文/楊銘杰

隨著城市經(jīng)濟發(fā)展以及交通運輸量持續(xù)增大，帶來環(huán)境污染、交通擁擠、能源危機等眾多問題，而地鐵作為主要的代步交通工具之一，具有速度快、無污染、高舒適度、高安全性、便利等優(yōu)勢，成為當(dāng)前全球各大中型城市發(fā)展交通事業(yè)的首選。2016年9月，國家發(fā)改委加快對城市軌道交通網(wǎng)的批復(fù)進度，據(jù)不完全統(tǒng)計，到2020年，我國城市軌道交通投資額將超過萬億元。2017年年初，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃指出，到2020年全國城市軌道交通營運里程要達到9300km，屆時北京、上海、廣州、深圳等一線城市軌道交通將形成網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

資料顯示，在工程建設(shè)業(yè)中，30%的工程存在返工現(xiàn)象，40%的工程存在資源浪費現(xiàn)象，超過40%的工程存在工期延誤現(xiàn)象。而地鐵項目具有投資大、建設(shè)周期長、涉及面廣、施工空間小、施工工期緊、數(shù)據(jù)和信息處理的工作量大等特點，上述的返工、工期延誤等現(xiàn)象會更加嚴重。無論是地鐵的設(shè)計、施工還是運營管理，稍有不慎就可能出現(xiàn)工程拖延、運營故障等。如何在保證工期、質(zhì)量、安全的前提下，以合理、全面的施工組織及高效的協(xié)同手段作為支撐，提升“效率”是建設(shè)各方都要面臨的嚴峻問題。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，將為解決上述難題提供新思路。

國內(nèi)外地鐵項目BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

西方發(fā)達國家的城市地鐵輕軌建設(shè)已漸入沉寂期，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在改擴建、運營維護等方面。日前，歐洲最大的施工項目——Crossrail軌道工程，是綜合鐵路和地鐵的大型軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施項目，涉及線路、電力、通信、信號、隧道，房建、通風(fēng)、照明、給排水、機車、消防等十多個專業(yè)，專業(yè)之間既要保證高效準確的協(xié)同設(shè)計，又要保證大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)在交流過程中不丟失，對管理平臺要求非常之高。目前，該項目通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，在協(xié)同設(shè)計、施工控制、運營和管理等方面取得較好的應(yīng)用成效；加拿大多倫多Spadina地鐵擴建項目中，參建各方進行3D設(shè)計協(xié)同；洛杉磯Westside地鐵延長線工程采用DB交付模式，業(yè)主方將BIM納入承包方合約，要求以BIM核心規(guī)劃管理整個建造過程。

國內(nèi)而言，港臺地區(qū)的地鐵BIM應(yīng)用也走在大陸的前面。早在2010年，香港的地鐵車站中，已經(jīng)有1/4的地鐵車站完成BIM建模，部分車站利用BIM技術(shù)實現(xiàn)采光、能耗、煙霧、人流和可視化碰撞檢測等深層次應(yīng)用；臺北捷運萬大線工程全面導(dǎo)入BIM技術(shù)，尤其在設(shè)計討論、細部設(shè)計應(yīng)用、施工討論、營建進度檢視、設(shè)施資料管理與防災(zāi)動線討論方面應(yīng)用的較好。

大陸地區(qū)，許多業(yè)主、設(shè)計和施工企業(yè)也越來越重視地鐵領(lǐng)域BIM的應(yīng)用。尤其在一二線城市如上海、北京、天津、深圳、南京、無錫、寧波等城市的地鐵項目中，業(yè)主在合同中明確要求設(shè)計中標(biāo)單位提供三維模型，用于指導(dǎo)設(shè)計和施工。如上海地鐵12號線采用BIM技術(shù)進行工程量計算、管線綜合、三維點云掃描、預(yù)留孔洞、現(xiàn)場協(xié)調(diào)等應(yīng)用；北京地鐵10號線二期石榴莊站利用BIM技術(shù)建立模型，并進行采光和照明分析，以此為依據(jù)設(shè)置合理的人工光源的級別和位置。同時將工程做法、材料信息、設(shè)備信息整合到模型中，極大方便施工方施工，并向運營商提供詳盡的后期運營管理資料。通過對天津地鐵5號線已施工車站的調(diào)查顯示，利用BIM技術(shù)后每個站可節(jié)約1個月以上的工期，節(jié)約因拆改產(chǎn)生的各類費用合計近100萬元，同時也大大降低建設(shè)單位、設(shè)計單位和施工單位的管理成本，天津地鐵5號線共計21個站采用BIM輔助設(shè)計技術(shù)，合計產(chǎn)生經(jīng)濟效益保守估計有幾千萬元。此外，上海地鐵18號線、深圳地鐵15號線、無錫地鐵1號線等均不同程度的應(yīng)用了BIM技術(shù)。

BIM技術(shù)在地鐵領(lǐng)域的十大典型應(yīng)用

1) 投資控制

地鐵工程的計量工作在全過程造價控制中，不僅工作量大而且計算難度大，要在項目全生命周期不斷地統(tǒng)計、拆分、組合和分類匯總各時間段和施工段工程量數(shù)據(jù)更是困難，落后的手工計算方式難以適應(yīng)精細化造價控制的需求?；贐IM的造價管理，可精確計算工程量，快速準確提供投資數(shù)據(jù)，可減少造價管理方面的漏洞。另外通過減少返工和廢棄工程，減少變更和簽證，更可減少很多成本。這兩方面都將大幅提升預(yù)算控制能力。

2) 碰撞檢查

BIM技術(shù)強大的碰撞檢查功能，將十分有利于減少進度浪費。大量的專業(yè)沖突延誤了工程進度，大量廢棄工程、返工的同時還造成巨大的材料、人工浪費。地鐵工程設(shè)計專業(yè)多，管線復(fù)雜，而空間相對狹小，容易發(fā)生碰撞。特別是當(dāng)前三邊工程較多，專業(yè)沖突的現(xiàn)象十分普遍，返工現(xiàn)象常見。利用BIM系統(tǒng)實時跟進，可以第一時間反映和解決問題，帶來的工期效益、成本效益和其他效益都是非常顯著的。

3) 工程量計算

BIM 具有參數(shù)化的特點，這讓模型可以直接用來計算與分析，BIM技術(shù)能夠?qū)⒛Ｐ退墓こ塘啃畔⑦M行準確統(tǒng)計并進行工程量核算。利用BIM技術(shù)進行的工程量統(tǒng)計數(shù)據(jù)與BIM模型保持聯(lián)動性，模型的更改情況能夠及時的反應(yīng)到對應(yīng)的工程量明細表中。

利用其精確計算的工程量，可快速準確提供成本數(shù)據(jù)，可減少成本管理方面的漏洞，提升項目對車站成本的控制能力。

4) 施工模擬

BIM 模型中可以導(dǎo)入進度計劃，動態(tài)顯示模型進度，提前對施工場地布置、材料堆放、機械進出場路線、復(fù)雜節(jié)點等進行預(yù)演。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，通過對施工整個過程的模擬，使得項目參與各方對項目開展有著更直觀的了解。部分復(fù)雜部分的施工，還可以結(jié)合不同的施工方案在電腦里預(yù)演，實現(xiàn)施工方案的優(yōu)化。在施工過程中，工程的梁、板、柱、墻、樓梯等，所有的標(biāo)高、外形、材質(zhì)、鋼筋排布等相關(guān)數(shù)據(jù)資料都可以根據(jù)需要進行篩選、調(diào)用，快速便捷的導(dǎo)出表格。

5) 管線綜合

在地鐵車站項目的設(shè)計中,管線綜合是重要而又繁瑣的工作。管線綜合問題處理的得當(dāng)，既有利于地下空間的充分、合理、有效的適用，又有利于管線的施工安裝和管理維護，同時還可以減少管線安裝過程中的返工現(xiàn)象。否則會造成施工難度、施工周期、投資等的增加。

地鐵車站綜合管線十分復(fù)雜，主要包括通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防給水、動力照明、FAS、BAS、供電、通信、信號等，通過BIM技術(shù)可以更加直觀、全方位的查看各種管線的位置，走向，高度，從而做出最合理的修改和排布，其中設(shè)計環(huán)節(jié)中往往會忽略施工安裝、運營維護等實際問題，通過模型可以很直觀的發(fā)現(xiàn)這些在設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中不容易發(fā)現(xiàn)的問題。

在施工階段BIM技術(shù)可以讓設(shè)計和施工無縫溝通，幫助施工企業(yè)更直觀、簡單、高效的了解設(shè)計意圖，而且如果設(shè)計階段本身就采用了BIM技術(shù)，那么對于管線施工來說就有了很大的技術(shù)保障。

6) 可視化技術(shù)交底

BIM 的一大優(yōu)點是可視化，可直觀地看到建成后的效果。利用三維模型比二維圖紙更加直觀準確的優(yōu)勢，使用三維信息模型進行交底，使現(xiàn)場工作人員更準確的了解設(shè)計意圖和施工難點，避免出現(xiàn)施工差錯。地鐵車站利用BIM技術(shù)對車站結(jié)構(gòu)復(fù)雜梁柱節(jié)點進行精細化建模，使復(fù)雜區(qū)域施工，更直觀，同時實現(xiàn)鋼筋的精細化管理，使得鋼筋下料更加準確，同時增加了鋼筋的利用率，節(jié)約成本。

通過對復(fù)雜節(jié)點的施工工藝進行模擬，使工程技術(shù)人員更準確的了解施工流程，確保復(fù)雜節(jié)點的施工順利進行。

7) 質(zhì)量管理

利用 BIM技術(shù)構(gòu)建建筑實體模型，提前預(yù)知建筑情況，可以有效地發(fā)現(xiàn)存在的問題，如通過檢查碰撞與沖突，改進設(shè)計質(zhì)量；三維實體模型，便于現(xiàn)場作業(yè)人員理解；在電腦中模擬建筑物的施工過程，優(yōu)化施工方案。在施工過程中，利用 BIM 技術(shù)和視頻技術(shù)進行施工質(zhì)量的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)質(zhì)量問題，應(yīng)用人員及時將問題發(fā)生的位置時間及問題的處理情況導(dǎo)入到BIM技術(shù)構(gòu)建的施工建筑信息模型中，進行實時跟蹤，實現(xiàn)質(zhì)量動態(tài)控制和過程控制，可有效提升最終建筑質(zhì)量。

8) 安全管理

地鐵車站施工環(huán)境復(fù)雜，與施工現(xiàn)場外大量的行人、車流通常僅一墻之隔，可利用空間有限，而地鐵車站施工工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致施工作業(yè)空間存在多層次水平及垂直的作業(yè)面，給地鐵車站施工帶來較大的安全隱患。BIM 可以進行有效的沖突檢測、施工模擬等，還可以在深基坑開挖時，根據(jù)基坑周邊布點實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，在模型中反應(yīng)各區(qū)域的危險程度，通過可行手段在時間和空間上定位報警，并在施工前給予直接的指導(dǎo)，減少由于危險區(qū)域不明確導(dǎo)致的坍塌事故的發(fā)生。

9) 設(shè)備管理

地鐵工程的設(shè)備運維管理至關(guān)重要?？⒐ず?，所有的管線、設(shè)備都在機房或者隱藏的吊頂之后，給維護管理帶來極大難度。而在BIM模型中，可以將所有設(shè)備的信息都存放進去，且相互關(guān)聯(lián)，成為一個巨大的設(shè)備資料庫，是后期設(shè)備運營管理的重要資料來源。尤其是在設(shè)備發(fā)生故障時，可隨時調(diào)取設(shè)備上游的相關(guān)電閘等信息，查找該設(shè)備的廠商信息和當(dāng)時的驗收報告等，及時高效解決問題。

如消防泵房的相關(guān)信息錄入到BIM模型中，里面記錄了材料廠商信息（廠家名稱、廠家聯(lián)系人、聯(lián)系方式）、施工人員信息（施工單位、安裝工、特種作業(yè)證）、材料檢驗信息（進貨時間、檢驗狀態(tài)、檢驗人員、試驗記錄）等等。這些信息都方便運營維護人員隨時查看和調(diào)取。

10）協(xié)同管理平臺

BIM模型中富含豐富的信息，又具備可視化的特點，可以成為項目各參與方最佳的協(xié)同溝通平臺?？梢暬梢蕴岣邷贤ㄐ?，信息的一致性可以避免項目各參與方、不同部門之間的信息孤島問題，及時有效的信息傳遞可以提升決策的效率和質(zhì)量等。地鐵項目的各項業(yè)務(wù)管理平臺如能夠與BIM平臺結(jié)合，新的項目管理平臺將極大提升工作效率。

BIM技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，在地鐵領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

1) 與云、VR的結(jié)合

BIM、云、VR三種前沿技術(shù)進行跨界組合——“BIM云+VR技術(shù)應(yīng)用”，應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建地鐵工程管理云平臺，運用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建地鐵施工全過程、各階段三維模型，將以BIM、云平臺為核心的多種前沿信息化技術(shù)有效融合、深度對接，實現(xiàn)遠程、實時、精細化協(xié)同管理，提高項目管理效率。同時，融合BIM技術(shù)與VR技術(shù)優(yōu)勢，還可建基于VR的安全教育體驗館。通過虛擬體驗，實現(xiàn)安全培訓(xùn)的場景化真實體驗，大大提高了對作業(yè)人員的安全教育成效。

2) 與GIS技術(shù)的結(jié)合

在地鐵項目中，一般是建立BIM+GIS 的地鐵設(shè)施資產(chǎn)及運營維護管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用竣工BIM 模型，將設(shè)施資產(chǎn)管理與設(shè)備運維管理集成到三維可視化平臺，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各設(shè)備的使用情況納入到系統(tǒng)的管理范圍，進行現(xiàn)場管理。

3) 與移動端的結(jié)合

在以網(wǎng)絡(luò)溝通為主導(dǎo)的社會交往形式下，以更加便捷的網(wǎng)絡(luò)溝通方式，為用戶提供更加豐富的服務(wù)。以此為平臺，既方便了BIM應(yīng)用的交流溝通，也改變了以往呆板的交流方式。

4) 與大數(shù)據(jù)、云計算的結(jié)合

BIM的信息化核心特征決定了BIM的數(shù)據(jù)必將朝著數(shù)據(jù)共享、協(xié)同應(yīng)用的方向發(fā)展，改變現(xiàn)有的工程設(shè)計、管理模式。項目管理有關(guān)的文件數(shù)據(jù)，以及通過支持協(xié)作工作流程建設(shè)現(xiàn)場為主的BIM協(xié)同解決方案，為云服務(wù)的基礎(chǔ)上以數(shù)據(jù)為中心的各種BIM協(xié)調(diào)提供了可能，同時對于參與施工現(xiàn)場項目的團隊來說，方便了他們之間的溝通合作。在任何時候，項目的參與者都可以直接地共享精確到具體部位的工程信息。

5) 與數(shù)字化捕捉技術(shù)的結(jié)合

BIM技術(shù)應(yīng)用不光可以應(yīng)用于新建工程，在國內(nèi)還有大量既有建筑需要進行數(shù)字化、信息化處理。數(shù)字化建造通過BIM技術(shù)的適當(dāng)介入，在可控制的范圍內(nèi)使傳統(tǒng)施工方法通過參數(shù)化輔助建造的模式獲得新生。項目部利用3D模型檢測碰撞，為施工提供最優(yōu)化管線綜合設(shè)計；4D進度模擬，模擬施工進度，指導(dǎo)項目計劃管理的順利實現(xiàn)；BIM結(jié)合預(yù)制加工，有效地避免了場地狹窄等局限性，完成了風(fēng)管傳統(tǒng)加工模式到工廠預(yù)制化模式的華麗轉(zhuǎn)型；虛擬仿真，將施工方案進行預(yù)演，方案實施過程一目了然……全數(shù)字化運維管理系統(tǒng)是未來智能型城市的雛形，數(shù)字化建造也將成為未來工程發(fā)展的方向。

BIM技術(shù)在地鐵領(lǐng)域的未來

目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用還處于初級階段，地鐵領(lǐng)域更是如此。大量與軌道交通相關(guān)的基本標(biāo)準化構(gòu)建還需要建模研發(fā)，BIM標(biāo)準還在編制中，不同軟件建的數(shù)據(jù)打通還面臨較大困難，整個BIM的實施方法論還不夠成熟。

但BIM的發(fā)展前景不容置疑，BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、管理信息系統(tǒng)等的結(jié)合將是未來的發(fā)展趨勢，大有可為。