BIM技術在地鐵中的應用

近年來，我國城市軌道交通迎來了高速發展，各地不斷興建鐵路橋梁，地鐵與鐵路新增獲批與新開工項目大幅增加。

今年10月份，據RT軌道交通統計約6407億元的重大鐵路、地鐵等項目發布了最新動態；新增運營以及新增開工等，涉及到的項目約30項。11月，約10855.25億元的重大鐵路、地鐵等項目發布了最新動態；新增運營以及新增開工等，涉及到的項目約40項。

鐵路交通的蓬勃發展，讓我們對地鐵BIM技術的需求越來越大。下面，我們分為4大點來聊聊BIM技術在地鐵中的應用：

? 01.什么是BIM

? 02.地鐵項目有哪些重點難點

? 03.BIM技術如何在地鐵項目中應用

? 04.案例分析（哈爾濱地鐵3號線）

01

什么是BIM

BIM即建筑信息模型，是將三維建筑模型鏈接建設項目的各類信息數據，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性八大特點。

建筑信息模型 (BIM) 流程首先會創建智能三維模型，并支持在整個項目生命周期（規劃、設計、構建、運營和維護）內進行文檔管理、協調和仿真，BIM技術應用于設計和記錄建筑和基礎設施設計。BIM模型涵蓋建筑的每個細節，此模型可用于分析與探究設計方案，并且可創建可視化效果以幫助利益相關方在構建之前了解建筑外觀，此模型還可用于生成設計文檔以供施工。

由此可見，三維模型是BIM運行的一個前提，只有完成度高、信息完整的模型才能為后期BIM應用提供良好的基礎。雖然目前我國已經有很多城市開始地下空間建設，但是，從人性化設計、復雜結構設計、節能與環保設計等方面還有一系列的不合理部分。BIM 技術能夠實現可視化、協調化與模擬化的設計，被大量地應用到建筑領域內，并且已經完全取代了傳統技術，能夠促進建筑領域的全面發展和進步。

02

地鐵項目有哪些重點難點

工程體量大，資源調度難，難以把控工期與質量

地鐵項目一般以一整條線路為單位，遍布城市的各個地方，涉及數十個地鐵站的工程量，當中人員調度、施工安排、材料運輸、進度管控等工作量都是非常巨大的，雖然地鐵施工日期長，但是由于地鐵站眾多，部分工期還是非常緊張的，業主如何將各個政府部門、施工單位、設計單位、監理單位、咨詢單位等人員聯合起來，統一調度，能否做到如臂使指，就成為了一個至關重要的點。

機電管線復雜且量多，要求高，機電安裝難度大

為了維持地鐵的正常運行，需要有大量的機電管線支撐，且地鐵為地下空間，所需的通風系統與照明系統的管線也非常多，更不用說消防給水、噴淋系統等重要的管線，數量多排布復雜，且由于地下空間環境問題，機電管線與設備安裝工作難度非常大，會給施工隊帶來不小的考驗，有可能產生眾多返工與變更，導致工期延誤。

特色站中裝修設計優化與裝修施工難度大

現在不少城市在開展地鐵項目時都會做些特色站點，來宣揚城市文化，提高知名度，也是對城市經濟實力的體現，但這幾年設計方都喜歡使用異形幕墻結構或者特殊形狀燈具來裝點地鐵站整體樣貌，雖然這種風格的設計是獨具一格的，但也產生了一個難題，設計的方案是否可行，設計師可能會不斷的修改方案來優化，但傳統的二維圖紙優化起來過于麻煩，浪費時間。且方案可行之后，該異形構件的施工通常會給施工方帶來極大的麻煩。

應災抗災與災后逃生方案設計和優化難度大

地鐵作為人防工程，防災抗災能力必須滿足高要求，一旦發生災情時，若地鐵的應災能力不足，將會導致嚴重的后果，經濟損失，人員傷亡巨大，所以建筑的應災抗災與災后逃

生方案尤為重要，但是地鐵作為地下空間設施，方案設計難度大，且試驗方案成本高，只能靠過往的一些同設施經驗來彌補，但這遠遠不夠，需要一個更加完善的方法來幫助方案設計與優化。

超大型工程的質檢與驗收耗時大

地鐵項目體量非常大，質檢與驗收工作，如果用傳統方式開展起來非常麻煩，需要消耗大量的人力物力來檢查，而且出來的結果也不一定準確，但是地鐵項目質量要求高，需要反復地去檢查，這樣會導致工期延誤，延長竣工時間。

03

BIM技術如何在地鐵項目中應用

一. 4DBIM——BIM協同管理平臺

4DBIM平臺簡介

BIM協同管理平臺功能表

BIM協同管理平臺特點

① 面向多應用方

   系統可以分別針對業主、工程總承包、施工項目部等應用主體提供完整的應用流程。系統可根據各應用模式的特點和需求，在權限管理模塊中制定相適應的界面、功能和業務流程，明確不同應用情形下應用主體和參與方的權責，在實現總體目標的同時滿足各方實際工作的需要。

② 支持多功能領域

   根據應用需求從整體BIM中提取或創建不同細度的4D模型，可支持從整體宏觀、局部中觀到精細微觀等多層次4D工程管理，有效解決大規模、區域性和長線工程的BIM應用和展示問題。系統應用涵蓋建筑、橋梁、公路、地鐵和設備安裝等多個工程領域。

③ 支持跨平臺的多參與方協同工作

系統基于統一BIM管理平臺和BIM數據庫，提供PC端、微信公眾號及項目管理網站三大應用系統，各系統無縫集成，信息與BIM雙向鏈接。通過建立多參與方的遠程協同及數據集成機制，實現了跨網絡平臺的多參與方協同工作

④ 實現施工項目的集成動態管理

系統通過建立基于IFC的4D信息模型，將建筑物及其施工現場3D模型與施工進度相鏈接，與施工資源、成本、質量、安全及場地信息集成一體。實現了基于BIM的施工進度、資源與成本、安全與質量、場地與設施的4D集成管理、實時控制和動態模擬。

BIM協同管理平臺——進度管理

① 允許建立多套施工進度方案，不同方案可快速切換，進行方案對比分析。

② 可以通過前置任務以及關鍵路徑數據，動態分析當前進度情況對其他任務的影響。

③ 進度計劃可在Project 中用甘特圖或網絡圖表示，也可4D動態展現。不同顏色表示不同施工工序和狀態。

④ WBS不僅具有時間屬性還可以將其作為工程進度任務，賦予工程量、人材機等信息。

⑤ 進度任務可以直接發送給具有填報權限的現場管理人員，微信端就可以對目前的進度情況進行填報。

⑥ 微信端對進度任務進行填報，包括工程量以及人材機的情況。

⑦ 填報的數據實時反饋到客戶端，并生成日報、周報、月報。

BIM協同管理平臺——質量管理

總結：BIM協同管理平臺高效地解決了因項目龐大帶來的一系列問題，將各個負責單位統一了起來，信息的傳輸不再像以前那樣繁瑣，大大提高了工作效率，縮短工期，節省成本。

二、BIM審圖，對方案進行檢查、優化

BIM審圖

主要指對建筑三維模型進行多專業集成后的碰撞檢查，規范檢查等一系列對設計模型的檢查功能，通過三維模型提前預知圖紙中錯誤的地方,制作問題報告及時反饋設計確認并加以修改,以確保建筑工程從設計端到施工端的良好過渡。通過審圖，提前預判建筑構件之間的相互沖突和可視化溝通。

機電圖紙轉化為模型

碰撞檢查、管綜優化

碰撞檢測及三維管線綜合的主要目的是基于各專業模型，應用BIM三維可視化技術檢查施工圖設計階段的碰撞，完成建筑項目設計圖紙范圍內各種管線布設與建筑、結構平面布置和豎向高程相協調的三維協同設計工作，盡可能減少碰撞，避免空間沖突，避免設計錯誤傳遞到施工階段。同時應解決空間布局合理，比如重力管線延程的合理排布以減少水頭損失。

在項目優化的把控、質量的審核方面，有足夠的項目經驗、明確的實施流程：

① 整合建筑、結構、給排水、暖通、電氣等專業模型，形成整合的建筑信息 模型；

② 設定碰撞檢測及管線綜合的基本原則，使用BIM三維碰撞檢測軟件和可視化技術，檢查發現建筑信息模型中的沖突和碰撞，并進行三維管線綜；

③ 編寫碰撞檢測報告及管線綜合報告，提交給建設單位確認后調整模型。其中，一般性調整或節點的設計工作，由設計單位修改解決；較大變更或變更量較大時，由建設單位協調后確定解決調整方案；

④ 對于二維施工圖難以直觀表達的造型、構件、系統等，提供三維模型截圖輔助表達。

設計深化

深化設計的主要目的是提升深化后BIM模型的準確性、可校核性。將施工操作規范與施工工藝融入施工作業模型，使深化設計模型滿足施工作業指導的需求。

三、施工模擬與工藝模擬應用

施工工藝模擬

利用所創建的三維BIM模型，來將完成的模型進行動畫編輯，形成動態視頻，最后將原文件以串聯成完整的視頻。通過視頻展示預先演示施工現場的現有條件、施工順序以及重難點解決方案。工程在施工階段會遇到許多問題，而施工工藝模擬在其中扮演的角色是可視化以及交互性。讓參與方可以統一在同一個平臺上討論問題，不會出現思維的誤差而耽誤會議的進展。

施工模擬：工程施工信息三維可視化成果

傳統方法雖然可以對工程項目前期階段所制定的進度計劃進行優化，但是由于自身存在著缺陷，所以項目管理者對進度計劃的優化只能停留在一定程度上，即優化不充分，這就使得進度計劃中可能存在某些沒有被發現的問題，當這些問題在項目的施工階段表現出來時，項目施工就會相當被動，往往這個時候，就只能根據現場情況被動的修改計劃，使之與現場情況相符，失去了計劃控制施工的意義。

基于BIM的4D進度管理通過反復的施工過程模擬，讓那些在施工階段可能出現的問題在模擬的環境中提前發生，逐一修改，并提前制定應對措施，使進度計劃和施工方案最優，再用來指導實際的項目施工，從而保證項目施工的順利完成。

四、BIM通過三維掃描實現設備定點，工程驗收、質檢

三維掃描技術以及流程

首先簡單地介紹三維掃描，三維激光掃描技術是上世紀九十年代中期開始出現的一項技術，是繼GPS空間定位系統之后又一項測繪技術新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據?？梢钥焖?、大量的采集空間點位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。由于其具有快速性，不接觸性，實時、動態、主動性，高密度、高精度，數字化、自動化等特性，其應用推廣很有可能會像GPS一樣引起測量技術的又一次革命。

 三維掃描設備

 三維掃描結合BIM模型流程

三維掃描技術的特點

① ”另類的信息采集“

過去，想要在項目中采集信息，只能靠人手拿著皮尺、量角器、測距儀去測量現場尺寸信息。但是項目中會遇到各種各樣的難題，比如一些高建筑外墻的尺寸測量，一些異形的歷史建筑物的測量，或者是隧道的測量，如果使用傳統方式你會發現困難重重、效率低下、人力浪費、信息不全、甚至有些測量靠人手是根本無法實現的，而三維掃描，解決了這一難題，通過非接觸式的信息采集，有效地避免了許多因為”人“而產生的問題。

② 高效的信息采集技術

根據掃描硬件不同，能掃描地范圍從80-550米不等，短短幾分鐘，就可以將周圍場景的空間信息精準地記錄下來，這是傳統人工采集辦法不可比擬的，點云能夠準確反應空間位置，且具備色彩值，這樣點云實現了信息可視化，打破傳統。

逆向建模存檔

通過三維激光掃描儀進行快速掃描和逆向建模，對于沒有完整的竣工圖紙/模型的老舊建筑，可以快速通過軟件生成模型實例。

地面、墻面平整度檢測

通過三維掃描技術采集建筑施工過程中墻面平整度、地面平整度等施工質量重要檢測的指標，進行快速檢查并形成可追溯的質量檢查文件便于對項目進行管理。

信息全面無遺漏

現實場景實施數字化具有尤為重要的意義，這在多種行業中都得以體現。比如大型工廠通過三維掃描方法采集數據，即有一勞永逸之功。紛繁復雜的工廠資產一覽無余，不但便于管理和信息傳遞，也可極大避免因數據不夠細致而帶來的無休止式信息采集，從而節省時間、人力及資本投入。

五、BIM仿真漫游、渲染、疏散模擬應用

仿真模擬

虛擬仿真漫游的主要目的是檢查建筑結構布置的匹配性、可行性、美觀性以及設備主干管排布的合理性，及時發現不易察覺的設計缺陷或問題，減少由于事先規劃不周全而造成的損失。

模擬3D空間關系和場景，通過漫游、動畫和虛擬現實（VR）等形式提供身臨其境的視覺、空間感受，輔助建設單位、使用單位與設計單位等在初步設計階段預覽和比選；

通過模擬仿真漫游，清晰表達建筑物的設計效果，并反映主要空間布置、復雜區域的空間構造等。輔助設計與管理人員對初步設計進行輔助設計與評審，促進工程項目的規劃、設計、招標和報批等管理工作的順利進行。能運用多個軟件進行仿真模擬，如Navisworks、Enscape、Lumion、Fuzor等，并有成熟VR技術運用在多個項目中。

渲染

渲染圖能很好地展示設計理念與竣工后成果，讓業主更加清晰了解建筑情況。

疏散模擬——火災模擬

火災模擬是項目運維階段應急管理中一種重要的災變管理手段，可以在災前較為真實地仿真出災情發生的整個變化過程，以便針對性、合理性地對應急準備工作做出部署。傳統地鐵車站火災模擬存在缺少乘客參與、日常演練區域只限經驗易起 火區域、消耗人物資源過多等。

客觀原因以及人員本身缺少積極性等主觀原因，致使火災模擬在傳統應急管理中并沒有發揮很好的作用。近年來，BIM 技術的全過程全壽命周期管理與數據共享的優勢日漸突出，BIM 與專業的應急管理軟件結合變的尤為重要。

基于 BIM 技術的應急管理，火災模擬就可以依托于“BIM + ”體系中的模擬方法得以實現，即設定初始模擬信息，借助計算機程序算法，以可視化的方法仿真并展示模擬過程與模擬結果。這樣不僅能極大地避免傳統火災模擬方法的弊端，而且可以對不同地區、不同時間、不同起火種類、不同人數的火災進行模擬。

因此本文將結合 BIM 技術，對地鐵火災的各個維度進行仿真模擬，得出各關鍵節點的最大疏散時間。把 BIM 豐富的建筑信息數據傳遞給專業的應急管理軟件進行模擬，通過對典型的火災工況的不同方面的模擬，得到了該工況下關鍵節點位置的最大疏散時間，為應急管理提供了依據，更好地指導原本難預測、難控調的應急管理。驗證了 BIM 與 Pyrosim 相集成的可行性，也提高了火災模擬的效率。同時使BIM 的全過程服務向火災模擬邁了一步，也使火災應急管理的數據來源不再孤立，融入到建筑信息數據流通的鏈條。

人流分析模擬

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案例分析

項目概況

哈爾濱市軌道交通3號線二期工程土建第11標段為哈平路站。哈平路站為3號線二期的第2座車站，與規劃4號線成“T”型換乘。本車站位于哈平路與保健路交叉路口處，為地下三層8+8米分離島式站臺車站。車站采用明挖順作法施工，換乘節點部位（位于保健路隧道下方）采用蓋挖法施工。

車站總建筑面積為22417.56㎡，其中，主體建筑面積為17250.51㎡，附屬建筑面積為5167.05㎡。本車站共設4個出入口（2、4號出入口兼做無障礙出入口）、3個安全出口以及4組風亭。車站外包總長左線158.6m×13.75m，右線145.5m×13.75m，車站軌面埋深約27.320m，車站中心里程處覆土6.210m，采用多種工藝施工。

實施難點

① 一模五用，實現現場安全文明施工，施工過程安全管理，質量管理，進度管理，成本管理，對外宣傳，與廣聯達BIM5D以及其它算量軟件相結合，試點落地5D管理平臺。因此對模型精細程度要求極高,且該項目為換乘站結構較為復雜。

② 要求通過模型完全還原現場的施工工序 ，前期工程涉及優化類容較為復雜,后期靜態表達較為燒腦。

③ 結合已有現狀，創新研究BIM指導施工新方向。

④ 客戶為施工總管理，對于施工細節不清楚，需要我方與施工人員遠程交涉，且現場處于挖土階段，各方面技術方案均未編排。