BIM技術在地鐵建設運營全生命周期中的運用

BIM技術在地鐵建設運營全生命周期中的運用常濤

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

0引言

社會經濟的發(fā)展推動著城市建設的快速發(fā)展，快速發(fā)展的城市最大的問題是交通擁堵現(xiàn)象。地鐵的建設與應用可以緩解城市交通壓力,但地鐵建設風險高、資金投入大、對施工要求高，原來的設計和管理技術已經跟不上時代的發(fā)展。BIM技術（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）應用在地鐵建設中，可以實現(xiàn)項目工程生命周期的全程管理。本文從BIM技術特點及應用優(yōu)勢出發(fā)，介紹了BIM技術在地鐵設計、施工、施工安全、施工成本、地鐵環(huán)境、地鐵運維等建設運營全生命周期中的運用。

1BIM技術特點及應用優(yōu)勢

1.1BIM技術特點

近些年來，BIM技術得到了廣泛的應用，其主要特點是可視化、模擬性、協(xié)調性等。具體表現(xiàn)在以下方面：（1）可視化特點，就是利用BIM技術后可以將設計圖紙進行全面展示，在圖紙上可以同時展現(xiàn)具體內容和抽象內容，設計人員可以更好地了解與工程相關的結構與內容，從而提升設計質量；（2）模擬性特點是利用BIM技術中的三維模型對現(xiàn)場情況進行設計，如照明設計、綠色通道設計及節(jié)能設計等；（3）在進行工程設計時采用BIM技術可以對設計過程進行簡化，更好地體現(xiàn)細節(jié)，更好地反應出工程設計情況，最大限度提升設計效率；（4）采用BIM技術進行設計時還具有良好的便捷性，可以快速的將工程具體情況展現(xiàn)到設計圖紙上，保證信息的全面性與準確性，最大限度保證設計質量，避免設計中出現(xiàn)誤差；（5）協(xié)調性指的是在設計過程中可以協(xié)調各環(huán)節(jié)的信息，保證各結構間的穩(wěn)定性，從而保證工程的整體建設質量。

1.2BIM技術應用優(yōu)勢

BIM技術與以往所使用的技術相比優(yōu)勢更加明顯，可以有效彌補原有建筑領域設計工作中的不足。計算機在工程建設設計階段起到了重要的作用，以往通常會采用CAD系統(tǒng)。但是現(xiàn)在多數(shù)工程建設規(guī)模逐漸擴大，若還采用以往的設計方式將無法滿足現(xiàn)代工程設計要求，也無法得到良好的設計效果，利用BIM技術可以將設計內容進行可視化展示，可以更好地了解方案設計情況并提升設計水平，保證各施工環(huán)節(jié)設計效果并確保設計人員可以更加明確現(xiàn)場情況與設計間的差異，從而對設計中的不足及時進行修改。

1.2.1協(xié)調性

地鐵工程中涉及到的專業(yè)和參與的人員相對較多，因此在施工過程中應做好溝通交流，并根據(jù)自身專業(yè)對信息進行添加、糾正或刪除，從而保證設計方案的科學性與合理性。采用BIM技術可以對設計結果進行碰撞檢查，實現(xiàn)動態(tài)化模型并可以對各設計結構進行協(xié)調，發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，在保證設計水平的基礎上確保工程可以順利開展。

1.2.2模擬性

采用BIM技術后可以對與工程相關的設計進行模擬，如節(jié)能模擬、緊急通道模擬等，從而提高工程資源使用效果，避免污染或浪費現(xiàn)象，還能提升工程建設安全。實際工程中利用4D模擬技術可以對設計方案進行更加精確地分析，增加設計工作的精準性。近些年來隨著科學技術的不斷發(fā)展，5D模擬技術也被應用到工程進度、成本等方面的計算中，從而保證企業(yè)獲得更好的經濟效益。

1.2.3優(yōu)化性

采用BIM技術后可以對設計方案進行及時地優(yōu)化，從而保證投資回報率并可以有效規(guī)避外界因素所帶來的影響，并且可以對不同的設計方案進行分析與對比，從中選擇出最合適的設計方案，從而保證工程可以順利開展。

1.2.4完整性

虛擬技術為采用BIM技術進行三維模型構建提供了強大的支持，并可以保證模擬、協(xié)調及優(yōu)化效果，實現(xiàn)設計方案出圖的完整性并可以及時對設計方案進行優(yōu)化，滿足工程建設要求?，F(xiàn)階段我國多數(shù)城市開始重視地鐵建設，在進行地鐵工程設計時多會融入人性化設計理念、節(jié)能環(huán)保設計理念，將BIM技術利用到地鐵工程設計中，可以規(guī)避傳統(tǒng)設計中的弊端，更好地促進地鐵工程建設的發(fā)展。

2BIM技術在地鐵設計中的應用

2.1BIM技術在地鐵工程模型設計中的應用

采用RSA等軟件完成地鐵模型設計，并創(chuàng)建單獨的樣本文件夾，然后將系統(tǒng)文本與3D模型進行結合，完成建模，采用以上操作可以實現(xiàn)BIM材料信息共享，并可以減少地鐵工程設計人員工作量。

2.2BIM技術在地鐵施工現(xiàn)場管理中的應用

在進行地鐵工程施工過程中還應認識到安全管理的重要性。在正式施工前應先構建工程三維模型，了解地鐵工程施工空間信息，對地鐵工程施工過程中可能產生的風險進行分析，并提前做好安全管理措施及應急預案。采用BIM技術后可以確定地鐵中各空間位置信息，并對安全風險進行準確地分析，在保證施工進度同時也可以避免安全問題，還可以利用信息化技術對空間進行拓展，并在可視化技術的輔助下提升空間利用效率，更加完整地反映出地鐵運行情況，實現(xiàn)動態(tài)化管理?？梢暬械?D動態(tài)模型可以對地鐵施工中的問題進行及時處理，提高信息的直觀性。采用BIM技術后還可以避免地鐵工程施工中出現(xiàn)交叉施工或重復施工現(xiàn)象，對施工人員及施工線路進行合理分配，充分利用地鐵施工現(xiàn)場空間，為地鐵工程施工企業(yè)節(jié)省成本。

2.3BIM技術在地鐵施工空間檢查中的應用

地鐵建設工地空間相對較小，如在施工過程中出現(xiàn)設備與實際空間的摩擦等情況，將無法保證設備使用效率，同時還增加了安全事故的發(fā)生率。因此，應強化地鐵工程施工空間管理，對各專業(yè)、各設備等進行綜合分析，保證空間使用效率及施工效率。例如在施工中機械臂的使用，機械臂旋轉半徑較長，因此施工人員應做好配合工作，防止人員及設備因為空間問題導致安全風險，給地鐵工程建設帶來不利的影響。這樣就要求在地鐵工程施工時應先利用BIM技術對施工現(xiàn)場進行模擬并對施工中可能出現(xiàn)的問題進行預判，利用智能技術對機械臂半徑及人員活動線路、施工范圍等進行計算，合理設定位置，避免安全事故的發(fā)生，確保工程順利開展。同時還應做好各環(huán)節(jié)構件、工序的檢查工作，保證各有各的空間，分析不同專業(yè)所需要利用的空間并確定構件實際體積。地鐵工程中會應用到一些較特殊的構件，這些構件所占用的空間也不相同，因此應對實際空間利用情況進行具體描述。例如在施工時所使用的機器會采用運輸方式運送到施工現(xiàn)場，這些機器的機械臂會出現(xiàn)旋轉或前進等情況，如果利用BIM技術對這個特殊過程進行模擬，可減少機器與周邊空間的沖突，防止碰撞情況，從而保證工程有序開展。

2.4BIM技術在地鐵站內環(huán)境質量檢測設計中的應用

為了更好地完成地鐵工程施工情況檢測，可以利用BIM技術完成無線網絡感知系統(tǒng)設計，在地鐵車站內安裝傳感器，這樣在各種條件下均可以保證通信通道的暢通性，還能體現(xiàn)地鐵車站中的不同構件及空間位置等級，更好的利用地下空間，同時可以保證數(shù)據(jù)收集及存儲的完整性。

地鐵車站舒適度系統(tǒng)主要包括室內及室外溫度監(jiān)控裝置、濕度監(jiān)控裝置、舒適度監(jiān)控裝置、日期顯示裝置等。其中溫度監(jiān)控裝置可以根據(jù)室內外溫度變化情況進行顯示與調節(jié)，從而滿足乘客對舒適度的要求。溫度調節(jié)主要依據(jù)室內外平均溫度中的Tn，0及大氣溫度T0，利用Tn，0=17.6+0.31T0公式進行計算，然后將結果輸入到BIM模型中，參數(shù)根據(jù)當時的日期進行更新。無線傳感器主要由路由器布置點與接收器布置點組成。其中微型控制器中含有一個可以存儲代碼的空間，并可以對路由器進行監(jiān)控，在與路由器節(jié)點連接后實現(xiàn)傳感器動態(tài)化監(jiān)管。如對地鐵車站溫濕度監(jiān)測時可以利用DHT11數(shù)碼溫度濕度傳感系統(tǒng)，最大限度保證溫度及濕度監(jiān)測的精準性。然后將所得到的數(shù)據(jù)從路由器中直接傳送到接收節(jié)點中，然后再將其導入到計算機中。因此，應利用BIM技術與傳感裝置構建強大的地鐵監(jiān)控系統(tǒng)，對地鐵車站內部溫濕度進行調節(jié)，從而為乘客提供舒適的乘車環(huán)境。

2.5BIM技術在地鐵站維護系統(tǒng)設計中的應用

地鐵車站運行節(jié)奏相對較快，采用BIM技術可以在站內構建快速的交通網絡并對各區(qū)域進行識別，通?？焖俳煌ňW絡中包含的線路較多，各線路所起到的作用是不相同的，地鐵運行過程中，在進行地鐵站維護時可以對各關鍵因素進行重新排序，如根據(jù)線路上的乘客數(shù)量確定主要線路與次要線路。

利用BIM技術構建地鐵車站模式，并對車站各內部結構進行合理設計，確保各結構均可以為乘客提供良好的服務，如在地鐵車站中各結構模塊與車站的運行穩(wěn)定性有著直接的關系，通風系統(tǒng)與站內舒適度有著直接的關系。不同構件的使用費用不相同，采用BIM技術后可以保證費用分配的合理性。在進行地鐵車站維護排序系統(tǒng)開發(fā)時，可以采用專業(yè)的等級算法并利用專業(yè)軟件進行計算，將不同的專業(yè)算法輸入到BIM系統(tǒng)中，為地鐵車站管理人員構建專門的管理網絡，從而可以對地鐵車站中的資產等進行合理管理。一些屬性會根據(jù)乘客實際情況進行排列并確定數(shù)值，系統(tǒng)自動分析各構件工作性質并進行重新排序。通常情況下使用者可以得到相同等級的標準，并將相關等級標準設定為同樣的數(shù)值。

利用BIM系統(tǒng)可完成地鐵行駛路線、站點、各組件權重計算，并對各組件權重重要性進行分析，對相同線路與其他線路的重要性進行綜合考慮，從而對地鐵車站權重進行確定，最終得到局部權重。再利用局部權重對各地鐵車站在整體中的重要性進行計算，從而完成與地鐵車站相關部分重要性的分析。影響地鐵車站的主要因素包括車站每天接待乘客的數(shù)量、車站整體建設周期、車站維護時間、車站是否為交換站點，同時還應全面了解地鐵車站建設從開始到最終整條路線全線貫通后所需要的工期，對地鐵車站在整體線路中的重要性進行分析。地鐵車站資產管理人員應根據(jù)地鐵線路運行情況及車站使用情況做好排序設計，再計算屬性排序，最終確定各屬性的權重，利用各屬性權重及重要性對各地鐵線路及車站優(yōu)先指數(shù)進行計算。利用BIM技術后可以對不同屬性數(shù)值大小進行