李華 鄧?yán)誓? 廖羚 李太升 賴(lài)律強(qiáng)

摘要：隨著我國(guó)信息化建設(shè)的不斷加快，BIM技術(shù)在未來(lái)的地鐵工程建設(shè)行業(yè)愈加重要。以南寧某地鐵站為例，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行施工。施工中應(yīng)用BIM的可視化仿真技術(shù)及信化息管理，開(kāi)展危險(xiǎn)源事故VR體驗(yàn)，制作可視化交底視頻，進(jìn)行機(jī)電管線與設(shè)備安裝的智能定位，利用BIM+技術(shù)強(qiáng)化施工安全教育、提升技術(shù)交底效果、實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝智能放樣。有效解決了地鐵車(chē)站施工中管線錯(cuò)綜復(fù)雜、安全隱患多、施工質(zhì)量要求高、工期緊張等問(wèn)題。為類(lèi)似的項(xiàng)目施工具有較高的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);可視化;施工安全;裝配式施工;建模;放樣

中圖分類(lèi)號(hào)：? ? ? ? ? ? ? DOI：

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)信息化建設(shè)的不斷深入，相比于傳統(tǒng)二維的建筑表達(dá)方式，以三維表達(dá)和信息技術(shù)為核心的BIM技術(shù)為建筑業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了一條全新的道路[[1]]。在我國(guó)城市化進(jìn)程的持續(xù)加快促使地下軌道交通建設(shè)進(jìn)入了繁榮期，地下交通工程信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)加速了BIM技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用和推廣，而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用及推廣又是建設(shè)數(shù)字鐵路的必然選擇[[2]]，也將成為未來(lái)地鐵工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，對(duì)于BIM技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用與探索很有必要。

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)當(dāng)前，BIM技術(shù)在我國(guó)地鐵站的施工建造中得到了一定應(yīng)用，北京地鐵平安里站、深圳地鐵人民南站、上海地鐵元江路站、蘭州地鐵東崗站等在施工建造中均采用了BIM技術(shù)，取得了良好的效益，但BIM技術(shù)應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)各不相同。平安里站在施工中充分利用BIM技術(shù)的可視化及高度的信息集成化特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)巡視過(guò)程控制進(jìn)行了深入研究[[3]];人民南站在施工中運(yùn)用BIM技術(shù)重點(diǎn)解決了車(chē)站綜合管線碰撞的問(wèn)題[[4]];元江路站在施工中運(yùn)用BIM+VR技術(shù)在圖紙審核、技術(shù)交底、優(yōu)化施工方案、安全教育等方面進(jìn)行了深入研究與實(shí)踐[[5]];東崗站在施工中充分發(fā)揮了魯班與Revit系列軟件的優(yōu)勢(shì)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)架BIM方案，同時(shí)在三維交底、碰撞檢查、4D施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)管控等方面進(jìn)行了研究與實(shí)踐[[6]]。北湖北路地鐵站存在管線系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜、工期緊張、質(zhì)量要求高等難題，通過(guò)BIM技術(shù)在施工中的具體應(yīng)用，為項(xiàng)目創(chuàng)造了更大的效益。

1? 工程概況

北湖北路地鐵站是南寧地鐵3號(hào)線的第4個(gè)車(chē)站，位于南寧市安武大道與北湖北路的交叉路口。車(chē)站主體斜跨路口，沿路口的東西向布設(shè)。車(chē)站周邊建筑密集，道路交通繁忙，車(chē)流量大。該車(chē)站設(shè)計(jì)為地下二層，車(chē)站全長(zhǎng)為215.32m，總建筑面積為20106.26m2。工程主體包括車(chē)站主體、4個(gè)出入口（一個(gè)緊急疏散口）及兩個(gè)風(fēng)亭，車(chē)站主體標(biāo)準(zhǔn)寬度為19.7m，采用全明挖作方案施工。

2? BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性

以北湖北路地鐵站為研究對(duì)象，結(jié)合本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高、工期緊張、施工質(zhì)量要求高、安全隱患多等系列難點(diǎn)，將BIM技術(shù)積極引入本項(xiàng)目中。BIM應(yīng)用技術(shù)路線如圖1所示。

3? 開(kāi)展BIM施工應(yīng)用

3.1 基于BIM的模型搭建及深化設(shè)計(jì)

3.1.1 模型搭建

BIM模型最能體現(xiàn)BIM的核心價(jià)值，所有BIM技術(shù)相關(guān)應(yīng)用的開(kāi)展都是以模型的建立為前提[[7]]。不同于Revit軟件中自帶的常規(guī)族類(lèi)型，北湖北路地鐵站存在著大量類(lèi)型及參數(shù)類(lèi)別相似的異構(gòu)族構(gòu)件，且具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。為避免重復(fù)建模、促進(jìn)模塊化建模，不斷建立、積累和完善族庫(kù)，BIM小組在建模前便開(kāi)發(fā)創(chuàng)建了機(jī)電、暖通、給排水等參數(shù)化專(zhuān)項(xiàng)構(gòu)件族庫(kù)，將其上傳至企業(yè)云端，同時(shí)也快速應(yīng)用于模型的搭建中。如圖2所示的機(jī)房模型，在搭建時(shí)多次應(yīng)用機(jī)電、暖通等族庫(kù)中的構(gòu)件（圖3），極大地縮短了建模時(shí)間、提高了建模效率。BIM小組根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的二維圖紙，采用Revit軟件進(jìn)行建模。土建、機(jī)電、給排水等模型同步進(jìn)行搭建，完成后在同一場(chǎng)地模型或主體項(xiàng)目模型上鏈接組裝，整合為一個(gè)綜合模型。

3.1.2 管線綜合深化設(shè)計(jì)

北湖北路地鐵站的水、電、通風(fēng)與空調(diào)、消防等各系統(tǒng)管線數(shù)量龐大，管線布局錯(cuò)綜復(fù)雜。傳統(tǒng)的二維管線綜合設(shè)計(jì)在可視化表達(dá)上有較大缺陷，尤其是在管線密集交錯(cuò)、空間緊湊的地方，設(shè)計(jì)人員在二維圖紙上查找沖突時(shí)，往往會(huì)顧此失彼。這也導(dǎo)致一些隱藏問(wèn)題和管線間的碰撞矛盾難以徹底暴露[[8]]，給現(xiàn)場(chǎng)施工埋下了“隱患”。而基于BIM技術(shù)的三維管線綜合設(shè)計(jì)，可以有效地解決上述問(wèn)題。在項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)的約束之下，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行管線間的碰撞檢測(cè)、預(yù)留洞口優(yōu)化和綜合支吊架設(shè)計(jì)。

1）管線碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目使用Revit建立暖通、機(jī)電、給排水、電氣等專(zhuān)業(yè)的三維管線模型，對(duì)其進(jìn)行整合處理后使用Navisworks 軟件進(jìn)行全方位的碰撞檢查。同時(shí)，基于碰撞檢查的結(jié)果優(yōu)化調(diào)整原設(shè)計(jì)的綜合管線，并對(duì)在碰撞檢查過(guò)程中對(duì)于可能出現(xiàn)的誤判，人為報(bào)告進(jìn)行審核調(diào)整，進(jìn)而向設(shè)計(jì)院反饋修改意見(jiàn)。圖4中的風(fēng)管與橋架發(fā)生了碰撞，應(yīng)用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)了這一問(wèn)題，并對(duì)橋架進(jìn)行了調(diào)整，圖5為優(yōu)化后的管線。

2）優(yōu)化預(yù)留洞口

二維圖紙表達(dá)的扁平化局限會(huì)引起施工員與工人之間的理解偏差，加大了施工難度。在車(chē)站的砌筑施工之前，通過(guò)管線模型和結(jié)構(gòu)模型的組合，可以更準(zhǔn)確地確定出預(yù)留孔洞的位置和尺寸。直觀、形象的BIM模型（圖6）用于砌筑施工交底時(shí)，更有利于工程人員的理解，避免了后期管線安裝施工時(shí)對(duì)砌體的二次返工，加快了項(xiàng)目進(jìn)度、減少了材料浪費(fèi)。北湖北路地鐵站通過(guò)預(yù)留孔洞，基本避免了后期鑿墻開(kāi)洞，累計(jì)節(jié)約資金近30多萬(wàn)元。

3）綜合支吊架設(shè)計(jì)

通過(guò)BIM進(jìn)行管線綜合深化，在此基礎(chǔ)上對(duì)管線綜合支吊架進(jìn)行設(shè)計(jì)。在保證各專(zhuān)業(yè)施工工藝和工序的前提下滿(mǎn)足多專(zhuān)業(yè)對(duì)支吊架的不同需求，最后嚴(yán)格按圖施工。在北湖北路地鐵站有限的空間進(jìn)行多系統(tǒng)管線集中布置時(shí)，綜合支吊架提高了管線布設(shè)的空間利用。圖7是站廳層支吊架和管線現(xiàn)場(chǎng)安裝的實(shí)景圖。

3.2 基于BIM的可視化應(yīng)用

基于BIM的可視化仿真技術(shù)及施工信息管理在建設(shè)工程施工項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛[9-10]

，而基于BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性及模擬性等特點(diǎn)，項(xiàng)目開(kāi)展危險(xiǎn)源事故VR體驗(yàn)[[9]]，制作可視化交底視頻，進(jìn)行機(jī)電管線與設(shè)備安裝的智能定位，利用BIM+技術(shù)強(qiáng)化施工安全教育、提升技術(shù)交底效果、實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝智能放樣。

3.2.1 BIM+VR強(qiáng)化安全教育

面對(duì)當(dāng)前依舊嚴(yán)峻的建筑施工安全形勢(shì)，確保施工過(guò)程安全是本項(xiàng)目施工的硬性指標(biāo)。為有效提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全意識(shí)，在深化后的車(chē)站BIM結(jié)構(gòu)模型和場(chǎng)地模型的基礎(chǔ)上，采用FUZOR、3DMAX軟件，打造出VR質(zhì)量安全體驗(yàn)區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)管理人員、施工人員等培訓(xùn)人員在進(jìn)場(chǎng)前采用BIM+VR進(jìn)行安全培訓(xùn)。培訓(xùn)人員利用安全標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)可以直觀地預(yù)見(jiàn)、辨識(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源;培訓(xùn)人員在VR安全體驗(yàn)區(qū)以沉浸式主動(dòng)體驗(yàn)的方式進(jìn)行高處墜物、觸電傷害、火災(zāi)事故和機(jī)械傷害等體驗(yàn)，見(jiàn)圖8，對(duì)于這些“真實(shí)的”事故危害，他們從心底里充分意識(shí)到施工安全教育的必要性;在真實(shí)的發(fā)生火災(zāi)的虛擬場(chǎng)景中，培訓(xùn)人員親自使用消防滅火體驗(yàn)區(qū)陳設(shè)的滅火器，對(duì)于滅火器操作不當(dāng)所引發(fā)的危險(xiǎn)有更為深刻的親身體驗(yàn)，提高了他們對(duì)于突發(fā)火災(zāi)的應(yīng)急處理能力。北湖北路地鐵站的施工安全培訓(xùn)告別了傳統(tǒng)的會(huì)議式培訓(xùn)，轉(zhuǎn)而應(yīng)用BIM+VR技術(shù)進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，增強(qiáng)了培訓(xùn)人員的安全防范意識(shí)。

3.2.2 BIM+AR提升交底效果

本項(xiàng)目制作了滅火器使用教程、安全疏散演練及施工進(jìn)場(chǎng)前安全教育等視頻并上傳至AR平臺(tái)企業(yè)云端，現(xiàn)場(chǎng)人員使用移動(dòng)設(shè)備掃描相應(yīng)物品進(jìn)行安全交底;為保障施工質(zhì)量，對(duì)于工序復(fù)雜的砌筑、抹灰和消聲器安裝等現(xiàn)場(chǎng)施工，使用Navisworks、Premiere制作可視化交底視頻，表達(dá)方式簡(jiǎn)單易懂、交底內(nèi)容詳盡充實(shí)，避免了傳統(tǒng)施工交底模式造成的交底不徹底、窩工、施工質(zhì)量缺陷等問(wèn)題。如圖9所示，項(xiàng)目采用BIM技術(shù)對(duì)墻體進(jìn)行建模，建模過(guò)程與實(shí)際砌筑過(guò)程相一致。砌筑施工包含的每一道工序，從磚的放置、灰縫及接槎錯(cuò)槎的控制，到墻體拉結(jié)筋和構(gòu)造柱鋼筋的布置等，在執(zhí)行時(shí)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范要求。并于砌體工程開(kāi)始前制作了砌體施工交底BIM模型與砌體施工模擬視頻文件，使施工人員可以精確把控重點(diǎn)，切實(shí)保障砌體砌筑應(yīng)用點(diǎn)的實(shí)施。

3.2.3BIM+放樣機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放樣

傳統(tǒng)的機(jī)電管線與設(shè)備安裝的精確放樣需借助于CAD圖紙、紅外線、卷尺、墨斗等，且單天放樣數(shù)量?jī)H為100多個(gè)點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的放樣方式，全自動(dòng)放樣機(jī)器人與三維激光掃描技術(shù)相配合使得施工現(xiàn)場(chǎng)的放線難度大幅降低，準(zhǔn)確性得到極大保證[[10]]。本站的支吊架、植筋點(diǎn)、預(yù)留套管位置等共計(jì)2 000多個(gè)固定點(diǎn)需進(jìn)行施工放樣，采用Trimble LM80手持控制器搭配TRIMBLE建筑機(jī)器人全站儀作業(yè)，單天放樣便可達(dá)到500多個(gè)點(diǎn)，且僅需1名工人和1名管理人員，見(jiàn)圖10，放樣結(jié)果實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄、并回傳至企業(yè)云端，保證了施工能夠與設(shè)計(jì)符合，工作效率和作業(yè)精度均得到了提高。

3.3 裝配式機(jī)房的BIM應(yīng)用

地鐵工程本身位于地下且空間有限，在狹小的空間內(nèi)如何將各類(lèi)管線、設(shè)備進(jìn)行合理布局[[11]]，避免碰撞沖突和返工修改等突出問(wèn)題，這對(duì)于管線的設(shè)計(jì)和安裝施工來(lái)說(shuō)是一個(gè)較大挑戰(zhàn)。尤其是本項(xiàng)目中的冷水機(jī)房，施工安裝時(shí)要在有限的場(chǎng)地內(nèi)同時(shí)進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)及綜合管線施工，而傳統(tǒng)施工的弊端通常表現(xiàn)為安裝難、返工多、破壞多。借助于工業(yè)化生產(chǎn)的趨勢(shì)，采用BIM技術(shù)+裝配化施工模式，不僅有效解決了上述弊端，而且還能突破常規(guī)設(shè)備機(jī)房安裝周期長(zhǎng)、安全隱患大、后期維修難等問(wèn)題。本項(xiàng)目以裝配式的形式進(jìn)行冷水機(jī)房的安裝，原本需花費(fèi)15日工期的標(biāo)準(zhǔn)站冷水機(jī)房，現(xiàn)僅需17人花費(fèi)11小時(shí)完成，極大地節(jié)約工期，為冷水機(jī)房的提前交付創(chuàng)造條件。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)南寧某地鐵站項(xiàng)目開(kāi)展BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：在建模前創(chuàng)建機(jī)電、暖通、給排水專(zhuān)項(xiàng)構(gòu)件族庫(kù)，可提高建模效率，為后續(xù)建模奠定基礎(chǔ);通過(guò)BIM的管線綜合深化設(shè)計(jì)，可優(yōu)化管線排布及孔洞預(yù)留，通過(guò)支吊架設(shè)計(jì)可避免施工中的返工，并推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)度，減少材料的浪費(fèi);施工中運(yùn)用BIM+技術(shù)的可視化進(jìn)行安全教育、三維技術(shù)交底和機(jī)電安裝放樣，可強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全防范意識(shí)，直觀形象地展示復(fù)雜的工序和提高作業(yè)精度和效率的作用;通過(guò)BIM+裝配化施工，解決了冷水機(jī)房常規(guī)設(shè)備機(jī)房安裝周期長(zhǎng)、空間緊張、返工多等問(wèn)題。BIM技術(shù)在某地鐵站施工建造中的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，可為類(lèi)似的施工提供參考。

參考文獻(xiàn)

收稿日期：2020-12-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51568008）資助.

作者簡(jiǎn)介：李華，在讀研究生.

*通信作者：鄧?yán)誓?，博士，教授，研究方向：BIM技術(shù)研究與應(yīng)用，E-mail：langni666@126.com.

[[1]]劉獻(xiàn)偉，高洪剛，王續(xù)勝.施工領(lǐng)域BIM應(yīng)用價(jià)值和實(shí)施思路[J].施工技術(shù)，2012，41（22）：84-86.

[[2]]劉為群.BIM技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字鐵路建設(shè)的實(shí)踐與思考[J].鐵道學(xué)報(bào)，2019，41（3）：97-101.

[[3]]張志偉，張康寧，劉志偉.基于BIM的北京地鐵19號(hào)線平安里站施工風(fēng)險(xiǎn)巡視過(guò)程控制研究[J].隧道建設(shè)，2019，39（S1）：110-116.

[[4]]劉卡丁，張永成，陳麗娟.基于BIM技術(shù)的地鐵車(chē)站管線綜合安裝碰撞分析研究[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2015，32（1）：53-58.

[[5]]唐維，張永攀，陳賢國(guó).BIM+VR技術(shù)在地鐵施工過(guò)程中的應(yīng)用研究[J].公路，2018，63（4）：190-194.

[[6]]張學(xué)鋼，曾紹武，王朋.BIM技術(shù)在蘭州地鐵東崗站施工中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2017，54（2）：46-54.

[[7]]王茹，王亞康.大型地下綜合體設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用研究[J].建筑科學(xué)，2020，36（1）：106-110.

[[8]]沈亮峰.基于BIM技術(shù)的三維管線綜合設(shè)計(jì)在地鐵車(chē)站中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2013，43（6）：163-166，159.

[[9]]雷麗貞，鄧?yán)誓荩瘟纾?等.基于BIM的建筑工程項(xiàng)目施工危險(xiǎn)源管理研究[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，31（2）：54-59+67.

[[10]]吳金龍，張賀，黃友明， 等.三維激光掃描技術(shù)和自動(dòng)放樣機(jī)器人在超高層建筑機(jī)電安裝中的應(yīng)用[J].安裝，2017（4）：15-19.

[13]沈亮峰.基于BIM技術(shù)的三維管線綜合設(shè)計(jì)在地鐵車(chē)站中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2013，43（6）：163-166+，59.

Application of BIM Technology in the Construction of Beihubei Road Subway Station

LI Hua1，2，DENG Langni1，2，LIAO Ling1，2，LI Taisheng1，2，LAI Lvqiang1，2

（1.College of Civil Engineering and Architecture，? Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， China; 2.BIM Research Center， Guangxi University of Science and Technology，? Liuzhou 545006，China ）

Abstract：With the continuous acceleration of my country's information construction，BIM technology

will become more critical in the future subway engineering construction industry. Aiming at the problems of intricate pipelines， many potential safety hazards， high construction quality requirements， and tight schedules during the construction of subway stations， the research and practice of BIM technology in the construction of the Beihubei Road subway station project was carried out. Through model building and pipeline deepening design，BIM-based visualization application and the overall prefabricated assembly of the computer roomthe above problems were effectively solved and good benefits were brought to the project.

Key words：BIM technology; pipeline; visualization; safety; lofting