BIM在地铁车辆基地建设中的应用前景探讨

冯凯

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043）

1 引言

BIM技术在建筑领域的应用具有很多优势，其提供的信息相对更加完整、准确，并且各个信息之间联系顺畅，人们可以快速准确地掌握所需信息，同时，BIM技术可以实现建筑模型的可视化，让人们能更加直观地了解建筑的情况，使建筑工程各部门与各专业之间的协调工作更加高效[1]。BIM技术还可以应用到地铁施工建设项目中，在工程管理方面有很强的辅助作用，使地铁工程建设更加规范，工程管理更加智能，真正体现工程建设的信息化管理的优势。

2 地铁车辆基地BIM技术的使用范围分析

2.1 BIM技术在地铁行业中的应用

目前，在我国地铁行业中，BIM技术的应用还不是很成熟，使用范围较小，主要在地铁工程的设计阶段使用了该项技术。早在2010年，香港就利用BIM技术对其区域内的20余座地铁车站进行了模型构建，通过模型可以直观地看到地铁站中的采光、人员流量、建筑布局等具体信息[2]。在我国内陆城市中（如北京、厦门等地）的地铁建设已经逐步将BIM技术引入工程建设中。

实例1：上海轨道交通11号线石龙路站的给排水、动力照明、通风空调专业设计全过程使用了BIM碰撞检测功能，从而优化了施工方案，使返工误工现象大幅度减少，避免了人力、物力等资源的浪费，经过核算，节省了近30%的工程投资。

实例2：北京地铁10号线二期石榴庄站使用BIM技术建立了光照分析模型，合理优化了人工光源布置方案，极大地便利了施工。

2.2 车辆基地BIM技术的应用范围分析

2.2.1 碰撞检查

BIM技术的应用主要集中在3个方面：（1）碰撞检查，可以有效解决建筑布局、位置冲突等问题，提高施工方案可行性，降低工程返工率。（2）有利于提高工程布线的工作效率，使各个区域的布线、线路之间的联系更加合理化。（3）根据确定好的施工方案，工作人员进行具体施工时，各工程部门之间的施工交底、部门沟通等工作都可以在BIM模型的基础上进行，从而提高效率，保证工程质量。

2.2.2 模拟施工

在三维可视化功能的基础上加上时间维度，可以使BIM模型具备四维功能，模拟施工进度，可随时随地快速、直观地将施工计划与实际进度进行比对，可有效实施协同协作等工作，便于项目参建方准确掌握工程项目的各项情况及问题，进而减少施工质量与安全问题，降低返工和整改的可能性。另外，利用BIM技术进行协同协作，可以提高信息互通速率，以及信息反馈与决策传达的效率。同时，将该模型进行模块化操作，在相似项目中只需要直接引入该模块就可以继续开展工作，提高了施工效率。

2.2.3 三维渲染

在已经建好的BIM模型上，还可以继续添加条件进行升级、改进，从而提高模型的准确性。通过三维渲染动画，配合投标演示及施工阶段调整的实施方案，可以模拟具有高度真实感和强大视觉冲击的实际施工过程，使总体施工方案可视化，令客户在此过程中产生浓厚的代入感。

2.2.4 信息管理

在模型的建立过程中，可以将每个工程项目的背景条件等相关信息进行保存，通过持续不断的积累，使设计单位的信息库更加丰富，技能也能得到较大的提升。

3 车辆基地使用BIM实例分析

3.1 项目概况

广州某车辆段地块长约850m，宽约266m，各结构工程建筑面积7.29 ×104m2,合同约定工程工期547日历天，节点：423日历天具备接车条件，工期紧。项目特点：交叉作业多、工程管线数量庞大、图纸深度不够、施工工序繁杂、管理难度较高。

3.2 BIM研究过程

3.2.1 成立BIM组织机构

要将BIM技术引入具体的工程项目中，就要对项目实施过程进行技术划分，提前设计各专业BIM小组的实施架构，见表1。

表1 车辆基地BIM小组架构及工作职责

3.2.2 配置BIM软硬件措施

为了保证BIM技术的应用效果，需要配备相关的软硬件措施，软件包括Autodesk Revit、CAD、Navisworks Manage、广联达、鸿业设备等；硬件包括高性能工作站数台。

3.2.3 建立统一的BIM应用标准

因BIM技术的应用涉及专业众多，需要建立统一的应用标准，主要由文件夹结构、命名标准、模型拆分与组织、模型族库管理标准、模型建模标准、BIM信息模型标准、土建模型算量要求、设备模型算量要求8个方面组成。

3.2.4 制定BIM实施流程

由于BIM技术的使用范围较广，在具体的实施过程中和多个专业都有联系，而且程序繁杂，具有一定的变动性。所以，在工程中应用BIM技术时，前期要制定各个专业区域的操作程序，确保工程的顺利进行，实施步骤如图1所示。

3.2.5 建立BIM模型并应用

按照既有流程采用相关软件建立BIM模型，并将其应用于实际施工中，如图2所示。

图1 BIM实施流程图

图2 各主体工程模型图

3.3 主要成果

3.3.1 管线碰撞

将各专业（建筑、结构、给排水、动力照明、通风空调专业等）模块集成到一个模型中，制定相应的碰撞规则，对布线结果进行碰撞检测，生成管线的碰撞检测报告，在报告中就可以很直观地看到管线的重复部位以及重复情况等详细信息，为后面的设计图审核工作做好前期准备工作。

经过碰撞测试可知，在该次布线工程中，将会产生1 838个碰撞部位，其中，315个碰撞部位的管线布局要重新设计，其余1 000多个部位只需简单地微调就可以避免碰撞。由此可见，通过BIM技术可以准确地预测所布管线的空间情况，在施工前期就可以及时更改，从而减少返工率，减低施工成本。图3和图4是一些具体的应用实例。

图3 管线间相互碰撞

图4 管线与土建结构碰撞

3.3.2 算量及资源管理

同样，根据构建好的数字模型还可以计算出工程各个阶段所需要的材料数量，从而提高材料预估的准确性，减少浪费，降低工程成本。

3.3.3 设计图纸查漏补缺

通过构件的数字模型可以查漏补缺，提高设计图的准确性，从而降低工程返工率，提高施工效率，如图5所示。

图5 发现图纸错误示意

3.3.4 使用功能模拟

通过对室内暖通、给排水、低压配电图纸与室外给排水、配电图纸建立信息模型，并模拟各系统工作原理。

3.3.5 方案比选与优化

利用BIM技术可以按照设计方案模拟具体的施工过程，技术人员可以从模拟的施工过程中发现施工中可能出现的问题，从而优化施工方案[3]。

3.3.6 三维技术交底

BIM在将建筑物的各项信息整合的同时，为用户制造了一个三维的交流环境。与传统的技术交底过程中，各参建单位人员在交流过程中翻找现场资料相比，BIM提供了一个更方便的平台，使各参建单位人员在协调方案、论证可行性、排除风险的过程中交流更加便利，从而使设计交流过程时间大幅减少，减少隐患的出现，提高项目建设效率。

3.4 主要创新点

3.4.1 限界检查

对地铁项目中包含的各个项目进行碰撞测试，根据具体的碰撞数据对设计图进行优化调整，在图纸会审及深化设计时为设计提供参考数据，确保列车在冷滑，热滑时顺利通过，如图6所示。

3.4.2 模拟运营

利用BIM技术对地铁的后期运行过程进行模拟，发现清洗列车时容易出现占道时长过大的问题，导致洗车功效下降，必须通过人工清洗才能满足清洗需求，预计每年需增加人工洗车费用约150万元。因此，在设计中将洗车线形式定为八字往复式，提高了洗车效率，降低了运营维护成本。

图6 限界检查示意图

3.4.3 精细化管理

1）施工区、生活区规划

在施工区、生活区的规划过程中，可以利用BIM的三维总平面图进行施工现场临时道路规划与布置；规划排水设施走向；选择塔吊型号与安装位置；确定钢筋棚大小、建设标准及布局位置；生活区的规划。

2）工期的动态纠偏

可以通过BIM技术计算工程量，结合总工期、物资总控、季（月）度计划等计划对物资进场计划进行合理编排，解决地铁车辆段中因工程交叉专业多带来的问题。同时，根据计算工程量以及现场实际施工进度，及时对劳动力、材料、机械资源调配，更新各项材料及设备进场时间，使项目精细化管理工作更进一步。

3）二维码应用

通过在BIM模型中定期跟踪录入二维码，可以对建筑物内各设备从制造时间→设备入场时间→现场存放位置、顺序→设备安装→交付运营的所有阶段进行实时的掌控，及时、方便地取得设备及设备所在系统更详细的信息（如出厂日期、出产厂家、与设备连接的系统简图），体现BIM在施工及运营维护的全程服务管理功能。

3.5 经济效益分析

利用BIM技术对工程设计图中的管线布局情况进行碰撞检测，可知在该次布线工程中存在30 000多处碰撞部位，多个区域会出现管线空间重复的问题。根据找出的具体问题，对设计图进行相应分析，对布线方案、管路走向等进行适当的调整、更改，减少了碰撞部位数量共计20 000余处，节约了施工成本。

4 结语

本文重点研究了BIM技术在地铁施工项目中的具体应用，并对该技术的应用范围、应用过程进行了更深层次的探索与研究，对工程项目中BIM技术的模型构件、碰撞测试的具体应用范围、应用过程和可执行性进行了研究，有利于在相关工程项目中继续应用BIM技术指导施工。