城市轨道交通工程BIM应用

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摘要：城市轨道交通工程是包含多专业、多系统的复杂工程，在设计、施工过程中，存在多专业交叉、多系统安装的问题，而且工程中应用较多工艺，任何一个环节的偏差，都会在各个工序之间积累、放大，最终影响工程项目整体的进度和质量。文章认为在城市轨道交通工程全生命周期中引入bim技术，能够及时发现存在的问题，为工程项目的变更赢得时间，保障工程的建设效果。

关键词：BIM；城市轨道；可视化

1BIM技术特点

BIM技术目前广泛应用于各类工程项目的设计、施工、运营及维护等阶段，实现工程信息的全方位共享，能够对工程项目全生命周期进行管控，具有直观可视、专业协调、环境模拟及可出图等特点。

1.1项目全程的可视化

通过三维建模软件，能够将二维平面图转化为三维立体模型，展示出整个轨道交通工程项目的实际效果，使工程建设在可视化的状态下进行。对于工程项目而言，可视化的作用是非常重要的，BIM技术提供了“视觉冲击”的思路，所有的项目参与方都能够直观地了解某个阶段或某一具体分项工程的重点和难点，最终实现可视化交底，帮助项目施工人员顺利进行质量、进度方面的检查和管理，提升工作效率［1］。

1.2专业协调

协调性是BIM技术的核心理念，也是BIM技术的魅力所在。城市轨道交通工程的建设，涉及包括建筑、结构、通信、综合监控及环境控制等近30多个专业。在以往的工程项目建设过程中，常常会出现专业施工之间的冲突，需要通过设计变更来协调。利用BIM技术，在设计阶段建立包含所有专业构件、设备的三维模型，将不同专业的数据整合为一，提前发现不同专业间可能存在的冲突点，及时进行协调，减少工期延误，保证工程质量［2］。

1.3环境模拟

使用BIM技术，可以进行施工过程真实情况模拟，在进行较为复杂的施工时，通过系统模拟，让施工人员能够准确领会施工方案，精确把握复杂工艺的要点，提高工程建设质量。当前，市场上已经有了较为完备的施工模拟软件，这对于施工计划的编制、施工现场管理有着重要的意义［2］。

2BIM技术在城市轨道交通建设项目中应用的必要性

城市轨道交通工程对于一座城市的出行方式、人员流线、土地价值都有着重大的影响，具有投资巨大、施工周期长、工程覆盖范围广、车站节点多、多专业协作、施工场地复杂等特点。而且在项目的施工建设、日常运营过程中会使用各种各样不同的机械和设备，信号、供电系统复杂，运营过程中存在各种风险。这些制约因素对轨道交通工程项目全生命周期的管理与监控提出了较高的要求。目前，无论是机械工程还是土建工程领域，都是使用二维的施工图纸进行设计，表达方式具有专业化的特点，没有经过工程专业的学习和训练，无法准确理解图纸所传递的工程信息。但是，负责地铁、轻轨日常维护的工作人员并不完全具备工程专业背景，抽象的二维平面工程图增加了工作人员的工作难度。并且，施工图纸通常是按专业分类绘制的，建筑、结构、机电、信号等不同专业之间的联结关系，必须同时阅读不同专业的施工图纸，才有可能准确把握工程整体的信息。工作人员只能与专业技术工种进行交流，通过这种传递方式，工程信息非常容易出现人为的错漏，特别是方案调整、设计变更频繁的复杂项目，工作环节的增加和累积，很容易导致项目信息与工程实际不符。与平面施工图纸相比，BIM技术具有直观可视、专业协调、环境模拟及可出图的特点，BIM技术的应用提供了覆盖多专业的资料查询方式，能够在一个三维模型中完整地表达工程信息，及时、准确地传达工程项目设计示意图，可以满足在出现紧急状况时城市轨道交通的处置要求，为城轨项目的运营与管理提供强大的助力。轨道交通工程施工中，施工环境复杂多变，施工建设阶段涉及单位众多，单纯依靠BIM技术并不能保证数据采集的全面性和及时性，因此，在数据采集环节可以引入如物联网、移动通信、GIS等多种技术［3］。

3轨道交通工程施工管理中BIM技术的应用优势

3.1优化工程进度管理

通过BIM技术的应用，能够建立轨道交通三维模型，将工程项目材料、工期、人员等相关数据与三维模型有机结合，形成包含多维信息的工程模型。项目建设各参与方能够从自身视角出发，应用模型模拟工程建设全过程，并将模型与项目实际的施工情况进行对比分析，提前发现工程项目可能存在的问题，及时调整工程实际进度与预期数据存在的偏差。面对可能出现的问题，工程施工单位要及时调整项目的施工组织和进度计划，确保工程进度符合设计预期。此外，应用三维建模软件制作的工程模型能够进行碰撞检测，通过这一功能，建模软件能够对工程项目的建筑、结构、机电等专业进行碰撞点检测分析，及时发现设计图纸中存在的冲突，提醒工程设计人员及时修正，避免因等待设计变更造成的工期延误［4］。

3.2提升成本控制水平

目前，我国经济水平不断提高，基础设施建设成本也在不断升高，轨道交通工程作为城市重大的基础设施建设项目，在设计、材料、人工等成本不断上升的背景下，也面临着巨大的成本控制压力。通过BIM三维建模软件创建的工程三维模型，能够提供准确的工程材料数据，项目建设单位的材料负责人能够在BIM工程数据的基础上，结合合理的损耗制定物资的采购计划；施工人员通过技术交底控制施工班组的材料使用情况，从基层降低材料损耗。BIM技术的应用，有利于工程材料成本的控制，还能够实现对于项目成本的动态控制，项目预算分析透明直观。

3.3确保施工安全和质量达标

对于任何工程建设项目，施工安全与质量控制都是建设管理工作中的重中之重。在工程项目建设中引入BIM技术，轨道交通工程中所有重要信息数据都能够由三维立体模型直观地展示，通过三维动画视频交底，施工人员能够更加明确工作内容和技术重难点，及时向工程建设管理层反馈技术难点和安全风险［4］，管理层能够及时接收工程一线人员的反馈信息，对关键技术点提前制定专项施工方案和安全防范措施，大大提升工程项目的整体安全系数和建设质量。借助工程数据模型还能够实现多维互动作业，在实际施工过程中实现施工方案的灵活调整，提升实际施工作业和工程设计之间的契合度。

4BIM技术在轨道交通工程各阶段的应用

轨道交通工程全生命周期包括规划设计阶段、施工建设阶段和运营维护阶段，BIM技术的可视化、专业协调和环境模拟功能在各个阶段都有良好的应用前景。

4.1BIM技术在规划设计阶段的应用

规划设计阶段的主要工作任务包括选线、车站设计、客流分析等，在这一阶段，可以利用BIM技术采集城市地理信息，创建基于真实城市环境的三维模型，充分了解轨道交通工程周边各种影响工程建设的因素，能够极大地提高工程方案的制定效率。尤其是地铁通道的方位设计，通过相关BIM软件，模拟车站周边人流情况，提出最优设计方案，不仅能降低工程项目征地拆迁难度，也能降低线路设计变更等状况发生的概率，既节约了工程经济成本，又保证了项目工期。此外，建立完善的工程信息数据库，还可以对工程周边地下管线进行分析，模拟市政管线改建、迁移，进一步优化轨道线路［5］。在车站、基地的设施设计过程中，BIM技术能够提供模型创建、结构分析、专业协作设计和碰撞检查等功能。通过BIM软件进行项目建模，设计人员能够准确地表达设计意图，建筑、结构、机电等专业构件之间的空间关系更加直观，能够避免专业构件之间的碰撞或错漏，提升设计图纸的准确性，避免不必要的设计变更带来的经济损失和工期延误［5］。

4.2BIM技术在施工建设阶段的应用

4.2.1施工场地平面布置。在轨道工程项目建设前期，利用BIM施工场地布置软件，绘制工程项目红线、周边道路及施工围挡范围，可以进行施工场地总体布局分析，创建施工场地三维模型，使轨道工程的施工场地、附属设施布置、水电线路布置、大型机械工作环境直观呈现出来。施工场地布置软件的应用，可以优化施工场地平面布置方案，对工程材料的运输、堆放场地，大型车辆的进出路线设计也有帮助。4.2.2施工技术层面。轨道交通工程与建筑工程建设之间的差异在于盾构区间施工。地铁建设项目有大量的土方工程量，对于工程项目所在地点的地质情况往往是通过钻探来了解。通过BIM技术建立城市地质信息数据库，对轨道工程项目的基础工程施工有极大的帮助。通过地质信息数据建立施工周边场地模型，可以随施工过程实施进行数据信息监控。对于“高、大、长、特”结构的施工，可以使用BIM模型动画进行可视化交底，使施工任务所有参与方对自身及前后工序的施工条件、技术要求有直观的认识，强化了不同工序、专业之间的协作，为工程项目的高效建设提供数据和技术支持。4.2.3进度管理层面。轨道交通工程项目的BIM5D（模型+进度+造价）管理方式，能够很好地解决传统施工管理中施工进度横道图产生的分析困难、进度冲突等问题。通过BIM三维模型，将工程分为不同的施工段，将工程模型与进度信息匹配，就能得到基于进度计划的模型建设展示。在此基础上，将模型进一步与计价清单匹配，能够得到准确的工程量清单、资金曲线，使施工项目负责人掌握动态造价信息，更好地进行工程项目决策。

5BIM技术在运营阶段的应用

5.1搭建智能化运行管理平台

要在城轨项目的运营阶段有效地运用BIM技术，就必须建设智能化的运营管理平台，平台包括工程项目各专业信息的工程信息库。通过可视化的界面，平台可以调用工程项目的一切基础数据，全面核查设计质量和设计过程中存在的问题。将设计、建设过程中搭建的三维信息模型导入运管平台，自动生成工程量清单、系统列表、设备清单等信息，智能生成系统设备的维护和检修计划。实时监控设备状态，保证设备发挥其应有的功能。

5.2监控列车运行情况

通过BIM技术的应用，城轨运行管理部门可以实时获取列车运行过程中产生的各类数据，在制定设备维护计划、分析运行成本时，BIM技术提供的准确数据能够成为科学施策的坚实基础。同时，BIM还可以用于辅助调整行车计划，根据不同时间段、不同站点内的人流数据调整列车的发车间隔，能够有效地提高市民对城轨运营服务的满意度。同时，BIM技术的运用能够为运营企业的商业决策提供参考，使城轨的商业运营与市民幸福指数的提升形成良性循环。

5.3维修与能耗管理

在城市轨道交通工程运营阶段，可以利用BIM技术提供的列车运行信息、客流数据及维修记录，辅助电气设备的维修工作；也可以借助模型建设环节给出的设备信息，对相关设备的运行情况进行查询，及时发现并消除安全隐患。综合运用BIM、云计算及物联网技术，还能够进行车站系统能耗分析，对车站内的照明、空调系统进行智能化管控，在保证车站运行的前提下，降低能耗，实践绿色发展的理念。

6结语

在城市轨道交通工程项目的全生命周期中，BIM技术改变了传统工程技术和理念，解决了诸多规划、设计、施工和运营阶段的困难，为工程项目提供有效的保障。在行动时代环境下，BIM技术与轨道交通工程日渐深入的结合，必定能够创造出更高的价值。

作者:仇俊 单位:中车南京浦镇车辆有限公司