姜鴻臣

（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032）

BIM技術(shù)在工程建設過程應用廣泛，為了提高BIM技術(shù)在地鐵施工安全方面的應用效率，作為施工技術(shù)人員，要不斷加強BIM技術(shù)的學習與實踐能力，從而進一步將更加高效的技術(shù)手段運用到施工過程，以全面提高施工安全性。通過進一步分析，下面從多方面對其進行具體探索。

1.BIM技術(shù)簡介

BIM技術(shù)是建筑信息模型的簡稱，BIM技術(shù)的出現(xiàn)為土木工程帶來了極大的幫助，是當下建筑工程領(lǐng)域最為重要的技術(shù)之一，覆蓋各個不同的工程領(lǐng)域。具體來看，BIM技術(shù)即為數(shù)字化的方式，建成物理與功能性的建筑工程表達方式。針對地鐵施工的實際流程來看，通過BIM技術(shù)能夠建設專門的施工管理體系，使得整個工程以更為安全的姿態(tài)運作，保證相應的職能人員以動態(tài)化的方式，了解到當下地鐵施工的全部情況，使得各項策略輸出更為安全可靠且高效。BIM技術(shù)運用在地鐵施工的流程之中，不僅能過在原有的基礎上進一步加強安全性，還能不斷提高工程的效率和質(zhì)量，對潛在的施工隱患做到第一時間的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化，確保整個工序的穩(wěn)定性。4D模型是整個BIM技術(shù)的使用前提，也是地鐵施工安全的基礎方向。通常情況下，傳統(tǒng)地鐵施工是以三維信息圖做出考量的，因此可以將相關(guān)信息和模型特征輸出。此外，4D模型的BIM技術(shù)還可以將其他的額外信息融入，包括類別、性質(zhì)等。在基本模型確定后，再進行項目技術(shù)的整體描述。4D虛擬技術(shù)的核心在于，在傳統(tǒng)3D模型的建設基礎上增加時間這一維度，從而通過動畫形式演示整個地鐵工程的推進情況，再借助其他的信息技術(shù)所輔助，實現(xiàn)最終的效果圖呈現(xiàn)。

2.基于BIM的實時施工模擬

2.1 實時施工模型

實時模型，指的是根據(jù)地鐵當下施工進度的情況，所實時動態(tài)化更新的模型。在BIM技術(shù)的使用初期，三維模型是其后續(xù)標準化建設的基礎，但BIM技術(shù)的使用不是一成不變的，而是根據(jù)當下地鐵工程的進度進行調(diào)整，要保證模型的不間斷更新，就需要將現(xiàn)場的施工情況第一時間反饋給部門。其最大的特點在于，能夠結(jié)合施工推進不斷擴大和完善，模型內(nèi)容也在不斷更新，能夠精準反饋每一個具體內(nèi)容或每一個工程的具體狀態(tài)，實現(xiàn)全流程控制。因此，對地鐵施工安全管理工作而言，其核心是對現(xiàn)場信息內(nèi)容的精準反饋，所以現(xiàn)場需求兩項工作，即數(shù)據(jù)采集和模型更新。前者主要是針對現(xiàn)場情況的全方位偵查，包括各項數(shù)據(jù)的回饋、現(xiàn)場施工道具的使用，以及具體每一個地點的坐標位置等。當下地鐵施工現(xiàn)場的安全監(jiān)控定位系統(tǒng)，主要采用的是GPS技術(shù)或RFID技術(shù)，而現(xiàn)場的三維坐標系統(tǒng)則需要掛靠照相測量技術(shù)以及激光掃描的技術(shù)實現(xiàn)。而對模型的更新和維護，則需要其他的職能人員，利用BIM技術(shù)的價值優(yōu)勢進行提取、匹配等，只有將各項數(shù)據(jù)匯總和信息反饋至BIM系統(tǒng)，才能實現(xiàn)動態(tài)化的更新和維護，面對地鐵工程的實際情況有一個明確的預判，實現(xiàn)更為安全、高效地操作。

2.2 實時施工模型的自動創(chuàng)建方法

對實時施工模型的情況來看，由于其信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容是動態(tài)化運作的，因此如果采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式，會造成人力資源的耗費，效率較低。為了更好配合BIM技術(shù)的優(yōu)勢與作用，需要與之相對應的建設專門自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)模型的自動化測算與反饋。運用于實時施工模型的創(chuàng)建包括六個狀態(tài)(如圖1矩形框所示)，并且每個狀態(tài)對應其特定的輸入和輸出內(nèi)容。模型自動創(chuàng)建的整個過程從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集開始，最終產(chǎn)品為基于BIM的實時施工模型。

圖1 實時施工模型自動創(chuàng)建框架

2.2.1 數(shù)據(jù)采集與空間關(guān)聯(lián)

在地鐵施工的實際情況中，視覺、空間上的采集是采用3D激光掃描儀，對現(xiàn)場的工程展開掃描分析得，因此輸出的圖像也以三維標簽輪廓為主。施工現(xiàn)場要根據(jù)實際情況，配備多臺掃描儀，實現(xiàn)多角度的圖像采集和掃描，確保每一個數(shù)據(jù)采集信息能夠覆蓋到位，并將數(shù)據(jù)匯集實現(xiàn)專門的三維表面立體影像資料的反饋。需要注意的是，由于地鐵工程的內(nèi)容以及項目周期相對較長，所以數(shù)據(jù)采集的時候勢必會出現(xiàn)一定的誤差，因此就需求將三維模型根據(jù)構(gòu)件和構(gòu)筑物的紋理進行測算，實現(xiàn)專門的拓撲結(jié)構(gòu)反饋。這樣的修正下，能夠?qū)?D點云生成的三維表面模型劃分，便于后續(xù)的幾何模型測繪，實現(xiàn)算法基礎的支持。

2.2.2 特征提取、分類和匹配

所謂的特征提取的理念，原本是計算機進行圖像處理的概念，通過加工工具的幫助，了解到圖像上的元素是否屬于圖片本身。結(jié)合到BIM技術(shù)對地鐵工程的實際情況來看，能夠?qū)⑷S模型上的表面模型作為基點，將其視覺特征和空間特征通過BIM腳本提取，從而分析對空間背景下的三維模型是否安全、穩(wěn)定。通過這樣的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)據(jù)、不同背景特征下的一一分析和判別，從而對比不同的對象內(nèi)容，判定當下對象的類別和分析。以計算模擬出來的樣本分析，了解到當下施工進度與安全情況。例如，做好樣本的分析，推測某一段的距離是否在安全合規(guī)體系之內(nèi)，從而更為準確的現(xiàn)實對象反饋，做到更有針對性的安全施工。

2.2.3 人工修正

結(jié)合當下我國對BIM技術(shù)的開發(fā)和使用來看，目前沒有方法能夠百分之百地實現(xiàn)全自動模型的優(yōu)化，因此需要職能人員對地鐵工程的各項數(shù)據(jù)進行人工維護和修正，包括如下幾個分類：對象無法識別或識別錯誤，對象的集成、分離。針對計算機無法識別的個體，需要技術(shù)人員通過人工分辨的方式進行分類，并將其安插在應有的位置之中。部分時候BIM技術(shù)會對參數(shù)對象識別出現(xiàn)錯誤，因此需求人工進行審核，將錯誤的對象參數(shù)刪除，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)移至正確的位置。當多個對象被單一處理的時候，需要人工進行校準拆分。反之，當單一對象被多次處理的情況下，也要進行集成處理，將其回歸至應有的位置。

2.2.4 參數(shù)化構(gòu)件生成

任何進入BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息或參數(shù)，都需要經(jīng)過計算機的統(tǒng)一計算和處理。而對地鐵工程的實際情況來看，參數(shù)內(nèi)容和對象分析都是固定化的，區(qū)別在于針對不同的問題其計算的法則和內(nèi)容有所差異，所以需要匹配好不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)維度和參數(shù)，通過分類的方式實現(xiàn)BIM技術(shù)的高效實用，為后續(xù)的安全建議提供基礎。

2.3 基于實時施工模型的地鐵車站施工模擬

目前我國地鐵工程使用BIM技術(shù)的流程和方法。施工工作具體展開前，需要建立專門的三維立體模型，然后采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)與信息，填補施工模型的空缺。在工程進行階段，采用不同的BIM模型更新技術(shù)，將采集到的新數(shù)據(jù)覆蓋到原模型的位置中去。針對明挖地鐵車站施工主要施工工序，將實時模擬分成了臨建工程、圍護結(jié)構(gòu)、基坑開挖與支護、主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)以及其他非土建部分工程。通過BIM實時施工模型可視化界面，能夠更加直觀地進行基于實時施工模型的地鐵安全情況。

3.BIM技術(shù)在地鐵施工安全方面的應用實踐

3.1 利用BIM技術(shù)對施工空間進行安全管理

首先，可依據(jù)施工的既定目標和圖紙設計要求，通過使用BIM技術(shù)形成立體的空間模型。其次，可結(jié)合BIM技術(shù)與進度計劃相聯(lián)系，按照規(guī)劃推進落實施工。最后，細致核查空間沖突，通過對結(jié)果的分析來判定區(qū)域的危險等級。簡單來說，BIM技術(shù)便是在施工前先結(jié)合圖紙設計要求形成立體的模型，構(gòu)建BIM模型具有更為實用性的意義，其也可作為整個地鐵施工項目的核心部分。BIM模型由下述部分構(gòu)成：結(jié)構(gòu)、機械、管道等模型。BIM模型結(jié)合不同的應用目標，具有不同的表達屬性和特點。施工模型則是依據(jù)主體模型所形成的檢測空間碰撞的新模型。例如挖掘機，其機械翅膀的旋轉(zhuǎn)范圍僅固定在規(guī)定的半徑范圍內(nèi)，如果單純運用實體3D模型，則難以全面反映真實的工作狀態(tài)。

BIM模型具有更為明顯的完整性，在屬于應用目的后，便可準確判定信息表達的邊界和細致程度，避免造成信息混亂等情況。此外BIM模型還具有明顯的統(tǒng)一性，由于其所需要的軟件具有關(guān)聯(lián)性，即使BIM模型在不同的軟件之間進行變換，所使用的建模工具和信息衡量標準也是不變的，以此便可保證信息不會重復錄入。

3.2 對于地鐵施工空間中沖突的檢查

實施地鐵項目建設期間，空間具有一定的局限性。施工期間難免會發(fā)生設備摩擦或者空間沖突等問題。這也會導致工程進度和效率受到負面影響，甚至還會發(fā)生安全問題。例如所有工序和環(huán)節(jié)均需具有充足的空間，如果施工人員的活動范圍和機械臂長半徑發(fā)生了沖突，便會大幅降低施工的效率，設置還會導致人員和經(jīng)濟損失。

BIM技術(shù)便可有效避免上述情況的發(fā)生。通過使用BIM技術(shù)，在開展工程前便可對施工過程進行模擬，從而提前發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的問題和隱患，并結(jié)合相應的方法進行研究，協(xié)調(diào)人工和機械在適合的范圍內(nèi)運行，從根本上降低人員和機械損傷，提高施工的效率和質(zhì)量。運用BIM技術(shù)可在空間沖突發(fā)生前對多數(shù)的構(gòu)件和工序進行描述，同時運用邊界法描述BIM實體的外形，但并不是所有實體均可通過描述獲得其具體的使用空間，如部分機械作業(yè)便需依賴于對機械活動進行模擬來預估出現(xiàn)沖突的可能性。

4.結(jié)語

總之，BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，更好地為地鐵施工安全管理工作開展提供了有效的技術(shù)保證，作為工作人員，要提高工作認識，要全面掌握BIM技術(shù)方法，從而保證地鐵工程建設質(zhì)量，進一步為社會發(fā)展奠定良好基礎。