黃　杰　吳　濤

(解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，南京　210007)

BIM在人防工程中的應(yīng)用研究

黃杰吳濤

(解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，南京210007)

【摘要】近年來，隨著我國(guó)建筑行業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了BIM技術(shù)，它為人防工程建設(shè)提供了有利的技術(shù)條件。本論文介紹了BIM的概念，重點(diǎn)歸納了目前BIM技術(shù)在人防工程設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用。通過自身參與的某人防工程的BIM設(shè)計(jì)與施工，分析總結(jié)了BIM技術(shù)在人防工程中的應(yīng)用要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】BIM；人防工程；設(shè)計(jì)；施工

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.14

1引言

人民防空工程，簡(jiǎn)稱人防工程，國(guó)外也稱民防工程或民防掩蔽部，是指在城鎮(zhèn)中保障居民和物資安全而修筑的特殊建筑物，屬于地下隱蔽工程。人防工程周邊環(huán)境十分復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹窄，施工技術(shù)難度較高，涉及專業(yè)眾多，對(duì)設(shè)備安裝，管線綜合排布要求高，專業(yè)之間較易形成“信息孤島”，產(chǎn)生施工沖突。

BIM是基于參數(shù)化、可視化而建立的建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)共享和傳遞實(shí)現(xiàn)各專業(yè)，各用戶之間協(xié)同，在人防工程建設(shè)過程中引進(jìn)BIM技術(shù)，能夠?yàn)槿朔拦こ淌┕ぬ峁椭?，提高工程?xiàng)目管理水平。對(duì)于局部復(fù)雜形狀平面圖形難以表達(dá)的部位，可以通過BIM模型實(shí)現(xiàn)三維可視化，充分了解工程局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)和施工難點(diǎn)。本文通過介紹BIM技術(shù)在某人防工程建設(shè)中的應(yīng)用，初步探索了BIM對(duì)人防工程的技術(shù)支撐。

2BIM的概念、特點(diǎn)和發(fā)展

2.1BIM的概念

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)，是以建筑物三維信息化為載體，貫穿于建筑物全生命周期，將設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等所需要的信息關(guān)聯(lián)起來，各工種協(xié)同工作而形成的建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2BIM的特點(diǎn)

2.2.1信息集成

BIM技術(shù)通過數(shù)字信息來存儲(chǔ)建筑物的真實(shí)信息，包括建筑體量的空間關(guān)系，各個(gè)設(shè)計(jì)要素，如梁、柱、墻、管線、設(shè)備的幾何信息，各種建筑材料和構(gòu)件的物理和功能特征，以及構(gòu)件連接方式、荷載等分析信息。歸根結(jié)底，BIM的核心是通過數(shù)字信息來組建一個(gè)由計(jì)算機(jī)管控的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，便于工程師從中提取相關(guān)信息。這種數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)CAD技術(shù)有很大地差別。

2.2.2工作可傳遞性

BIM的基本特性之一是工程數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)創(chuàng)建時(shí)就有隨時(shí)保持一致的相互關(guān)聯(lián)性，即當(dāng)工程中的某項(xiàng)內(nèi)容被修改后，BIM系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)將修改反映到所有受影響的其他構(gòu)件，而不需設(shè)計(jì)者自己處理圖紙。這種特點(diǎn)使得應(yīng)用BIM系統(tǒng)的項(xiàng)目工作具有一定的連續(xù)性，工作成果能夠迅速體現(xiàn)在相關(guān)工程階段中，節(jié)省了人力，降低了成本，極大地提高了工作效率。

2.2.3支持協(xié)同工作

BIM系統(tǒng)為設(shè)計(jì)方、施工方、建設(shè)方和運(yùn)營(yíng)管理者搭建了一個(gè)及時(shí)溝通、同步工作、時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的全新平臺(tái)，提高了工作水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量。如：利用BIM技術(shù)搭建的三維模型來做梁、柱、管線等碰撞檢測(cè)，可以根據(jù)各專業(yè)不同的布設(shè)原則，同步自動(dòng)檢測(cè)出各構(gòu)件間沖突或影響，提高了整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中各專業(yè)溝通配合的效率。

2.3BIM在建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

幾年來，BIM技術(shù)己從早先提出的理想概念轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)工具，給整個(gè)建筑設(shè)計(jì)乃至施工、運(yùn)維管理等領(lǐng)域帶來了不同的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在我國(guó)，先進(jìn)的建筑設(shè)計(jì)院、施工單位和房地產(chǎn)公司都成立了自己的BIM部門。

BIM軟件廠商給建筑行業(yè)提供了更多的智能工具，實(shí)現(xiàn)了更多的功能。它除了繼承計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的相應(yīng)功能，同時(shí)還將其使用范圍擴(kuò)展到了更多的領(lǐng)域，如工程造價(jià)、運(yùn)維管理。

2.4BIM在人防工程中的發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于BIM技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展的的研究層面大都在地面建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在人防工程方面的應(yīng)用和研究很少。BIM技術(shù)近幾年剛剛被引入到人防工程應(yīng)用中，主要是用于人防工程可視化設(shè)計(jì)、管線綜合優(yōu)化、指導(dǎo)管線洞口預(yù)埋施工、進(jìn)行施工模擬以及智能化運(yùn)維管理。如圖1所示。

圖1　人防工程BIM應(yīng)用技術(shù)路線

根據(jù)BIM技術(shù)目前的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，未來它可以在人防工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段中發(fā)揮重大作用，展現(xiàn)其三維可視化、優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)同工作、資源共享等特性。

3.1項(xiàng)目說明

該人防工程包括工程主體和車輛掩蔽部?jī)刹糠?，工程主體長(zhǎng)52.0m，寬35.9m，建筑面積1 980m2，其中一口和二口口部通道面積為114m2，三口連通道面積為32m2。車輛掩蔽部面積1 165m2，設(shè)一個(gè)車輛出入口，一個(gè)人員出入口，一個(gè)連通口。建筑形式為單建掘開式，本工程采用明挖法施工。

3.2BIM團(tuán)隊(duì)

本工程的BIM團(tuán)隊(duì)由熟悉人防工程設(shè)計(jì)與施工過程、相對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的各專業(yè)設(shè)計(jì)人員組成，主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)水、電、防化、通信等專業(yè)(如圖2)。且團(tuán)隊(duì)成員均熟練掌握Revit、Navisworks等BIM軟件，有一定的人防工程BIM設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

圖2　BIM團(tuán)隊(duì)成員

3.3BIM在人防工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.3.1可視化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)階段，BIM團(tuán)隊(duì)成員中各專業(yè)人員在本工程二維CAD格式施工圖的基礎(chǔ)上，利用Revit軟件分別建立了人防工程的土建以及機(jī)電模型(如圖3～ 4)能夠從全局了解項(xiàng)目周邊的構(gòu)筑物等情況，快速直觀地把握人防工程的體量，同時(shí)還可以剖析其功能布局。一個(gè)項(xiàng)目按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是無法把設(shè)計(jì)效果直觀地表現(xiàn)出來，而利用Revit軟件建立人防工程的三維實(shí)體模型，可以達(dá)到可視化的效果，業(yè)主方、設(shè)計(jì)單位可以運(yùn)用BIM模型相互溝通，指出設(shè)計(jì)中的不足，進(jìn)行方案的優(yōu)化，有多個(gè)設(shè)計(jì)方案時(shí)還可以進(jìn)行方案比選，更大限度地體現(xiàn)BIM的價(jià)值。

3.3.2管線綜合深化設(shè)計(jì)

人防工程設(shè)計(jì)中涉及土建、結(jié)構(gòu)、風(fēng)水電、防化、電磁屏蔽、通信、智能化、防護(hù)設(shè)備等多個(gè)專業(yè)，工程內(nèi)部管線、設(shè)備多、協(xié)調(diào)工作量大，管線綜合排布是一個(gè)極其復(fù)雜的工作。在CAD設(shè)計(jì)中往往是各個(gè)專業(yè)各自完成自己專業(yè)圖紙，各專業(yè)之間缺乏足夠的交流，得到的又是二維圖紙，沒有三維立體的空間反饋，土建專業(yè)與設(shè)備專業(yè)、設(shè)備專業(yè)與設(shè)備專業(yè)之間存在很多碰撞問題(如圖5)，而又不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也就很難進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)優(yōu)化。

圖3　某人防工程土建模型　圖4　某人防工程機(jī)電模型

圖5　矩形梁與給水管道碰撞

BIM模型可以協(xié)助完成人防工程機(jī)電安裝部分的深化設(shè)計(jì)，包括綜合布管圖和綜合布線圖的深化。使用BIM技術(shù)改變CAD疊圖方式進(jìn)行機(jī)電專業(yè)深化設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件功能解決水、暖、電、通風(fēng)等各專業(yè)間管線、設(shè)備的碰撞，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為設(shè)備及管線預(yù)留合理的安裝和操作空間，減少占用使用空間。在對(duì)深化效果進(jìn)行確認(rèn)后，出具相應(yīng)的模型圖片和二維圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的材料采購(gòu)、加工和安裝，能夠大大提高工作效率。

3.4BIM在人防工程施工中的應(yīng)用

3.4.1施工模擬

利用Navisworks軟件建立基于BIM的人防工程4D模型。4D模型是在基本信息模型的基礎(chǔ)上增加工程進(jìn)度信息。BIM技術(shù)可以模擬實(shí)際施工，在早期設(shè)計(jì)階段就發(fā)現(xiàn)后期施工階段可能出現(xiàn)的各種問題，從而提前處理，為后期工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)(如圖6)。在后期施工時(shí)能作為施工的實(shí)際指導(dǎo)，以提供合理的施工方案、人員及材料供應(yīng)計(jì)劃，最大限度的實(shí)現(xiàn)資源的合理運(yùn)用。

圖6　施工模擬動(dòng)畫

3.4.2施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)期以來，建筑工程中的事故時(shí)常發(fā)生。為了對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，特別是重要部位和關(guān)鍵工序，及時(shí)掌握施工過程中結(jié)構(gòu)的受力和運(yùn)行狀態(tài)，建立基于BIM的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常有必要的。

使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行基坑沉降觀測(cè)，通過將感應(yīng)元件監(jiān)測(cè)的基坑位移數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總到基于BIM開發(fā)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的基坑坡頂水平位移和豎向位移變化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，形成動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)管理，確?；釉谕练交靥钪暗陌踩€(wěn)定性(如圖7)。

通過信息采集系統(tǒng)得到基坑施工過程中不同部位的監(jiān)測(cè)值，根據(jù)施工工序判斷每時(shí)段的安全等級(jí)，并在基于BIM的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上實(shí)時(shí)地顯示施工現(xiàn)場(chǎng)的安全狀態(tài)和存在的潛在威脅，給管理者以直觀的指導(dǎo)。

圖7　基于BIM的基坑沉降安全監(jiān)測(cè)

3.4.3塔吊安全管理

人防工程施工現(xiàn)場(chǎng)需布置多個(gè)塔吊同時(shí)作業(yè)，塔吊之間碰撞屢有發(fā)生。在整體BIM施工模型中布置不同型號(hào)的塔吊，能確保其同電源線和附近建筑物的安全距離，確定哪些員工在哪些時(shí)候使用塔吊。在整體BIM施工模型中，用不同顏色的色塊來表明塔吊的回轉(zhuǎn)半徑和影響區(qū)域，并進(jìn)行碰撞檢測(cè)來生成塔吊回轉(zhuǎn)半徑計(jì)劃內(nèi)的施工活動(dòng)安全分析報(bào)告。該報(bào)告可以減少由于施工人員和塔吊缺少交互而產(chǎn)生的意外風(fēng)險(xiǎn)。基于BIM的塔吊安全管理如圖8所示。

圖8　塔吊安全管理

3.4.4物資材料管理

施工現(xiàn)場(chǎng)材料的浪費(fèi)、積壓等現(xiàn)象比較普遍，安裝材料的精細(xì)化管理一直是項(xiàng)目管理的難題。運(yùn)用BIM模型，結(jié)合施工工序及工程進(jìn)度周密安排材料采購(gòu)計(jì)劃，不僅能保證工期與施工的連續(xù)性，而且能用好用活流動(dòng)資金、降低庫(kù)存、減少材料二次搬運(yùn)。同時(shí)，材料員根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度，方便地提取施工各階段材料用量，在下達(dá)施工任務(wù)書中，附上完成該項(xiàng)施工任務(wù)的限額領(lǐng)料單，作為發(fā)料部門的控制依據(jù)，實(shí)行對(duì)各班組限額發(fā)料，防止錯(cuò)發(fā)、多發(fā)、漏發(fā)等無計(jì)劃用料，從而減少施工班組對(duì)材料的浪費(fèi)。

5總結(jié)

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，給建筑業(yè)帶來了第二次革命，實(shí)現(xiàn)了從二維轉(zhuǎn)向三維、從單純幾何表現(xiàn)轉(zhuǎn)向全信息模型集成、從各工種單獨(dú)作業(yè)轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同作業(yè)。通過BIM技術(shù)在某人防工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用，我們總結(jié)出BIM模型具有三維可視化、協(xié)同性、信息可提取性等特點(diǎn)。BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)人防工程中的應(yīng)用尚處于探索階段，本工程的BIM應(yīng)用將為其他人防工程建設(shè)提供良好的借鑒價(jià)值。雖然BIM技術(shù)在人防工程領(lǐng)域的廣泛推廣可能還需要一個(gè)過程，但我們相信BIM在人防工程中必將有更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉占省，趙雪峰．BIM技術(shù)與施工項(xiàng)目管理．中國(guó)電力出版社，2015.7.

[2]蘇斌，蘇藝，趙雪鋒，王磊.BIM在地鐵站點(diǎn)工程中的應(yīng)用探索[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2013，5(6)：95-100.

[3]冀程.BIM技術(shù)在軌道交通工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2014，10(增刊1)：1663-1668.

[4]曾大林，趙靈敏，岳廣飛.濟(jì)南西客站站前廣場(chǎng)地下工程BIM應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012，4(2)：71-77.

[5]高永剛，李光金.基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4)：22-26.

[6]何關(guān)培.我國(guó)BIM發(fā)展戰(zhàn)略和模式探討[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(2)：11-15.

Research on Application of BIM in the Civil Defense Engineering

Huang Jie，Wu Tao

(CollegeofNationalDefenseEngineering，PLAUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210007，China)

Abstract:In recent years,with the development of information technology in the construction industry,BIM technology has emerged.It provides favorable conditions for civil defense engineering construction.This article introduces the concept of BIM and mainly studies the application of BIM technology in design and construction of civil defense engineering.The author analyzes and summarizes the key application of BIM technology in civil defense engineering by participating in design and construction of a civil defense engineering.

Key Words：BIM；Civil Defense Engineering；Design；Construction

【作者簡(jiǎn)介】黃杰(1990-)，男，在讀碩士，主要研究方向：地下工程規(guī)劃與管理、BIM；吳濤(1971-)，男，副教授，主要研究方向：地下工程規(guī)劃與管理、BIM。

【中圖分類號(hào)】TU17

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-7461(2016)03-0074-04