶來的影響，并且可以對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析與對(duì)比，從中選擇出最合適的設(shè)計(jì)方案，從而保證工程可以順利開展。

1.2.4完整性

虛擬技術(shù)為采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模型構(gòu)建提供了強(qiáng)大的支持，并可以保證模擬、協(xié)調(diào)及優(yōu)化效果，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案出圖的完整性并可以及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，滿足工程建設(shè)要求?，F(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)城市開始重視地鐵建設(shè)，在進(jìn)行地鐵工程設(shè)計(jì)時(shí)多會(huì)融入人性化設(shè)計(jì)理念、節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)理念，將BIM技術(shù)利用到地鐵工程設(shè)計(jì)中，可以規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的弊端，更好地促進(jìn)地鐵工程建設(shè)的發(fā)展。

2BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1BIM技術(shù)在地鐵工程模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

采用RSA等軟件完成地鐵模型設(shè)計(jì)，并創(chuàng)建單獨(dú)的樣本文件夾，然后將系統(tǒng)文本與3D模型進(jìn)行結(jié)合，完成建模，采用以上操作可以實(shí)現(xiàn)BIM材料信息共享，并可以減少地鐵工程設(shè)計(jì)人員工作量。

2.2BIM技術(shù)在地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)管理中的應(yīng)用

在進(jìn)行地鐵工程施工過程中還應(yīng)認(rèn)識(shí)到安全管理的重要性。在正式施工前應(yīng)先構(gòu)建工程三維模型，了解地鐵工程施工空間信息，對(duì)地鐵工程施工過程中可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并提前做好安全管理措施及應(yīng)急預(yù)案。采用BIM技術(shù)后可以確定地鐵中各空間位置信息，并對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，在保證施工進(jìn)度同時(shí)也可以避免安全問題，還可以利用信息化技術(shù)對(duì)空間進(jìn)行拓展，并在可視化技術(shù)的輔助下提升空間利用效率，更加完整地反映出地鐵運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理?？梢暬械?D動(dòng)態(tài)模型可以對(duì)地鐵施工中的問題進(jìn)行及時(shí)處理，提高信息的直觀性。采用BIM技術(shù)后還可以避免地鐵工程施工中出現(xiàn)交叉施工或重復(fù)施工現(xiàn)象，對(duì)施工人員及施工線路進(jìn)行合理分配，充分利用地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)空間，為地鐵工程施工企業(yè)節(jié)省成本。

2.3BIM技術(shù)在地鐵施工空間檢查中的應(yīng)用

地鐵建設(shè)工地空間相對(duì)較小，如在施工過程中出現(xiàn)設(shè)備與實(shí)際空間的摩擦等情況，將無法保證設(shè)備使用效率，同時(shí)還增加了安全事故的發(fā)生率。因此，應(yīng)強(qiáng)化地鐵工程施工空間管理，對(duì)各專業(yè)、各設(shè)備等進(jìn)行綜合分析，保證空間使用效率及施工效率。例如在施工中機(jī)械臂的使用，機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)半徑較長(zhǎng)，因此施工人員應(yīng)做好配合工作，防止人員及設(shè)備因?yàn)榭臻g問題導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)，給地鐵工程建設(shè)帶來不利的影響。這樣就要求在地鐵工程施工時(shí)應(yīng)先利用BIM技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬并對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判，利用智能技術(shù)對(duì)機(jī)械臂半徑及人員活動(dòng)線路、施工范圍等進(jìn)行計(jì)算，合理設(shè)定位置，避免安全事故的發(fā)生，確保工程順利開展。同時(shí)還應(yīng)做好各環(huán)節(jié)構(gòu)件、工序的檢查工作，保證各有各的空間，分析不同專業(yè)所需要利用的空間并確定構(gòu)件實(shí)際體積。地鐵工程中會(huì)應(yīng)用到一些較特殊的構(gòu)件，這些構(gòu)件所占用的空間也不相同，因此應(yīng)對(duì)實(shí)際空間利用情況進(jìn)行具體描述。例如在施工時(shí)所使用的機(jī)器會(huì)采用運(yùn)輸方式運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，這些機(jī)器的機(jī)械臂會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或前進(jìn)等情況，如果利用BIM技術(shù)對(duì)這個(gè)特殊過程進(jìn)行模擬，可減少機(jī)器與周邊空間的沖突，防止碰撞情況，從而保證工程有序開展。

2.4BIM技術(shù)在地鐵站內(nèi)環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

為了更好地完成地鐵工程施工情況檢測(cè)，可以利用BIM技術(shù)完成無線網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在地鐵車站內(nèi)安裝傳感器，這樣在各種條件下均可以保證通信通道的暢通性，還能體現(xiàn)地鐵車站中的不同構(gòu)件及空間位置等級(jí)，更好的利用地下空間，同時(shí)可以保證數(shù)據(jù)收集及存儲(chǔ)的完整性。

地鐵車站舒適度系統(tǒng)主要包括室內(nèi)及室外溫度監(jiān)控裝置、濕度監(jiān)控裝置、舒適度監(jiān)控裝置、日期顯示裝置等。其中溫度監(jiān)控裝置可以根據(jù)室內(nèi)外溫度變化情況進(jìn)行顯示與調(diào)節(jié)，從而滿足乘客對(duì)舒適度的要求。溫度調(diào)節(jié)主要依據(jù)室內(nèi)外平均溫度中的Tn，0及大氣溫度T0，利用Tn，0=17.6+0.31T0公式進(jìn)行計(jì)算，然后將結(jié)果輸入到BIM模型中，參數(shù)根據(jù)當(dāng)時(shí)的日期進(jìn)行更新。無線傳感器主要由路由器布置點(diǎn)與接收器布置點(diǎn)組成。其中微型控制器中含有一個(gè)可以存儲(chǔ)代碼的空間，并可以對(duì)路由器進(jìn)行監(jiān)控，在與路由器節(jié)點(diǎn)連接后實(shí)現(xiàn)傳感器動(dòng)態(tài)化監(jiān)管。如對(duì)地鐵車站溫濕度監(jiān)測(cè)時(shí)可以利用DHT11數(shù)碼溫度濕度傳感系統(tǒng)，最大限度保證溫度及濕度監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性。然后將所得到的數(shù)據(jù)從路由器中直接傳送到接收節(jié)點(diǎn)中，然后再將其導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中。因此，應(yīng)利用BIM技術(shù)與傳感裝置構(gòu)建強(qiáng)大的地鐵監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)地鐵車站內(nèi)部溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而為乘客提供舒適的乘車環(huán)境。

2.5BIM技術(shù)在地鐵站維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

地鐵車站運(yùn)行節(jié)奏相對(duì)較快，采用BIM技術(shù)可以在站內(nèi)構(gòu)建快速的交通網(wǎng)絡(luò)并對(duì)各區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，通?？焖俳煌ňW(wǎng)絡(luò)中包含的線路較多，各線路所起到的作用是不相同的，地鐵運(yùn)行過程中，在進(jìn)行地鐵站維護(hù)時(shí)可以對(duì)各關(guān)鍵因素進(jìn)行重新排序，如根據(jù)線路上的乘客數(shù)量確定主要線路與次要線路。

利用BIM技術(shù)構(gòu)建地鐵車站模式，并對(duì)車站各內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保各結(jié)構(gòu)均可以為乘客提供良好的服務(wù)，如在地鐵車站中各結(jié)構(gòu)模塊與車站的運(yùn)行穩(wěn)定性有著直接的關(guān)系，通風(fēng)系統(tǒng)與站內(nèi)舒適度有著直接的關(guān)系。不同構(gòu)件的使用費(fèi)用不相同，采用BIM技術(shù)后可以保證費(fèi)用分配的合理性。在進(jìn)行地鐵車站維護(hù)排序系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，可以采用專業(yè)的等級(jí)算法并利用專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算，將不同的專業(yè)算法輸入到BIM系統(tǒng)中，為地鐵車站管理人員構(gòu)建專門的管理網(wǎng)絡(luò)，從而可以對(duì)地鐵車站中的資產(chǎn)等進(jìn)行合理管理。一些屬性會(huì)根據(jù)乘客實(shí)際情況進(jìn)行排列并確定數(shù)值，系統(tǒng)自動(dòng)分析各構(gòu)件工作性質(zhì)并進(jìn)行重新排序。通常情況下使用者可以得到相同等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，并將相關(guān)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為同樣的數(shù)值。

利用BIM系統(tǒng)可完成地鐵行駛路線、站點(diǎn)、各組件權(quán)重計(jì)算，并對(duì)各組件權(quán)重重要性進(jìn)行分析，對(duì)相同線路與其他線路的重要性進(jìn)行綜合考慮，從而對(duì)地鐵車站權(quán)重進(jìn)行確定，最終得到局部權(quán)重。再利用局部權(quán)重對(duì)各地鐵車站在整體中的重要性進(jìn)行計(jì)算，從而完成與地鐵車站相關(guān)部分重要性的分析。影響地鐵車站的主要因素包括車站每天接待乘客的數(shù)量、車站整體建設(shè)周期、車站維護(hù)時(shí)間、車站是否為交換站點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)全面了解地鐵車站建設(shè)從開始到最終整條路線全線貫通后所需要的工期，對(duì)地鐵車站在整體線路中的重要性進(jìn)行分析。地鐵車站資產(chǎn)管理人員應(yīng)根據(jù)地鐵線路運(yùn)行情況及車站使用情況做好排序設(shè)計(jì)，再計(jì)算屬性排序，最終確定各屬性的權(quán)重，利用各屬性權(quán)重及重要性對(duì)各地鐵線路及車站優(yōu)先指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。利用BIM技術(shù)后可以對(duì)不同屬性數(shù)值大小進(jìn)行