BIM 技术在地铁建设工程的应用研究

赖永金 赵武阳 李智超 陈道祥 张寿龙 陈巧玲

（福州外语外贸学院理工学院， 福建 福州 350202）

0 引言

近年来，随着我国经济的高速发展以及对城市化进程的推进，各大城市人口数量喷发式增长，给城市交通造成巨大压力。为了有效解决城市地面交通拥堵问题，我国城市轨道交通建设进入繁荣期，目前国内已有三十多座城市开通了地铁，地铁总里程近4600 公里。随着我国地铁建设标准化、集成化、信息化要求的提升，BIM 技术在地铁工程中日渐得到广泛的应用，它可以在地铁工程项目全生命周期内实现可视化、精细化、协同化的动态管理，是地铁建设工程发展的必然趋势[1]。

1 BIM 技术概述

1.1 BIM 技术简介

随着科学技术的发展和工程建设项目复杂程度的提升，建设行业信息化先后经历了手工绘图阶段、计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助分析（CAE）阶段、建筑信息模型（BIM）阶段。BIM 概念最早是由Chuck Eastman 教授于1975 年提出[2]，并迅速在工程建设行业掀起一场信息化数字革命[3]，它不仅是现有技术的进步和更新换代，也表现在生产组织模式和管理方式的转型。

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，它是以三维数字化技术为基础，整合建筑的规划、设计、施工、运营等生命周期的动态信息，集合成完整的建筑工程信息数据库，在建筑全生命周期内为各方建设主体提供一个信息共享和协同工作的平台，能够有效提高工作效率、节约成本、实现可持续发展。

1.2 BIM 技术在地铁工程中的应用现状

由于地铁工程具有施工周期长，工程量大，专业繁杂等特点，目前国内外学者主要将BIM 技术应用于房屋建筑方面，而针对地铁建设项目涉及偏少，但目前轨道交通行业的问题已经不是要不要使用BIM 技术，而是如何使用好BIM 技术。在轨道交通基础设施领域，BIM 技术具有革命性，它将对轨道交通传统的设计、建设和运维等各个环节产生不可估量的影响，未来基于BIM 开展工作是大势所趋。

目前，国外注重BIM 技术的跨学科、跨领域的综合应用，将BIM 技术应用于地铁工程施工、设计与运营管理方面，实现多方面的统筹管理，在各个阶段、各专业之间以及运营期间实现全方位协同工作。为提升城市轨道交通工程信息化水平，我国正在大力推广地铁建设工程的BIM 应用，但目前仍处于初级阶段，虽然有多个城市在地铁建造过程中采用了BIM 技术，但大多处于三维建模与可视化碰撞检测以及施工模拟阶段，BIM 技术的潜能还未充分发挥出来，需要进一步挖掘BIM 技术在地铁工程全生命周期的应用。

2 BIM 技术在地铁工程全生命周期的应用

2.1 规划阶段

目前BIM 技术在地铁项目规划阶段主要有以下应用：（1）利用概念体量工具帮助建筑师进行概念设计，方便车站结构方案比选和优化；（2）结合勘探数据构建地铁沿线地质和管线BIM 模型，实现岩土勘察成果的三维可视化和空间工程信息的整合[4]；（3）基于项目的BIM 模型导出工程量，优化投资估算和投标报价；（4）创建地铁车站模型并进行渲染和动画模拟，可以在招投标中直观地展示设计效果，提升中标概率。

2.2 设计阶段

设计阶段创建的BIM 模型是项目全生命周期信息化应用的基础，BIM 技术可以根据工程不同阶段和项目要求选择概念级、方案级、设计级、施工级的模型细度[3]。在方案设计阶段，BIM 技术主要应用于参数化设计、地铁车站三维建筑建模、绿色设计、方案比选等方面；在初步设计阶段，可以利用BIM 技术的参数化、协同化特征，组建项目建筑结构模型，进行结构分析、换乘交通导流控制、线路可视化观察、采光效果分析、装饰装修和舒适度模拟。在施工图设计阶段，BIM 技术主要应用于项目建筑结构机电设备模型整合、图纸审定、管线综合、碰撞检查、施工图深化设计与出图、导出材料构件明细表等方面。

2.3 施工阶段

针对地铁工程的涉及专业繁杂、地质条件复杂、工作空间狭窄等严苛工况，在施工阶段利用BIM 技术可以实现项目的施工控制、资源管理、质量管理、进度管理、成本管理、安全管理、信息管理等目标[5]。在施工准备阶段，利用BIM 技术可以优化地铁车站施工场地布置，合理安排人员、材料、设备，确保文明施工；在施工期间，将BIM 技术与移动终端或VR 设备结合，可以进行三维可视化交底、施工方案模拟、隐蔽工程验收，安全高效且减少返工；在施工过程中，将时间维度和造价信息加入到三维BIM 模型，进行4D 施工进度模拟与修正、5D 造价成本分析，有利于优化进度计划、合理配置与管控资源、减少工程造价；此外在整个施工阶段利用BIM 技术可以实现施工信息的动态采集、整合、共享，达到竣工模型交付标准进行数字化移交[6]。

2.4 运营和维护阶段

在地铁的运营和维护阶段，BIM 技术的主要用于运维信息采集与维护、空间管理、三维换乘的管理、设备设施管理、维修管理、资产管理、安全管理、物业管理等方面[7]。地铁作为城市交通主动脉，运输节奏快、人员密度大、流动性强，BIM 技术可以进行换乘人流模拟、紧急疏散模拟，可以有效避免人流拥堵，帮助人员快速疏散；此外，随着物联网、云计算、大数据等技术的兴起，结合BIM 技术在地铁的运营和维护阶段建立运维知识库，快捷查询追溯历史资料和设备信息，构建“数字地铁”、“智慧地铁”。

3 结语

综上所述，BIM 技术在地铁建设工程全生命周期的各个阶段均有具体应用，能够真正实现全生命周期管理。虽然BIM 技术在城市轨道交通工程中的应用仍处于起步阶段，但以其可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等优势，是提升地铁建设工程智能化、信息化、标准化的必然趋势，应用前景非常广阔。