BIM技术在地铁人防工程设计施工中的应用研究

翟全侠 武汉市人防建筑设计研究院有限公司高级工程师

地铁作为城市交通的基础设施，除了具有交通出行的功能以外，还有战时人员转运、重要物资输送以及保障人民群众生命财产安全的功能。虽然在地铁工程的设计施工过程中交通出行是重点关注的内容，但这并不代表地铁人防工程的设计施工不重要。实际上，人防工程作为地铁工程中的基本内容，其在设计施工标准方面的要求更高，面临的难度也更大，需要设计施工主体投入更多的资源予以实施。因此在对地铁人防工程设施施工中，相关主体更多地要结合相关标准及工程项目实际，借助先进的技术手段提高设计施工的准确性，确保人防工程的质量和效果。

近年来，BIM 技术以其突出的技术和功能优势，成为地铁人防工程设计施工中重点使用的技术类型，不仅能够提高人防工程设计施工的精准性，而且能够对工程施工中可能存在的不确定性风险进行预测和防范，保证了工程建设的进度和安全。

1 BIM 技术概述

BIM技术是通过构建虚拟的建筑模型，对实际建设项目的设计施工情况进行管控的技术类型。在当前的工程设计施工领域，BIM 技术通常被理解为是一种信息化软件，即基于信息技术基础开发出的用于工程项目设计施工的软件工具[1]。在应用方面，BIM 技术通常被用于工程设计和工程施工中。如图1 展示的是基于BIM 技术的施工流程图。

图1 基于BIM 技术的施工流程

1.1 可视化

BIM 技术是以可视化的计算机软件为载体运行的技术。通过BIM 技术，可以将通过多种途径收集到的工程项目设计施工信息整合起来，构建出真实的三维模型，设计人员与施工人员可以通过三维模型从不同视角与不同位置模拟观察工程建筑的外观和细节，通过直接观察掌握工程的结构与细节信息。

1.2 协作性

与传统需要设计部门和施工部门人员共同参与、集中讨论的工程设计施工方式不同，基于BIM 技术的设计施工实践可以借助相关软件和互联网实现设计施工方案的随时随地分享讨论，并同步进行方案的调整优化，减少了不同部门在设计施工方案方面的偏差，实现了设计施工行为的同步。同时，BIM 技术的协作性还体现工序的安排和开展上，即设计施工主体需要根据整个地铁人防工程设计的需要合理分工，依次实施，确保工程设计施工的进度和效果。

1.3 虚拟性

BIM 技术在工程设计施工中的应用主要通过虚拟的软件工具实现。借助相关软件，无论是设计人员还是施工人员都可以通过电脑甚至手机的界面看到虚拟的管线布设、疏散逃生通道设计等内容，并且这种基于模型运行产生的虚拟结果与现场情况的吻合度比较高，可以使设计人员和施工人员通过软件感受到工程设计方案的可行性和合理性。

2 BIM 技术在地铁人防工程设计施工中应用的功能

地铁人防工程设计施工主要围绕地铁工程内部承担人防功能的工程内容，主要包括建筑、通风、结构、配电以及给排水等。在人防工程内容的设计施工中，BIM 技术可以发挥出明显的作用，这也是众多设计与施工主体倾向于选择该技术的重要原因[2]。

2.1 可视化呈现地铁人防工程设计效果

设计是地铁人防工程施工的前期工作，也是影响人防工程建设效果的基础性因素。在传统的人防工程设计中，设计人员主要是通过手绘或者电脑绘制的二维图像来抽象地描述人防工程设计的内容。图纸上显现的只是部分数据信息，设计师需要借助相应的辅助工具才能够解释清楚设计的思路、方法以及结果。在BIM 技术的支持下，设计师可以通过软件在计算机屏幕上立体地呈现地铁人防工程设计方案对应的效果，并以简单的操作促使设计效果“动”起来，更直观地展示设计的效果。这种可视化效果极大地提高了地铁人防工程设计的有效性，降低了设计人员在设计过程中的工作难度。

2.2 动态优化地铁人防工程施工方案

地铁人防工程施工大多在地下进行，而地下的施工环境充满了复杂性。在人防工程施工中，很可能因为突发状况导致施工进度难以按照施工方案明确的时间节点推进。在这样的情况下，施工方就需要对原有的施工方案进行重新检查和修正。在修正施工方案方面，BIM技术可以为施工内容、施工顺序以及施工方法等内容的修正提供更加科学的指导，使方案优化调整更加符合施工现场的状况。例如在方案调整中，施工人员可以将现场测量的数据重新更新到软件中，软件随即会产生新的模拟效果图，并根据当前状况提出相应的方案调整参数变量，供施工人员根据情况进行科学、灵活的调整，确保人防工程施工方案的准确性，避免因为方案更新不及时或者方案修正不完善而造成施工风险[3]。

2.3 构建模型分析最佳工程设计方案

地铁人防工程除了承担地铁配套设施的服务功能以外，还承担有人防工程的疏散和安全保障功能。《中华人民共和国人民防空法》的第十四条规定，城市的地下交通干线以及其他地下工程的建设，应当兼顾人民防空需要。地铁是城市战时人民防空体系的重要生命线，具有保证人员运输和物资转运安全的功能。虽然在地铁人防工程设计过程中，设计人员可以根据相关标准进行设计，但也需要结合城市人民防空的实际需要和要求，进行实事求是的设计。

由于设计人员缺乏战时人防工程使用的经历，因此对人工工程设计的最佳方案把握也会出现不精准的现象。为此，可以使用BIM 技术构建相应的人防工程设计模型，通过参数的调整来获得最佳的设计方案，最终形成符合战时人防工程使用实际，且人员运输、物资转运高效的方案，确保人防工程设计的科学性和合理性。

3 BIM 技术在地铁人防工程设计施工中的具体应用

BIM 技术具有的可视化和虚拟化等特点，使得其成为地铁人防工程设计与施工重点使用的技术手段，不仅可以降低设计施工的成本，而且能够为设计施工提供精准且直观的参考资料[4]。目前，BIM 技术在地铁人防工程设计施工中的应用已经渗透到了机电、土建以及装修3 大重点模块，成为人防工程建设中普遍应用的技术。下面分别从建筑结构、管线敷设、功能转换3个方面对BIM 技术在地铁人防工程设计施工中的应用进行介绍。

3.1 模型化分析

BIM 技术在人防工程内部结构框架设计施工中的应用主要体现在可以结合相关测量数据进行三维模型分析，通过分析确定最佳的房间布局、出入口以及出入通道的设计施工，确保人防工程的使用效率和效果最佳[5]。

在实际的设计施工中，工作人员将现场测量的相关数据输入到软件的相关参数变量中，软件即可生成虚拟、直观的地铁人防工程模型。通过这种三维立体模型的辅助，设计和施工人员可以精准获取工程总体的可利用面积，并且结合相关标准划分具体的房间功能，使人防工程的结构和布局符合相关要求。同时，在开展各房间以及工程总出入口的设计与施工时，相关人员也可以借助建立的三维立体模型，对工程内部的建筑、机电设施的分布进行总体上的掌握，并在此基础上精准确定出入口的位置和大小，使出入口的设置符合使用需求[6]。

3.2 可视化处理

管线是联通地铁人防工程内部不同房间位置以及人防工程与地铁工程的重要通道。按照功能的不同，可以将地铁人防工程的管线分为给排水管道、通风管道以及配电线路等，这些是保证人防工程有效使用的基础设施内容。

为满足管线敷设的科学性与合理性，降低不同管线交叉可能产生的风险，在实际的管线敷设设计施工中，相关人员会利用BIM 技术的可视化功能进行逐项作业。在进行管线敷设设计时，设计人员会利用BIM 模型按照给排水系统、通风系统以及配电系统的顺序分别进行独立的设计，并将设计的最终方案通过模型进行整合，形成一张整体性的管线敷设图，从整体上对各系统的线路、管道敷设情况进行单独和综合性的检查优化，确保管线路线最优的同时，减少不同管线之间的交叉重叠，使管线敷设方案更加科学、合理[7]。

在进行管线敷设施工时，分别负责给排水管道、通风管道以及配电线路铺设的施工人员所参照的除了整体的管线敷设图以外，还掌握有单独的给排水管道、通风管道以及配电线路铺设图，但要参照整体方案的施工方法，既避免了单独施工的偏差，也保证了整体施工的效果，使施工的效率和效果都能够得到明显提高。

3.3 动态化展示

地铁人防工程设计施工的最终目的在于交付具有平时和战时双重功能的人防工程设施，并且这一设施要具有顺畅的平战转换功能，即当进入战争状态后，地铁人防工程能够迅速从平时设施转化为战时设施[8]。而这种顺畅的转化就有赖于前期的设计和施工。在这方面，BIM 技术的应用主要体现为平战转换方案的设计和落实。设计时，设计人员会参照相关标准，计算确定平时和战时地铁人防工程在通风、给排水以及用电等方面的量化数据情况，将其作为平战转化演练的主要参数依据。获得相关数据后，就可以在模型中设定相应的参数区间，并通过软件对设计方案满足最大平战转换要求的情况进行模拟演示，根据演示中发现的问题，对相关设计内容进行优化调整，确保设计方案中的相关变量设置能够真正符合平战转换的要求。

例如，在出入口设计时，设计人员需要模拟战争发生时人防工程最大的承载量来设计用时最短、防护效果最好的出入口数量、规模以及位置，使出入口能够满足基本的战时进入要求。在施工时，施工人员需要将现场施工的参数变量与设计模型中的变量区间进行对比，检查是否超出预定的参数范围，并对超出的参数进行相应的修正，确保实际施工的结果与方案明确的标准相契合。

4 BIM 技术在地铁人防工程设计施工中应用需要注意的问题

BIM 技术是一种开放性的技术，其在工程设计施工中的应用空间和应用方式都较为多元。因此，对于地铁人防工程设计施工主体而言，更多地是要结合人防工程设计与施工的实际需要和要求，对BIM 技术进行科学、合理的利用，以达到最佳的设计施工效果[9]。在平时的技术应用中，设计施工主体要在熟悉地铁人防工程设计施工要求和对现场进行充分调查的基础上，结合BIM 技术的属性和功能，进行科学且规范性的使用。

4.1 构建地铁人防工程设计施工内容体系

BIM 技术应用的前提是要确定“在哪里用”和“如何用”等问题。为此，地铁人防工程设计施工主体要结合以往的经验以及人防工程建设的相关技术标准，明确地铁人防工程设计施工的主体性内容，并在细化各项内容的基础上，明确BIM 技术应用的范围和方法，明晰技术应用的边界和规则。例如，可以编制BIM技术应用指南，其中按照机电模块、土建模块以及装修模块分别进行内容的细化和归纳，对于可以使用BIM 技术的设计施工内容，要对相应的BIM 技术使用方法进行详细说明，确保设计、施工人员能够在短时间内迅速掌握BIM 技术应用的相关信息，便于快速、准确地开展相关工作。当然，设计人员也可以根据自己的地铁人防工程设计施工经验，对BIM 技术在人防工程各个模块的具体应用内容和应用功能等进行梳理，形成完整的BIM 技术应用手册[10]。

4.2 提高工程数据测量精准性和完整性

在人防工程设计施工中，BIM 技术虽然拥有明显的优势，但这些优势真正发挥出来的前提在于生成的模型与现场施工环境情况的高度契合。然而，地铁人防工程多是在地下环境中进行作业，其在数据测量和环境分析等方面存在较多的不可控因素[11]。因此，保证测量数据的准确性和完整性就成为提高BIM技术应用效果的关键。一方面，设计、施工主体要选择使用精准度比较高的测量工具进行相关数据的采集；另一方面，要采取动态、反复测量的方式，通过多点、多时间段测量来获取尽可能接近现实情况的数据信息，以保证数据误差的最小化。在技术应用过程中，对于出现异常的数据，相关人员要保持高度的敏感性，及时进行数据的验证和复查，确保模型分析中数据的准确性。

4.3 强化设计施工活动的协同性

BIM 技术虽然为地铁人防工程设计施工提供了科学的工具，但由于同一工程内容往往由不同的人员甚至团队分别负责相应模块的设计与施工，很容易出现因协同不力而出现偏差的情况[12]。因此，在开展地铁人防工程设计施工过程中，不同的设计主体、施工主体以及设计主体与施工主体之间应当保持行动的协同性，相互之间通过互联网保持密切的沟通交流，确保BIM技术应用标准的统一、规范，避免因为某一环节出现失误而导致整体的设计施工工作出现停滞或返工的情况。当在地铁人防工程设计施工中遇到BIM技术应用难题时，相关人员应当及时向项目经理汇报，并组织相关专家进行集中性的调查研讨，确保技术应用的科学性。

5 结语

BIM 技术作为一种具有可视化、协作化以及虚拟化特点的技术，在地铁人防工程设计施工中的应用具有十分积极的效果。目前，BIM 技术在建筑结构、管线敷设、功能转换等方面均有比较广泛的应用。结合当前技术应用的实际情况，在开展地铁人防工程设计施工时，相关主体要积极构建细化、完整的地铁人防工程设计施工内容体系，提高工程数据测量的精准性和完整性，强化设计施工活动的协同性，以确保BIM 技术在地铁人防工程设计施工中的科学、合理及有效应用。