BIM技術(shù)在廣州地鐵18號線施工中的應用

地鐵施工項目具有場地線路長、環(huán)境復雜、安全風險大、涉及人員機械眾多和社會關(guān)注度高等特點。通過以BIM為代表的信息化手段提升地鐵施工的管理能力是實現(xiàn)施工技術(shù)信息化的重要途徑。作為建筑行業(yè)信息化的重要解決方案之一，BIM技術(shù)也越來越多地用于解決施工過程中出現(xiàn)的各種問題。許多學者結(jié)合案例研究BIM技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新和應用。張金偉等介紹了BIM技術(shù)在北京地鐵19號線工程項目中應用的方法和實踐經(jīng)驗；程馬遙等為借助BIM技術(shù)實現(xiàn)基坑的虛擬施工開挖，提出了一種新的車站基坑明挖法施工方案；何躍川等針對青島地鐵8號線項目，集成BIM和GIS技術(shù)研發(fā)了一套數(shù)字化管控平臺，較好地解決了軌道交通施工過程中處理進度管理信息速度慢、無法對偏差進行預警等問題；張志偉等為解決北京地鐵19號線平安里站風險巡視效率低、主觀能動性差、協(xié)同度低等問題，搭建了BIM-GIS三維場景，提高了現(xiàn)場管理的風險識別能力；吳衛(wèi)民等為解決地鐵車站施工難以協(xié)調(diào)、進度與成本控制要求高等問題，綜合利用BIM技術(shù)與信息技術(shù)和計算機圖像技術(shù)，提出了實時施工模型以及施工模擬流程；何高峰等以南寧地鐵2號線為對象，建立了隧道BIM結(jié)構(gòu)模型與三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)了地鐵隧道三維可視化、安全預警預報和結(jié)構(gòu)分析等功能。廣州地鐵18號線某施工分部包含2座盾構(gòu)井，3段盾構(gòu)區(qū)間，位于18號線橫瀝站至番禺廣場站之間，全長約8?000?m。沿途穿越水道、水塘、居民住宅、苗圃地、既有道路、高架橋等。該施工分部工程環(huán)境復雜，施工涉及人員和機械眾多，通過應用BIM技術(shù)，提高施工的信息化水平，解決了施工難題。1、BIM族庫與模型建立為提高施工現(xiàn)場模型的建立水平和速度，建立針對地鐵施工的BIM標準化族庫，包括臨時設(shè)施、地鐵結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備等。標準化的族庫可任意對模型尺寸進行參數(shù)化設(shè)置，使同類型的族可通過參數(shù)的變化進行使用，提高建模效率。地鐵建設(shè)設(shè)計和施工階段建立族庫的主要目的是保證設(shè)計及建模的高標準、高效率、高質(zhì)量。BIM族庫建立完成后可積累下來成為項目部的族庫數(shù)據(jù)財富，為未來項目的高效率、高質(zhì)量建立BIM模型提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。部分族庫如圖1所示。（a）（b）（c）圖1部分BIM族庫展示（a）管片；（b）人員出入口；（c）大門族庫建立后，根據(jù)施工圖紙進行本項目整體模型及周邊場地的搭建；主要包含主體土建、中間風井、盾構(gòu)井、施工機具、基坑等BIM模型。BIM模型初步建模完成后，對模型進行維護、更新，竣工匯總、各專業(yè)交接處理，包括日常數(shù)據(jù)匯總、整理、施工過程的工程資料輸入等。在過程中對BIM模型不斷進行深化，最后形成一套精細化較高的BIM模型。2、場地漫游BIM模型建立時，場地布置模型是一個重要項目。根據(jù)施工組織中的場地布置圖和現(xiàn)場照片對現(xiàn)場布置建立場地布置模型。在模型建立過程中使用族庫建立現(xiàn)場的機械、臨時設(shè)施等模型，以提高建模效率和規(guī)范性。對場地布置BIM模型進行漫游瀏覽，可幫助現(xiàn)場施工人員直觀、快速地了解和熟悉現(xiàn)場（圖2）。圖2現(xiàn)場布置漫游瀏覽效果3、三維技術(shù)交底傳統(tǒng)的施工技術(shù)交底多采用二維圖紙或文本，當節(jié)點過于復雜時，施工工藝很難交代清楚，導致技術(shù)交底十分困難。通過對關(guān)鍵節(jié)點進行BIM建模，利用BIM的三維可視化功能對復雜節(jié)點工藝、工序進行模擬，使技術(shù)交底更加通俗、直觀，提高了交底效率。通過召開基于BIM模型的三維可視化技術(shù)交底會議，實現(xiàn)直觀的技術(shù)交底，大幅提高了溝通效率。4、BIM+地理信息將局部的地鐵BIM模型與地鐵沿線的地理信息統(tǒng)一集成在一個項目管理平臺當中，可使微觀的地鐵BIM模型與宏觀的地理信息在同一管理平臺中形成對照，方便對地鐵等長線工程的BIM模型管理。對地鐵施工范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進行建模，實現(xiàn)了地理信息與BIM模型的結(jié)合展示，可為地鐵施工提供參考。圖3為項目管理平臺中的BIM與地理信息界面。（a）（b）圖3BIM與地理信息的統(tǒng)一集成平臺（計算機截圖）（a）地理信息；（b）BIM模型5、基于BIM的地鐵工程管理平臺為全面提高施工的信息化水平，本工程搭建了基于BIM的地鐵工程施工管理平臺，通過明確每個部門和人員的應用職責，將BIM應用的具體任務(wù)落實到每個施工人員。全員工作流程和職責分配包括工程部、BIM技術(shù)部、安保部、質(zhì)量部、設(shè)備部、檔案部、盾構(gòu)隊、現(xiàn)場部等在內(nèi)的各個部門，每個部門均有相應的任務(wù)，保證了現(xiàn)場BIM工作的落地，使BIM的應用貫穿于整個項目的各工作部分。平臺的組成結(jié)構(gòu)分為存儲層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、模型層、應用層、界面層（圖4）。圖4基于BIM的地鐵工程管理平臺結(jié)構(gòu)示意各層級的組成及作用如下。5.1存儲層存儲層由全局BIM數(shù)據(jù)庫和多個分布式數(shù)據(jù)庫組成，其中分布數(shù)據(jù)庫中只包含某一專業(yè)或部分的BIM模型，多個分布數(shù)據(jù)庫共同組成全局BIM數(shù)據(jù)庫。全局BIM數(shù)據(jù)庫中儲存有項目現(xiàn)場的全部BIM模型。根據(jù)BIM模型的位置和專業(yè)種類，將BIM模型分類存儲到BIM分布數(shù)據(jù)庫。BIM分布數(shù)據(jù)庫和全局數(shù)據(jù)庫中的BIM模型均可與數(shù)據(jù)層的BIM數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)交互，為數(shù)據(jù)靈活調(diào)取等提供保證。5.2數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層包含BIM數(shù)據(jù)庫管理平臺，平臺通過外部接口將來自存儲層的BIM模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)邏輯層，滿足業(yè)務(wù)邏輯層對BIM模型的使用需要，為其訪問和調(diào)用BIM模型數(shù)據(jù)提供接口和渠道。5.3業(yè)務(wù)邏輯層根據(jù)現(xiàn)場管理需要和工作流程，業(yè)務(wù)邏輯層整理成系統(tǒng)需要的業(yè)務(wù)邏輯，將現(xiàn)場的管理和工作流程以程序形式體現(xiàn)。施工管理人員通過程序操作，實現(xiàn)對施工作業(yè)的信息化管理和控制。借助網(wǎng)絡(luò)接口將該業(yè)務(wù)邏輯程序通過互聯(lián)網(wǎng)/局域網(wǎng)上傳到網(wǎng)頁端，管理人員在網(wǎng)頁端操作即可實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的管理功能。5.4網(wǎng)絡(luò)通訊層網(wǎng)絡(luò)通訊層主要包括局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)兩方面的通訊手段，其中局域網(wǎng)方便項目內(nèi)部的信息流動，有較高的安全性；互聯(lián)網(wǎng)便于數(shù)據(jù)的跨地域傳輸，有利于實現(xiàn)移動端的信息流動。5.5基礎(chǔ)模型層基礎(chǔ)模型層中的數(shù)據(jù)由基本信息模型和4D信息模型組成。其中基本信息模型是來自存儲層傳來的模型信息，也包括土建結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、臨時設(shè)施等模型。將進度和時間信息添加到基本BIM模型上，使基本BIM模型與進度時間相關(guān)聯(lián)，形成4D信息模型?；拘畔⒛Ｐ秃?D信息模型共同構(gòu)成該管理平臺的信息基礎(chǔ)。5.6應用層應用層包含現(xiàn)場的各種施工管理業(yè)務(wù)功能，有人員管理、派工單、模型管理、檔案資料管理、資源管理、質(zhì)量安全管理等，其中人員管理可采集和統(tǒng)計在場的施工人員數(shù)量和個人信息情況，實現(xiàn)對人員的精細化管理。根據(jù)每天的施工計劃和BIM模型進行材料和人員分配，提供精準的派工單，實現(xiàn)對施工人員和材料的高效配置。通過對現(xiàn)場全部BIM模型進行分類儲存，可實現(xiàn)對現(xiàn)場模型的分類管理。現(xiàn)場人員可根據(jù)模型的種類和名稱等信息快速找到想要的模型。將資源和檔案資料等信息錄入平臺系統(tǒng)中，可實現(xiàn)集中管理相關(guān)檔案和資源的功能。將現(xiàn)場的安全和質(zhì)量管理巡檢、整改等過程上傳到該平臺上，達到可追溯的質(zhì)量和安全管理的目的，提高現(xiàn)場質(zhì)量和安全管理的水平。5.7界面層上述所有功能均展示到界面層，通過界面層實現(xiàn)人員與系統(tǒng)的交互，界面層包括PC端和移動智能手機等硬件。PC端和移動智能手機通過App、瀏覽器等實現(xiàn)對應用層功能的操作，以達到高效管理施工現(xiàn)場的目的。6、結(jié)束語廣州地鐵18號線施工中，以提高項目施工的信息化水平，提高施工現(xiàn)場的管理效率和水平為目的，從多方面應用BIM技術(shù)，為BIM在軌道交通工程中的推廣提供了參考。施工實踐證明，BIM在軌道交通施工中的優(yōu)點如下。（1）BIM模型可使平面圖紙相對抽象化的工程對象實現(xiàn)可視化，提高現(xiàn)場人員對工程對象的認知能力，對施工技術(shù)交底、漫游瀏覽等多個過程都有積極意義。（2）軌道交通施工現(xiàn)場距離跨度大，涉及施工機械和人員多，常需多段同時施工，其施工