BIM在人防工程中的应用研究

黄　杰　吴　涛

(解放军理工大学国防工程学院，南京　210007)

BIM在人防工程中的应用研究

黄杰吴涛

(解放军理工大学国防工程学院，南京210007)

【摘要】近年来，随着我国建筑行业信息技术的发展，出现了BIM技术，它为人防工程建设提供了有利的技术条件。本论文介绍了BIM的概念，重点归纳了目前BIM技术在人防工程设计、施工中的应用。通过自身参与的某人防工程的BIM设计与施工，分析总结了BIM技术在人防工程中的应用要点。

【关键词】BIM；人防工程；设计；施工

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.14

1引言

人民防空工程，简称人防工程，国外也称民防工程或民防掩蔽部，是指在城镇中保障居民和物资安全而修筑的特殊建筑物，属于地下隐蔽工程。人防工程周边环境十分复杂，施工场地狭窄，施工技术难度较高，涉及专业众多，对设备安装，管线综合排布要求高，专业之间较易形成“信息孤岛”，产生施工冲突。

BIM是基于参数化、可视化而建立的建筑模型数据库，通过数据共享和传递实现各专业，各用户之间协同，在人防工程建设过程中引进BIM技术，能够为人防工程施工提供帮助，提高工程项目管理水平。对于局部复杂形状平面图形难以表达的部位，可以通过BIM模型实现三维可视化，充分了解工程局部复杂结构和施工难点。本文通过介绍BIM技术在某人防工程建设中的应用，初步探索了BIM对人防工程的技术支撑。

2BIM的概念、特点和发展

2.1BIM的概念

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)，是以建筑物三维信息化为载体，贯穿于建筑物全生命周期，将设计、施工和运维等所需要的信息关联起来，各工种协同工作而形成的建筑物信息数据库。

2.2BIM的特点

2.2.1信息集成

BIM技术通过数字信息来存储建筑物的真实信息，包括建筑体量的空间关系，各个设计要素，如梁、柱、墙、管线、设备的几何信息，各种建筑材料和构件的物理和功能特征，以及构件连接方式、荷载等分析信息。归根结底，BIM的核心是通过数字信息来组建一个由计算机管控的三维模型数据库，便于工程师从中提取相关信息。这种数字化技术与传统CAD技术有很大地差别。

2.2.2工作可传递性

BIM的基本特性之一是工程数据在设计创建时就有随时保持一致的相互关联性，即当工程中的某项内容被修改后，BIM系统会立即自动将修改反映到所有受影响的其他构件，而不需设计者自己处理图纸。这种特点使得应用BIM系统的项目工作具有一定的连续性，工作成果能够迅速体现在相关工程阶段中，节省了人力，降低了成本，极大地提高了工作效率。

2.2.3支持协同工作

BIM系统为设计方、施工方、建设方和运营管理者搭建了一个及时沟通、同步工作、时时监测的全新平台，提高了工作水平和设计质量。如：利用BIM技术搭建的三维模型来做梁、柱、管线等碰撞检测，可以根据各专业不同的布设原则，同步自动检测出各构件间冲突或影响，提高了整个设计团队中各专业沟通配合的效率。

2.3BIM在建筑行业的应用现状

几年来，BIM技术己从早先提出的理想概念转变为实际应用的设计工具，给整个建筑设计乃至施工、运维管理等领域带来了不同的机遇和挑战。在我国，先进的建筑设计院、施工单位和房地产公司都成立了自己的BIM部门。

BIM软件厂商给建筑行业提供了更多的智能工具，实现了更多的功能。它除了继承计算机辅助设计的相应功能，同时还将其使用范围扩展到了更多的领域，如工程造价、运维管理。

2.4BIM在人防工程中的发展趋势

目前，国内对于BIM技术应用及发展的的研究层面大都在地面建筑设计领域，在人防工程方面的应用和研究很少。BIM技术近几年刚刚被引入到人防工程应用中，主要是用于人防工程可视化设计、管线综合优化、指导管线洞口预埋施工、进行施工模拟以及智能化运维管理。如图1所示。

图1　人防工程BIM应用技术路线

根据BIM技术目前的应用发展现状，未来它可以在人防工程设计、施工、运营等各个阶段中发挥重大作用，展现其三维可视化、优化设计、协同工作、资源共享等特性。

3.1项目说明

该人防工程包括工程主体和车辆掩蔽部两部分，工程主体长52.0m，宽35.9m，建筑面积1 980m2，其中一口和二口口部通道面积为114m2，三口连通道面积为32m2。车辆掩蔽部面积1 165m2，设一个车辆出入口，一个人员出入口，一个连通口。建筑形式为单建掘开式，本工程采用明挖法施工。

3.2BIM团队

本工程的BIM团队由熟悉人防工程设计与施工过程、相对有经验的各专业设计人员组成，主要包括建筑、结构、风水、电、防化、通信等专业(如图2)。且团队成员均熟练掌握Revit、Navisworks等BIM软件，有一定的人防工程BIM设计经验。

图2　BIM团队成员

3.3BIM在人防工程设计中的应用

3.3.1可视化设计

在设计阶段，BIM团队成员中各专业人员在本工程二维CAD格式施工图的基础上，利用Revit软件分别建立了人防工程的土建以及机电模型(如图3～ 4)能够从全局了解项目周边的构筑物等情况，快速直观地把握人防工程的体量，同时还可以剖析其功能布局。一个项目按照传统的设计方法是无法把设计效果直观地表现出来，而利用Revit软件建立人防工程的三维实体模型，可以达到可视化的效果，业主方、设计单位可以运用BIM模型相互沟通，指出设计中的不足，进行方案的优化，有多个设计方案时还可以进行方案比选，更大限度地体现BIM的价值。

3.3.2管线综合深化设计

人防工程设计中涉及土建、结构、风水电、防化、电磁屏蔽、通信、智能化、防护设备等多个专业，工程内部管线、设备多、协调工作量大，管线综合排布是一个极其复杂的工作。在CAD设计中往往是各个专业各自完成自己专业图纸，各专业之间缺乏足够的交流，得到的又是二维图纸，没有三维立体的空间反馈，土建专业与设备专业、设备专业与设备专业之间存在很多碰撞问题(如图5)，而又不能够及时发现，也就很难进行图纸设计优化。

图3　某人防工程土建模型　图4　某人防工程机电模型

图5　矩形梁与给水管道碰撞

BIM模型可以协助完成人防工程机电安装部分的深化设计，包括综合布管图和综合布线图的深化。使用BIM技术改变CAD叠图方式进行机电专业深化设计，应用软件功能解决水、暖、电、通风等各专业间管线、设备的碰撞，优化设计方案，为设备及管线预留合理的安装和操作空间，减少占用使用空间。在对深化效果进行确认后，出具相应的模型图片和二维图纸，指导现场的材料采购、加工和安装，能够大大提高工作效率。

3.4BIM在人防工程施工中的应用

3.4.1施工模拟

利用Navisworks软件建立基于BIM的人防工程4D模型。4D模型是在基本信息模型的基础上增加工程进度信息。BIM技术可以模拟实际施工，在早期设计阶段就发现后期施工阶段可能出现的各种问题，从而提前处理，为后期工作打下坚实的基础(如图6)。在后期施工时能作为施工的实际指导，以提供合理的施工方案、人员及材料供应计划，最大限度的实现资源的合理运用。

图6　施工模拟动画

3.4.2施工动态监测

长期以来，建筑工程中的事故时常发生。为了对施工过程进行实时监测，特别是重要部位和关键工序，及时掌握施工过程中结构的受力和运行状态，建立基于BIM的三维可视化动态监测系统是非常有必要的。

使用自动化监测仪器进行基坑沉降观测，通过将感应元件监测的基坑位移数据自动汇总到基于BIM开发的安全监测系统上，通过对数据的分析，结合现场实际测量的基坑坡顶水平位移和竖向位移变化数据进行对比，形成动态的监测管理，确保基坑在土方回填之前的安全稳定性(如图7)。

通过信息采集系统得到基坑施工过程中不同部位的监测值，根据施工工序判断每时段的安全等级，并在基于BIM的三维可视化动态监测系统上实时地显示施工现场的安全状态和存在的潜在威胁，给管理者以直观的指导。

图7　基于BIM的基坑沉降安全监测

3.4.3塔吊安全管理

人防工程施工现场需布置多个塔吊同时作业，塔吊之间碰撞屡有发生。在整体BIM施工模型中布置不同型号的塔吊，能确保其同电源线和附近建筑物的安全距离，确定哪些员工在哪些时候使用塔吊。在整体BIM施工模型中，用不同颜色的色块来表明塔吊的回转半径和影响区域，并进行碰撞检测来生成塔吊回转半径计划内的施工活动安全分析报告。该报告可以减少由于施工人员和塔吊缺少交互而产生的意外风险。基于BIM的塔吊安全管理如图8所示。

图8　塔吊安全管理

3.4.4物资材料管理

施工现场材料的浪费、积压等现象比较普遍，安装材料的精细化管理一直是项目管理的难题。运用BIM模型，结合施工工序及工程进度周密安排材料采购计划，不仅能保证工期与施工的连续性，而且能用好用活流动资金、降低库存、减少材料二次搬运。同时，材料员根据工程实际进度，方便地提取施工各阶段材料用量，在下达施工任务书中，附上完成该项施工任务的限额领料单，作为发料部门的控制依据，实行对各班组限额发料，防止错发、多发、漏发等无计划用料，从而减少施工班组对材料的浪费。

5总结

BIM技术的出现，给建筑业带来了第二次革命，实现了从二维转向三维、从单纯几何表现转向全信息模型集成、从各工种单独作业转向各工种协同作业。通过BIM技术在某人防工程设计与施工中的应用，我们总结出BIM模型具有三维可视化、协同性、信息可提取性等特点。BIM技术在国内人防工程中的应用尚处于探索阶段，本工程的BIM应用将为其他人防工程建设提供良好的借鉴价值。虽然BIM技术在人防工程领域的广泛推广可能还需要一个过程，但我们相信BIM在人防工程中必将有更广阔的发展前景。

参考文献

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[6]何关培.我国BIM发展战略和模式探讨[J].土木建筑工程信息技术，2011，3(2)：11-15.

Research on Application of BIM in the Civil Defense Engineering

Huang Jie，Wu Tao

(CollegeofNationalDefenseEngineering，PLAUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210007，China)

Abstract:In recent years,with the development of information technology in the construction industry,BIM technology has emerged.It provides favorable conditions for civil defense engineering construction.This article introduces the concept of BIM and mainly studies the application of BIM technology in design and construction of civil defense engineering.The author analyzes and summarizes the key application of BIM technology in civil defense engineering by participating in design and construction of a civil defense engineering.

Key Words：BIM；Civil Defense Engineering；Design；Construction

【作者简介】黄杰(1990-)，男，在读硕士，主要研究方向：地下工程规划与管理、BIM；吴涛(1971-)，男，副教授，主要研究方向：地下工程规划与管理、BIM。

【中图分类号】TU17

【文献标识码】A

【文章编号】1674-7461(2016)03-0074-04