BIM技術(shù)在城市軌道交通施工階段的應(yīng)用研究

王朋霞，李祿為

（1.天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通投資發(fā)展有限公司，天津300450；2.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京100020）

1 BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

相比較于日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的BIM技術(shù)起步相對(duì)較晚，不管是從理論標(biāo)準(zhǔn)還是到具體工程實(shí)踐需逐步完善。像基于BIM的項(xiàng)目信息集成管理、建造過(guò)程一體化確定都處于探索階段。BIM在房建領(lǐng)域的應(yīng)用方式要遠(yuǎn)優(yōu)于其他工程領(lǐng)域。

隨著B(niǎo)IM普及與發(fā)展，近些年與之相關(guān)的技術(shù)開(kāi)始在地鐵項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。BIM與AR技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)管理，將大量的BIM信息數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交換，完善設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的信息流轉(zhuǎn)；也有以空間坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，以時(shí)間參數(shù)，利用BIM模擬施工，預(yù)測(cè)地鐵施工過(guò)程中各個(gè)位置的沉降、傾斜變化，實(shí)施周邊建筑加固；基于BIM不僅可以對(duì)建造全過(guò)程中質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，還可以延展到前期項(xiàng)目決策及后期維護(hù)等建設(shè)全壽命周期的應(yīng)用。這些研究充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)在工程施工階段中的應(yīng)用價(jià)值和前景。

2 BIM技術(shù)在城市軌道交通的應(yīng)用分析

2.1 地鐵施工特點(diǎn)

作為城市軌道交通設(shè)施的重要組成部分，影響地鐵建造的因素很多，像場(chǎng)地、周邊環(huán)境等，并且對(duì)工程質(zhì)量要求嚴(yán)格，這給施工過(guò)程帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)，主要突出特點(diǎn)有：工程地質(zhì)復(fù)雜、施工機(jī)械種類繁多、施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)性大、工程協(xié)調(diào)難點(diǎn)多。

2.2 BIM在城市軌道交通施工中的應(yīng)用價(jià)值

2.2.1 提高溝通效率

城市軌道交通工程建設(shè)涉及多個(gè)單位和專業(yè)人員之間的相互配合，通過(guò)BIM軟件可以將二維的平面圖紙轉(zhuǎn)化成更加生動(dòng)直觀的三維立體模型，給人以真實(shí)感和直接的視覺(jué)沖擊，能有效節(jié)省讀圖和匯報(bào)時(shí)間，便于非工程類專業(yè)人員理解設(shè)計(jì)及匯報(bào)意圖，從而便于加強(qiáng)各參建單位之間的溝通質(zhì)量和效率，更利于施工問(wèn)題的解決。

2.2.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少返工

利用BIM的三維可視化功能再加上時(shí)間維度，模擬施工過(guò)程的重點(diǎn)，將設(shè)計(jì)圖紙施工過(guò)程中存在的問(wèn)題提前發(fā)現(xiàn)，并及時(shí)在施工前與相關(guān)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通處理，減少不必要的返工和人員、機(jī)械、材料的浪費(fèi)。

2.2.3 精確計(jì)劃，減少浪費(fèi)

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可以精細(xì)化到構(gòu)件級(jí)別，為施工單位快速、準(zhǔn)確、全面地獲得工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為制定更詳盡的人員、機(jī)械、設(shè)備投入計(jì)劃提供了有效支撐，為減少浪費(fèi)和實(shí)現(xiàn)消耗控制提供了技術(shù)支撐。

2.2.4 多算對(duì)比，有效管控

為了加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)的有效控制，可以通過(guò)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)快速獲取工程基礎(chǔ)信息，分析在建項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)盈虧，包括計(jì)劃與實(shí)際的消耗量、分項(xiàng)單價(jià)、分項(xiàng)合價(jià)等數(shù)據(jù)的多算對(duì)比，以及消耗量有無(wú)超標(biāo)、進(jìn)貨分包單價(jià)有無(wú)失控等問(wèn)題。

2.2.5 提高施工質(zhì)量

通過(guò)BIM模型的展示，可以使得參建各方更加直觀、清楚地理解設(shè)計(jì)的意圖，排查施工重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)源，從而協(xié)同各方采取針對(duì)性措施，同時(shí)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)工程施工的質(zhì)量、安全及進(jìn)度進(jìn)行有效控制。

2.2.6 節(jié)省施工成本和工期

利用BIM的三維特點(diǎn)，讓施工方、監(jiān)理方、不同專業(yè)的管理人員，可以隨時(shí)隨地、直觀快速地將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，有效降低溝通與管理成本。

3 軌道交通BIM施工管理平臺(tái)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

濱海新區(qū)軌道交通B1線一期工程（黃港車(chē)輛段至于家堡站段）北起黃港車(chē)輛段南至于家堡站，全長(zhǎng)約22.465km，設(shè)15座車(chē)站，全為地下站。線路北端黃港欣嘉園東側(cè)設(shè)置車(chē)輛段與綜合基地一座。設(shè)主變電站兩座，分別與Z2線共用海平路站主變，與B7線共用塘沽站主變。本項(xiàng)目依托濱海新區(qū)B1線建設(shè)工程研發(fā)了軌道交通BIM施工管理系統(tǒng)，在安全監(jiān)測(cè)、隱患排查、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、盾構(gòu)監(jiān)測(cè)、施工協(xié)同等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展了應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了平臺(tái)應(yīng)用的可行性和價(jià)值，提升了軌道交通管理質(zhì)量和效率。

3.2 項(xiàng)目應(yīng)用

3.2.1 安全監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)添加到三維場(chǎng)景，可以直觀地呈現(xiàn)工點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)源的空間位置。與傳統(tǒng)二維風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控平臺(tái)相比，優(yōu)化了二維表述的縱向重疊等表述不直觀問(wèn)題。在設(shè)備設(shè)施編碼的基礎(chǔ)上將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息與BIM模型聯(lián)動(dòng)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每日的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源的狀態(tài)，對(duì)基坑的安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都能夠反映出基坑的安全狀態(tài)，見(jiàn)圖1。

圖1 安全監(jiān)測(cè)

3.2.2 隱患排查

現(xiàn)場(chǎng)巡查人員通過(guò)移動(dòng)端上報(bào)隱患，平臺(tái)自動(dòng)識(shí)別上報(bào)位置并閃爍。平臺(tái)通過(guò)將隱患信息與BIM模型建立關(guān)聯(lián)，施工單位可在場(chǎng)景查看隱患詳細(xì)信息和位置，24小時(shí)內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整改。整改結(jié)束后，監(jiān)理單位到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)整改合格，并在手機(jī)APP上進(jìn)行隱患消除。完成隱患的發(fā)現(xiàn)、整改、確認(rèn)、消除，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱患排查的管理閉合。

3.2.3 視頻監(jiān)控

將現(xiàn)場(chǎng)視頻攝像頭位置與場(chǎng)景模型建立關(guān)聯(lián)，與模型建立空間聯(lián)系。點(diǎn)擊攝像頭圖標(biāo)查看現(xiàn)場(chǎng)施工詳情，支持云鏡控制、監(jiān)控點(diǎn)信息、緊急錄像、抓拍、連續(xù)抓拍、放大和對(duì)講等功能。監(jiān)理單位通過(guò)對(duì)在施工點(diǎn)攝像頭進(jìn)行定期巡查，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，見(jiàn)圖2。

圖2

3.2.4 盾構(gòu)監(jiān)測(cè)

通過(guò)點(diǎn)擊盾構(gòu)機(jī)圖標(biāo)，進(jìn)入盾構(gòu)監(jiān)測(cè)詳情界面。主要包括推進(jìn)系統(tǒng)、土壓、同步注漿系統(tǒng)、螺旋機(jī)數(shù)據(jù)、鉸接油缸、盾尾油脂、氣體檢測(cè)、盾尾油脂壓力、盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)、水平偏差、垂直偏差、泡沫、膨潤(rùn)土等參數(shù)，見(jiàn)圖3。

圖3

3.2.5 施工協(xié)同

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于“站點(diǎn)-構(gòu)件”的業(yè)務(wù)協(xié)同。平臺(tái)建立了設(shè)備設(shè)施編碼體系，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括施工安全、施工質(zhì)量、變更、施工進(jìn)度、圖紙方案等與從前期-勘察-設(shè)計(jì)-施工-竣工、周月報(bào)等文檔資料與模型相關(guān)聯(lián)，通過(guò)權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)不同參與單位的區(qū)別管理。通過(guò)業(yè)務(wù)協(xié)同，提升了施工安全管理水平，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)精細(xì)化管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目將BIM技術(shù)應(yīng)用到軌道交通施工階段管理，在軌道交通安全監(jiān)測(cè)、隱患排查、視頻監(jiān)控、盾構(gòu)監(jiān)測(cè)、施工協(xié)同等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。實(shí)踐證明在軌道交通施工管理系統(tǒng)引入BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維化、信息化、協(xié)同化、精細(xì)化的施工管理。通過(guò)建立施工階段協(xié)同工作機(jī)制，讓參建單位及不同專業(yè)人員，全面掌握建造過(guò)程，并形成一致認(rèn)同，有效地提升了軌道交通工程管理質(zhì)量和效率。