常 濤

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

0 引言

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動著城市建設(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)險高、資金投入大、對施工要求高，原來的設(shè)計和管理技術(shù)已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展。BIM技術(shù)（Building Information Modeling，建筑信息模型）應(yīng)用在地鐵建設(shè)中，可以實現(xiàn)項目工程生命周期的全程管理。本文從BIM技術(shù)特點及應(yīng)用優(yōu)勢出發(fā)，介紹了BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計、施工、施工安全、施工成本、地鐵環(huán)境、地鐵運維等建設(shè)運營全生命周期中的運用。

1 BIM技術(shù)特點及應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 BIM 技術(shù)特點

近些年來，BIM技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要特點是可視化、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，就是利用BIM技術(shù)后可以將設(shè)計圖紙進(jìn)行全面展示，在圖紙上可以同時展現(xiàn)具體內(nèi)容和抽象內(nèi)容，設(shè)計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)計質(zhì)量；（2）模擬性特點是利用BIM技術(shù)中的三維模型對現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計，如照明設(shè)計、綠色通道設(shè)計及節(jié)能設(shè)計等；（3）在進(jìn)行工程設(shè)計時采用BIM技術(shù)可以對設(shè)計過程進(jìn)行簡化，更好地體現(xiàn)細(xì)節(jié)，更好地反應(yīng)出工程設(shè)計情況，最大限度提升設(shè)計效率；（4）采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計時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)計質(zhì)量，避免設(shè)計中出現(xiàn)誤差；（5）協(xié)調(diào)性指的是在設(shè)計過程中可以協(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。

1.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

BIM技術(shù)與以往所使用的技術(shù)相比優(yōu)勢更加明顯，可以有效彌補(bǔ)原有建筑領(lǐng)域設(shè)計工作中的不足。計算機(jī)在工程建設(shè)設(shè)計階段起到了重要的作用，以往通常會采用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)計方式將無法滿足現(xiàn)代工程設(shè)計要求，也無法得到良好的設(shè)計效果，利用BIM技術(shù)可以將設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行可視化展示，可以更好地了解方案設(shè)計情況并提升設(shè)計水平，保證各施工環(huán)節(jié)設(shè)計效果并確保設(shè)計人員可以更加明確現(xiàn)場情況與設(shè)計間的差異，從而對設(shè)計中的不足及時進(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)對信息進(jìn)行添加、糾正或刪除，從而保證設(shè)計方案的科學(xué)性與合理性。采用BIM技術(shù)可以對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行碰撞檢查，實現(xiàn)動態(tài)化模型并可以對各設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，在保證設(shè)計水平的基礎(chǔ)上確保工程可以順利開展。

1.2.2 模擬性

采用BIM技術(shù)后可以對與工程相關(guān)的設(shè)計進(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，避免污染或浪費現(xiàn)象，還能提升工程建設(shè)安全。實際工程中利用4D模擬技術(shù)可以對設(shè)計方案進(jìn)行更加精確地分析，增加設(shè)計工作的精準(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)后可以對設(shè)計方案進(jìn)行及時地優(yōu)化，從而保證投資回報率并可以有效規(guī)避外界因素所帶來的影響，并且可以對不同的設(shè)計方案進(jìn)行分析與對比，從中選擇出最合適的設(shè)計方案，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，實現(xiàn)設(shè)計方案出圖的完整性并可以及時對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，滿足工程建設(shè)要求。現(xiàn)階段我國多數(shù)城市開始重視地鐵建設(shè)，在進(jìn)行地鐵工程設(shè)計時多會融入人性化設(shè)計理念、節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念，將BIM技術(shù)利用到地鐵工程設(shè)計中，可以規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計中的弊端，更好地促進(jìn)地鐵工程建設(shè)的發(fā)展。

2 BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計中的應(yīng)用

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

采用RSA等軟件完成地鐵模型設(shè)計，并創(chuàng)建單獨的樣本文件夾，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現(xiàn)BIM材料信息共享，并可以減少地鐵工程設(shè)計人員工作量。

2.2 BIM 技術(shù)在地鐵施工現(xiàn)場管理中的應(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，對地鐵工程施工過程中可能產(chǎn)生的風(fēng)險進(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，并對安全風(fēng)險進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，在保證施工進(jìn)度同時也可以避免安全問題，還可以利用信息化技術(shù)對空間進(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行情況，實現(xiàn)動態(tài)化管理。可視化中的3D動態(tài)模型可以對地鐵施工中的問題進(jìn)行及時處理，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)場空間，為地鐵工程施工企業(yè)節(jié)省成本。

2.3 BIM 技術(shù)在地鐵施工空間檢查中的應(yīng)用

地鐵建設(shè)工地空間相對較小，如在施工過程中出現(xiàn)設(shè)備與實際空間的摩擦等情況，將無法保證設(shè)備使用效率，同時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，因此施工人員應(yīng)做好配合工作，防止人員及設(shè)備因為空間問題導(dǎo)致安全風(fēng)險，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應(yīng)先利用BIM技術(shù)對施工現(xiàn)場進(jìn)行模擬并對施工中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判，利用智能技術(shù)對機(jī)械臂半徑及人員活動線路、施工范圍等進(jìn)行計算，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)件實際體積。地鐵工程中會應(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)對實際空間利用情況進(jìn)行具體描述。例如在施工時所使用的機(jī)器會采用運輸方式運送到施工現(xiàn)場，這些機(jī)器的機(jī)械臂會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或前進(jìn)等情況，如果利用BIM技術(shù)對這個特殊過程進(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。

2.4 BIM 技術(shù)在地鐵站內(nèi)環(huán)境質(zhì)量檢測設(shè)計中的應(yīng)用

為了更好地完成地鐵工程施工情況檢測，可以利用BIM技術(shù)完成無線網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)設(shè)計，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，更好的利用地下空間，同時可以保證數(shù)據(jù)收集及存儲的完整性。

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)行計算，然后將結(jié)果輸入到BIM模型中，參數(shù)根據(jù)當(dāng)時的日期進(jìn)行更新。無線傳感器主要由路由器布置點與接收器布置點組成。其中微型控制器中含有一個可以存儲代碼的空間，并可以對路由器進(jìn)行監(jiān)控，在與路由器節(jié)點連接后實現(xiàn)傳感器動態(tài)化監(jiān)管。如對地鐵車站溫濕度監(jiān)測時可以利用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)點中，然后再將其導(dǎo)入到計算機(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。

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

地鐵車站運行節(jié)奏相對較快，采用BIM技術(shù)可以在站內(nèi)構(gòu)建快速的交通網(wǎng)絡(luò)并對各區(qū)域進(jìn)行識別，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，地鐵運行過程中，在進(jìn)行地鐵站維護(hù)時可以對各關(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，并對車站各內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計，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)件的使用費用不相同，采用BIM技術(shù)后可以保證費用分配的合理性。在進(jìn)行地鐵車站維護(hù)排序系統(tǒng)開發(fā)時，可以采用專業(yè)的等級算法并利用專業(yè)軟件進(jìn)行計算，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)，從而可以對地鐵車站中的資產(chǎn)等進(jìn)行合理管理。一些屬性會根據(jù)乘客實際情況進(jìn)行排列并確定數(shù)值，系統(tǒng)自動分析各構(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的標(biāo)準(zhǔn)，并將相關(guān)等級標(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、各組件權(quán)重計算，并對各組件權(quán)重重要性進(jìn)行分析，對相同線路與其他線路的重要性進(jìn)行綜合考慮，從而對地鐵車站權(quán)重進(jìn)行確定，最終得到局部權(quán)重。再利用局部權(quán)重對各地鐵車站在整體中的重要性進(jìn)行計算，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)時間、車站是否為交換站點，同時還應(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)地鐵線路運行情況及車站使用情況做好排序設(shè)計，再計算屬性排序，最終確定各屬性的權(quán)重，利用各屬性權(quán)重及重要性對各地鐵線路及車站優(yōu)先指數(shù)進(jìn)行計算。利用BIM技術(shù)后可以對不同屬性數(shù)值大小進(jìn)行轉(zhuǎn)化，主要以百分比形式為主，從而滿足設(shè)計要求，避免指數(shù)與實際情況間的偏差，同時確定指數(shù)范圍。

3 結(jié)束語

總之，要想保證地鐵工程施工效果應(yīng)充分做好設(shè)計工作，將BIM技術(shù)應(yīng)用到地鐵設(shè)計中可以提升地鐵設(shè)計效果及質(zhì)量，還可以增加地鐵設(shè)計工作的科學(xué)性、綜合性，更好地促進(jìn)地鐵交通在城市中的發(fā)展，緩解城市交通壓力。同時，應(yīng)用BIM技術(shù)設(shè)計地鐵工程，能為地鐵建設(shè)運營全生命周期提供詳細(xì)的信息咨詢，滿足精細(xì)化、高質(zhì)量管理的需求。