黃兆凱

（中鐵十六局電氣化工程有限公司，北京 100020）

1 引言

BIM技術(shù)的起源是美國，這一技術(shù)最早由美國斯坦福大學(xué)于2003年提出，其最初形態(tài)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動態(tài)模擬施工過程的軟件。其在發(fā)展的過程之中逐步加入了信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、建筑環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的加入極大地?cái)U(kuò)展和豐富了BIM技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)了對建筑施工過程的模擬和有效管理。這一技術(shù)在我國也得到了全新的發(fā)展，2008年我國的相關(guān)研究學(xué)者和專家將這一技術(shù)同建筑節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，成功開發(fā)了全新的BIM建筑數(shù)據(jù)管理平臺。2009年我國的科學(xué)家將這一技術(shù)同有限元分析整合為一個(gè)整體，使其實(shí)現(xiàn)了施工建筑過程和建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程信息的交互。2010年我國科學(xué)家借助這一系統(tǒng)構(gòu)建了完整的建筑成本預(yù)算信息模型。2011年我國科學(xué)家和技術(shù)人員借助這一技術(shù)成功的開發(fā)出了對施工資源進(jìn)行動態(tài)管理的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和成本監(jiān)控系統(tǒng)。

近年來國外在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程之中也取得了一系列的科研成果和實(shí)踐成果。美國將這一技術(shù)成功地應(yīng)用到鳳凰城的輕軌建設(shè)項(xiàng)目之中，對項(xiàng)目之中涉及的軌道進(jìn)行了優(yōu)化，在保證了施工質(zhì)量的前提下有效的縮短了工期，減少了成本預(yù)算。新加坡將這一技術(shù)應(yīng)用到了綜合管線的監(jiān)測之中，其有效提高了相關(guān)工作的工作效率，提升了施工的速度。英國在建設(shè)海峽隧道的過程之中采用BIM技術(shù)對隧道整體進(jìn)行三維建模，進(jìn)而將BIM技術(shù)應(yīng)用到了隧道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，成功實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)在隧道建設(shè)過程之中的系統(tǒng)化應(yīng)用。國內(nèi)最早對于這一技術(shù)的應(yīng)用是在2006年，在成都的地鐵建設(shè)過程之中相關(guān)的技術(shù)人員利用BIM技術(shù)對涉及的管線進(jìn)行了深入的研究，并進(jìn)行了數(shù)字化三維設(shè)計(jì)。此后我國在地鐵建設(shè)的過程之中逐步加大加深了對這一技術(shù)的應(yīng)用，其有效地解決了地鐵建設(shè)過程之中的協(xié)同設(shè)計(jì)問題，極大地提升了設(shè)計(jì)和施工的效率。從整體上看近年來國內(nèi)外對于BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的實(shí)踐成果，有效地解決了建筑過程之中存在的諸多問題。加強(qiáng)這一技術(shù)在地鐵建設(shè)過程之中的應(yīng)用，對于提升地鐵建設(shè)的效率，降低地鐵建設(shè)的成本具有積極的意義。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)條件概述

2.1 BIM軟件選擇

采用BIM技術(shù)的第一步是選擇合適的BIM軟件以及同這一軟件相匹配的硬件和服務(wù)器設(shè)施?，F(xiàn)階段國際上得到廣泛應(yīng)用的BIM軟件有三種：一是美國的Revit軟件；二是法國的CATIA、DELMIA軟件；三是芬蘭的Xsteel軟件。這三種軟件有著各自不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在使用的過程之中需要根據(jù)自身工程建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行針對性的選擇。CATIA、DELMIA這兩種軟件非常適宜對各種復(fù)雜的空間進(jìn)行三維建模以及進(jìn)行三維模擬動畫的制作。Xsteel的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)的建模過程之中，此外其在完成建模之后能夠直接輸出高標(biāo)準(zhǔn)的圖紙，極大地減輕了建筑設(shè)計(jì)過程之中的圖紙繪制工作量。Revit軟件的優(yōu)點(diǎn)，一是能夠輕易地實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，即將建筑物之中的各種要素整合為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)；二是具備完善的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑功能設(shè)計(jì)的工具，其實(shí)現(xiàn)了對各種材質(zhì)的物理模型的集成，有效地提升了設(shè)計(jì)效率；三是其提供了對外連接的AIP接口，其能夠同其他類型的結(jié)構(gòu)分析軟件、管理軟件等聯(lián)合，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)內(nèi)容的處理和管理，此外也可以通過其接口自行編程以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者需要達(dá)到的目的。從整體上看Revit軟件非常適合各個(gè)工種進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。在大型項(xiàng)目建設(shè)的過程之中，為實(shí)現(xiàn)將所有的建設(shè)內(nèi)容集成為一個(gè)整體并有效地對這一個(gè)整體進(jìn)行管理，通常選用Revit軟件。

2.2 BIM軟件的硬件配置要求

不同版本的Revit軟件對硬件配置存在一定的差異，但是這些版本的軟件在運(yùn)行的過程之中具有相似的最低運(yùn)行環(huán)境要求，在硬件配置的過程之中必須滿足軟件對最低硬件配置的要求，且在這一基礎(chǔ)上盡可能地提升硬件設(shè)施的配置。Revit軟件的硬件配置最低要求是具有IntelXeonE5系列CPU，內(nèi)存至少達(dá)到32GB，具有支持熱插拔的1T硬盤，具備雙千兆的以太網(wǎng)端口。

3 地鐵車站BIM三維建模過程

在進(jìn)行地鐵車站的三維建模之前首先要對車站的類型進(jìn)行劃分，確定車站的等級等內(nèi)容。在明確車站的相關(guān)信息之后需要對車站周邊的地理環(huán)境信息進(jìn)行深入的收集和整合，在完成一系列的基礎(chǔ)信息的整理工作之后開始車站的三維建模。

3.1 三維建模的流程和思路

三維建模的流程可以劃分為以下幾個(gè)階段：第一個(gè)階段，繪制地跌車站的標(biāo)高并繪制和導(dǎo)入地鐵軸網(wǎng)圖。第二階段，依托軸網(wǎng)圖繪制地鐵車站涉及的各種豎井和導(dǎo)洞，這一階段的重點(diǎn)是根據(jù)車站的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建模。在三維建模的過程之中為嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行建模，需要采用不同的方法對車站的不同位置進(jìn)行建模。例如對于車站之中存在的外形結(jié)構(gòu)較為簡單的板、梁、柱等結(jié)構(gòu)，可以借助系統(tǒng)之中自帶的模型進(jìn)行快速的參數(shù)化建模。對于地鐵車站之中涉及的異形結(jié)構(gòu)，要采用軟件自帶的外建族功能進(jìn)行建設(shè)，對于細(xì)節(jié)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)則可以采用3DMax軟件進(jìn)行建模，在建模完成之后再導(dǎo)入到Revit軟件之中。

3.2 建模的特點(diǎn)

在完成地鐵車站的三維建模的過程之中要注重對以下特點(diǎn)的把握：一是針對性，在進(jìn)行地鐵車站的建設(shè)過程之中要根據(jù)車站的具體特點(diǎn)選擇適宜的建模軟件和適宜的建模方法進(jìn)行BIM模型的構(gòu)建。二是精準(zhǔn)性，在建模的過程之中要嚴(yán)格遵照車站的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，在模型之中要準(zhǔn)確全面地反映各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求和信息。三是建模過程盡可能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，對能夠進(jìn)行準(zhǔn)確全面參數(shù)描述的物體應(yīng)該通過一系列的參數(shù)去構(gòu)建。四是規(guī)范性，在建模的過程之中要充分考慮到現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范，使構(gòu)建的三維模型在設(shè)計(jì)變更和施工建設(shè)的過程之中切實(shí)發(fā)揮作用。五是批量化，在建模的過程之中對于大量使用的部分構(gòu)件應(yīng)該參照其二維圖紙進(jìn)行繪制，進(jìn)而一次性大批量地完成重復(fù)使用的構(gòu)件的建模。

4 BIM技術(shù)在地鐵車站施工階段的應(yīng)用

在完成對車站的BIM模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化這一技術(shù)在地鐵車站施工過程之中的應(yīng)用，需要進(jìn)行BIM4D管理系統(tǒng)平臺的建設(shè)，借助這一平臺實(shí)現(xiàn)動態(tài)模擬技術(shù)、資源管理技術(shù)、沉降監(jiān)測技術(shù)、施工進(jìn)度控制技術(shù)以及WBS過濾技術(shù)在地鐵車站施工階段的應(yīng)用。

地鐵BIM4D管理系統(tǒng)是在VS2008的環(huán)境之中采用C#語言開發(fā)出的一種管理平臺。其采用了SQL Server 2005作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，整個(gè)系統(tǒng)平臺被劃分為5個(gè)層面，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的有效處理和較好的人機(jī)交互。這一平臺在使用的過程之中體現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性和兼容性，能夠非常便捷地對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

4.1 動態(tài)模擬技術(shù)

在地鐵車站建設(shè)之前對施工的過程進(jìn)行動態(tài)模擬有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)制定的施工方案之中存在的缺陷和漏洞。此外，在施工的過程之中對于某些設(shè)施的施工形成不同意見時(shí)，也可以借助動態(tài)模擬施工技術(shù)對各種施工方法進(jìn)行比較，進(jìn)而選出最優(yōu)的施工方案。從某種程度上分析，這一技術(shù)對于優(yōu)化地鐵車站的施工方案起到了較為重大的作用。動態(tài)模擬在傳統(tǒng)上是由Revit的下游軟件Naviswork來完成，但是這一軟件在實(shí)踐的過程之中存在動態(tài)顯示效果差的缺陷，對于規(guī)模較大的三維模型，其存在較為嚴(yán)重的畫面失真現(xiàn)象。因此現(xiàn)階段通常是借助BIM4D管理系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)模擬施工，其模擬的過程劃分為5個(gè)步驟：一是將Revit、3DMax等軟件之中繪制的模型轉(zhuǎn)化為IFC標(biāo)準(zhǔn)格式；二是將標(biāo)準(zhǔn)格式的模型導(dǎo)入到4D管理系統(tǒng)之中；三是依據(jù)地鐵車站的實(shí)際施工進(jìn)展情況繪制施工進(jìn)度計(jì)劃；四是將編制的施工進(jìn)展計(jì)劃導(dǎo)入到4D管理系統(tǒng)之中；五是將導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)模型同施工進(jìn)度計(jì)劃相連接構(gòu)建完整的施工進(jìn)度模型。

4.2 WBS過濾技術(shù)

WBS技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是對工作進(jìn)行合理分解的技術(shù)，其本質(zhì)是將復(fù)雜的項(xiàng)目按照一定的層級分解成為一個(gè)一個(gè)易于管理和操作的小項(xiàng)目。在BIM4D管理系統(tǒng)之中應(yīng)用這一技術(shù)是指在繪制模型的過程之中就對復(fù)雜的地鐵車站施工項(xiàng)目進(jìn)行劃分，分解為一個(gè)個(gè)細(xì)小的項(xiàng)目。在地鐵車站施工的過程之中依據(jù)分解的結(jié)果，執(zhí)行一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目進(jìn)而完成大項(xiàng)目的建設(shè)。這一技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了地跌車站建設(shè)的復(fù)雜性和技術(shù)難度，提升了施工的效率。

4.3 施工進(jìn)度控制技術(shù)

在完成地鐵車站模型的構(gòu)建和施工進(jìn)度的編制之后，在BIM4D管理系統(tǒng)之中能夠形成工序同時(shí)間一一對應(yīng)的時(shí)刻表。在真實(shí)施工的過程之中將實(shí)際完成各工序的時(shí)間輸入到BIM4D管理系統(tǒng)之中就可以對實(shí)際施工進(jìn)度和理論進(jìn)度進(jìn)行分析，進(jìn)而明確在施工的過程之中哪一道工序耗費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期估算的時(shí)間。這一技術(shù)的應(yīng)用使地跌車站的施工進(jìn)度處于一個(gè)透明的狀態(tài)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解地鐵車站施工每一時(shí)刻的進(jìn)展進(jìn)而有針對性地進(jìn)行人員和物資的部署，極大提升了地鐵車站施工的過程之中對各種物資的使用效率，有效降低了地鐵施工的綜合成本。

4.4 資源管理技術(shù)

在進(jìn)行地鐵車站施工的過程之中需要耗費(fèi)大量的各種類型的資源，實(shí)現(xiàn)對資源的有效管理，能夠極大地提升施工的效率。BIM4D管理系統(tǒng)之中集成了工程量計(jì)算模塊、資源消耗分析模塊，資源分?jǐn)傆?jì)算模塊，現(xiàn)場資源查詢模塊等。這些模塊的互相配合實(shí)現(xiàn)了對地鐵施工現(xiàn)場所有的資源的高效管理，能夠及時(shí)滿足地鐵車站施工的過程之中需要的各種資源，也有效地避免了地鐵車站施工的過程之中對各種資源的浪費(fèi)。此外，這些模塊的互相配合還能夠減少相關(guān)材料的庫存，有效地降低了地鐵車站建設(shè)的綜合成本。

4.5 沉降監(jiān)測技術(shù)

在地鐵車站施工的過程之中為保證施工安全，需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的沉降監(jiān)測并將相關(guān)的監(jiān)測結(jié)果實(shí)時(shí)進(jìn)行匯總。采用BIM4D監(jiān)測系統(tǒng)其能夠在施工現(xiàn)場設(shè)置系統(tǒng)全面的監(jiān)測點(diǎn)，及時(shí)對監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)之中，系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)入的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，將每日的沉降量和施工過程之中發(fā)生的總沉降量進(jìn)行全面及時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析。在完成分析之后將分析結(jié)果同允許范圍進(jìn)行比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場存在的沉降危險(xiǎn)，確保施工的安全。

5 小結(jié)

現(xiàn)階段國內(nèi)外就BIM技術(shù)在地鐵車站建設(shè)之中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一系列的成果，其在應(yīng)用的過程之中顯著地提升了地鐵施工的效率，降低了地鐵施工的成本，采用這一技術(shù)進(jìn)行地鐵車站施工將成為未來的趨勢。