BIM技术在地铁中的应用

近年来，我国城市轨道交通迎来了高速发展，各地不断兴建铁路桥梁，地铁与铁路新增获批与新开工项目大幅增加。

今年10月份，据RT轨道交通统计约6407亿元的重大铁路、地铁等项目发布了最新动态；新增运营以及新增开工等，涉及到的项目约30项。11月，约10855.25亿元的重大铁路、地铁等项目发布了最新动态；新增运营以及新增开工等，涉及到的项目约40项。

铁路交通的蓬勃发展，让我们对地铁BIM技术的需求越来越大。下面，我们分为4大点来聊聊BIM技术在地铁中的应用：

? 01.什么是BIM

? 02.地铁项目有哪些重点难点

? 03.BIM技术如何在地铁项目中应用

? 04.案例分析（哈尔滨地铁3号线）

01

什么是BIM

BIM即建筑信息模型，是将三维建筑模型链接建设项目的各类信息数据，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。

建筑信息模型 (BIM) 流程首先会创建智能三维模型，并支持在整个项目生命周期（规划、设计、构建、运营和维护）内进行文档管理、协调和仿真，BIM技术应用于设计和记录建筑和基础设施设计。BIM模型涵盖建筑的每个细节，此模型可用于分析与探究设计方案，并且可创建可视化效果以帮助利益相关方在构建之前了解建筑外观，此模型还可用于生成设计文档以供施工。

由此可见，三维模型是BIM运行的一个前提，只有完成度高、信息完整的模型才能为后期BIM应用提供良好的基础。虽然目前我国已经有很多城市开始地下空间建设，但是，从人性化设计、复杂结构设计、节能与环保设计等方面还有一系列的不合理部分。BIM 技术能够实现可视化、协调化与模拟化的设计，被大量地应用到建筑领域内，并且已经完全取代了传统技术，能够促进建筑领域的全面发展和进步。

02

地铁项目有哪些重点难点

工程体量大，资源调度难，难以把控工期与质量

地铁项目一般以一整条线路为单位，遍布城市的各个地方，涉及数十个地铁站的工程量，当中人员调度、施工安排、材料运输、进度管控等工作量都是非常巨大的，虽然地铁施工日期长，但是由于地铁站众多，部分工期还是非常紧张的，业主如何将各个政府部门、施工单位、设计单位、监理单位、咨询单位等人员联合起来，统一调度，能否做到如臂使指，就成为了一个至关重要的点。

机电管线复杂且量多，要求高，机电安装难度大

为了维持地铁的正常运行，需要有大量的机电管线支撑，且地铁为地下空间，所需的通风系统与照明系统的管线也非常多，更不用说消防给水、喷淋系统等重要的管线，数量多排布复杂，且由于地下空间环境问题，机电管线与设备安装工作难度非常大，会给施工队带来不小的考验，有可能产生众多返工与变更，导致工期延误。

特色站中装修设计优化与装修施工难度大

现在不少城市在开展地铁项目时都会做些特色站点，来宣扬城市文化，提高知名度，也是对城市经济实力的体现，但这几年设计方都喜欢使用异形幕墙结构或者特殊形状灯具来装点地铁站整体样貌，虽然这种风格的设计是独具一格的，但也产生了一个难题，设计的方案是否可行，设计师可能会不断的修改方案来优化，但传统的二维图纸优化起来过于麻烦，浪费时间。且方案可行之后，该异形构件的施工通常会给施工方带来极大的麻烦。

应灾抗灾与灾后逃生方案设计和优化难度大

地铁作为人防工程，防灾抗灾能力必须满足高要求，一旦发生灾情时，若地铁的应灾能力不足，将会导致严重的后果，经济损失，人员伤亡巨大，所以建筑的应灾抗灾与灾后逃

生方案尤为重要，但是地铁作为地下空间设施，方案设计难度大，且试验方案成本高，只能靠过往的一些同设施经验来弥补，但这远远不够，需要一个更加完善的方法来帮助方案设计与优化。

超大型工程的质检与验收耗时大

地铁项目体量非常大，质检与验收工作，如果用传统方式开展起来非常麻烦，需要消耗大量的人力物力来检查，而且出来的结果也不一定准确，但是地铁项目质量要求高，需要反复地去检查，这样会导致工期延误，延长竣工时间。

03

BIM技术如何在地铁项目中应用

一. 4DBIM——BIM协同管理平台

4DBIM平台简介

BIM协同管理平台功能表

BIM协同管理平台特点

① 面向多应用方

   系统可以分别针对业主、工程总承包、施工项目部等应用主体提供完整的应用流程。系统可根据各应用模式的特点和需求，在权限管理模块中制定相适应的界面、功能和业务流程，明确不同应用情形下应用主体和参与方的权责，在实现总体目标的同时满足各方实际工作的需要。

② 支持多功能领域

   根据应用需求从整体BIM中提取或创建不同细度的4D模型，可支持从整体宏观、局部中观到精细微观等多层次4D工程管理，有效解决大规模、区域性和长线工程的BIM应用和展示问题。系统应用涵盖建筑、桥梁、公路、地铁和设备安装等多个工程领域。

③ 支持跨平台的多参与方协同工作

系统基于统一BIM管理平台和BIM数据库，提供PC端、微信公众号及项目管理网站三大应用系统，各系统无缝集成，信息与BIM双向链接。通过建立多参与方的远程协同及数据集成机制，实现了跨网络平台的多参与方协同工作

④ 实现施工项目的集成动态管理

系统通过建立基于IFC的4D信息模型，将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接，与施工资源、成本、质量、安全及场地信息集成一体。实现了基于BIM的施工进度、资源与成本、安全与质量、场地与设施的4D集成管理、实时控制和动态模拟。

BIM协同管理平台——进度管理

① 允许建立多套施工进度方案，不同方案可快速切换，进行方案对比分析。

② 可以通过前置任务以及关键路径数据，动态分析当前进度情况对其他任务的影响。

③ 进度计划可在Project 中用甘特图或网络图表示，也可4D动态展现。不同颜色表示不同施工工序和状态。

④ WBS不仅具有时间属性还可以将其作为工程进度任务，赋予工程量、人材机等信息。

⑤ 进度任务可以直接发送给具有填报权限的现场管理人员，微信端就可以对目前的进度情况进行填报。

⑥ 微信端对进度任务进行填报，包括工程量以及人材机的情况。

⑦ 填报的数据实时反馈到客户端，并生成日报、周报、月报。

BIM协同管理平台——质量管理

总结：BIM协同管理平台高效地解决了因项目庞大带来的一系列问题，将各个负责单位统一了起来，信息的传输不再像以前那样繁琐，大大提高了工作效率，缩短工期，节省成本。

二、BIM审图，对方案进行检查、优化

BIM审图

主要指对建筑三维模型进行多专业集成后的碰撞检查，规范检查等一系列对设计模型的检查功能，通过三维模型提前预知图纸中错误的地方,制作问题报告及时反馈设计确认并加以修改,以确保建筑工程从设计端到施工端的良好过渡。通过审图，提前预判建筑构件之间的相互冲突和可视化沟通。

机电图纸转化为模型

碰撞检查、管综优化

碰撞检测及三维管线综合的主要目的是基于各专业模型，应用BIM三维可视化技术检查施工图设计阶段的碰撞，完成建筑项目设计图纸范围内各种管线布设与建筑、结构平面布置和竖向高程相协调的三维协同设计工作，尽可能减少碰撞，避免空间冲突，避免设计错误传递到施工阶段。同时应解决空间布局合理，比如重力管线延程的合理排布以减少水头损失。

在项目优化的把控、质量的审核方面，有足够的项目经验、明确的实施流程：

① 整合建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业模型，形成整合的建筑信息 模型；

② 设定碰撞检测及管线综合的基本原则，使用BIM三维碰撞检测软件和可视化技术，检查发现建筑信息模型中的冲突和碰撞，并进行三维管线综；

③ 编写碰撞检测报告及管线综合报告，提交给建设单位确认后调整模型。其中，一般性调整或节点的设计工作，由设计单位修改解决；较大变更或变更量较大时，由建设单位协调后确定解决调整方案；

④ 对于二维施工图难以直观表达的造型、构件、系统等，提供三维模型截图辅助表达。

设计深化

深化设计的主要目的是提升深化后BIM模型的准确性、可校核性。将施工操作规范与施工工艺融入施工作业模型，使深化设计模型满足施工作业指导的需求。

三、施工模拟与工艺模拟应用

施工工艺模拟

利用所创建的三维BIM模型，来将完成的模型进行动画编辑，形成动态视频，最后将原文件以串联成完整的视频。通过视频展示预先演示施工现场的现有条件、施工顺序以及重难点解决方案。工程在施工阶段会遇到许多问题，而施工工艺模拟在其中扮演的角色是可视化以及交互性。让参与方可以统一在同一个平台上讨论问题，不会出现思维的误差而耽误会议的进展。

施工模拟：工程施工信息三维可视化成果

传统方法虽然可以对工程项目前期阶段所制定的进度计划进行优化，但是由于自身存在着缺陷，所以项目管理者对进度计划的优化只能停留在一定程度上，即优化不充分，这就使得进度计划中可能存在某些没有被发现的问题，当这些问题在项目的施工阶段表现出来时，项目施工就会相当被动，往往这个时候，就只能根据现场情况被动的修改计划，使之与现场情况相符，失去了计划控制施工的意义。

基于BIM的4D进度管理通过反复的施工过程模拟，让那些在施工阶段可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，逐一修改，并提前制定应对措施，使进度计划和施工方案最优，再用来指导实际的项目施工，从而保证项目施工的顺利完成。

四、BIM通过三维扫描实现设备定点，工程验收、质检

三维扫描技术以及流程

首先简单地介绍三维扫描，三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。

 三维扫描设备

 三维扫描结合BIM模型流程

三维扫描技术的特点

① ”另类的信息采集“

过去，想要在项目中采集信息，只能靠人手拿着皮尺、量角器、测距仪去测量现场尺寸信息。但是项目中会遇到各种各样的难题，比如一些高建筑外墙的尺寸测量，一些异形的历史建筑物的测量，或者是隧道的测量，如果使用传统方式你会发现困难重重、效率低下、人力浪费、信息不全、甚至有些测量靠人手是根本无法实现的，而三维扫描，解决了这一难题，通过非接触式的信息采集，有效地避免了许多因为”人“而产生的问题。

② 高效的信息采集技术

根据扫描硬件不同，能扫描地范围从80-550米不等，短短几分钟，就可以将周围场景的空间信息精准地记录下来，这是传统人工采集办法不可比拟的，点云能够准确反应空间位置，且具备色彩值，这样点云实现了信息可视化，打破传统。

逆向建模存档

通过三维激光扫描仪进行快速扫描和逆向建模，对于没有完整的竣工图纸/模型的老旧建筑，可以快速通过软件生成模型实例。

地面、墙面平整度检测

通过三维扫描技术采集建筑施工过程中墙面平整度、地面平整度等施工质量重要检测的指标，进行快速检查并形成可追溯的质量检查文件便于对项目进行管理。

信息全面无遗漏

现实场景实施数字化具有尤为重要的意义，这在多种行业中都得以体现。比如大型工厂通过三维扫描方法采集数据，即有一劳永逸之功。纷繁复杂的工厂资产一览无余，不但便于管理和信息传递，也可极大避免因数据不够细致而带来的无休止式信息采集，从而节省时间、人力及资本投入。

五、BIM仿真漫游、渲染、疏散模拟应用

仿真模拟

虚拟仿真漫游的主要目的是检查建筑结构布置的匹配性、可行性、美观性以及设备主干管排布的合理性，及时发现不易察觉的设计缺陷或问题，减少由于事先规划不周全而造成的损失。

模拟3D空间关系和场景，通过漫游、动画和虚拟现实（VR）等形式提供身临其境的视觉、空间感受，辅助建设单位、使用单位与设计单位等在初步设计阶段预览和比选；

通过模拟仿真漫游，清晰表达建筑物的设计效果，并反映主要空间布置、复杂区域的空间构造等。辅助设计与管理人员对初步设计进行辅助设计与评审，促进工程项目的规划、设计、招标和报批等管理工作的顺利进行。能运用多个软件进行仿真模拟，如Navisworks、Enscape、Lumion、Fuzor等，并有成熟VR技术运用在多个项目中。

渲染

渲染图能很好地展示设计理念与竣工后成果，让业主更加清晰了解建筑情况。

疏散模拟——火灾模拟

火灾模拟是项目运维阶段应急管理中一种重要的灾变管理手段，可以在灾前较为真实地仿真出灾情发生的整个变化过程，以便针对性、合理性地对应急准备工作做出部署。传统地铁车站火灾模拟存在缺少乘客参与、日常演练区域只限经验易起 火区域、消耗人物资源过多等。

客观原因以及人员本身缺少积极性等主观原因，致使火灾模拟在传统应急管理中并没有发挥很好的作用。近年来，BIM 技术的全过程全寿命周期管理与数据共享的优势日渐突出，BIM 与专业的应急管理软件结合变的尤为重要。

基于 BIM 技术的应急管理，火灾模拟就可以依托于“BIM + ”体系中的模拟方法得以实现，即设定初始模拟信息，借助计算机程序算法，以可视化的方法仿真并展示模拟过程与模拟结果。这样不仅能极大地避免传统火灾模拟方法的弊端，而且可以对不同地区、不同时间、不同起火种类、不同人数的火灾进行模拟。

因此本文将结合 BIM 技术，对地铁火灾的各个维度进行仿真模拟，得出各关键节点的最大疏散时间。把 BIM 丰富的建筑信息数据传递给专业的应急管理软件进行模拟，通过对典型的火灾工况的不同方面的模拟，得到了该工况下关键节点位置的最大疏散时间，为应急管理提供了依据，更好地指导原本难预测、难控调的应急管理。验证了 BIM 与 Pyrosim 相集成的可行性，也提高了火灾模拟的效率。同时使BIM 的全过程服务向火灾模拟迈了一步，也使火灾应急管理的数据来源不再孤立，融入到建筑信息数据流通的链条。

人流分析模拟

04

案例分析

项目概况

哈尔滨市轨道交通3号线二期工程土建第11标段为哈平路站。哈平路站为3号线二期的第2座车站，与规划4号线成“T”型换乘。本车站位于哈平路与保健路交叉路口处，为地下三层8+8米分离岛式站台车站。车站采用明挖顺作法施工，换乘节点部位（位于保健路隧道下方）采用盖挖法施工。

车站总建筑面积为22417.56㎡，其中，主体建筑面积为17250.51㎡，附属建筑面积为5167.05㎡。本车站共设4个出入口（2、4号出入口兼做无障碍出入口）、3个安全出口以及4组风亭。车站外包总长左线158.6m×13.75m，右线145.5m×13.75m，车站轨面埋深约27.320m，车站中心里程处覆土6.210m，采用多种工艺施工。

实施难点

① 一模五用，实现现场安全文明施工，施工过程安全管理，质量管理，进度管理，成本管理，对外宣传，与广联达BIM5D以及其它算量软件相结合，试点落地5D管理平台。因此对模型精细程度要求极高,且该项目为换乘站结构较为复杂。

② 要求通过模型完全还原现场的施工工序 ，前期工程涉及优化类容较为复杂,后期静态表达较为烧脑。

③ 结合已有现状，创新研究BIM指导施工新方向。

④ 客户为施工总管理，对于施工细节不清楚，需要我方与施工人员远程交涉，且现场处于挖土阶段，各方面技术方案均未编排。