BIM技术在地下建筑建造中的应用研究

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摘 要
介绍了 BIM 技术以及其在地下建筑建造中应用的现状,以实际地铁 BIM 应用工程为例,提出了目前 BIM 技术在地下建筑建造中应用的问题以及解决的一些思路,为推动 BIM在我国地下建筑更广泛深入的应用提供重要参考价值。

1、BIM 在地下建筑中应用现状
目前 BIM 技术在地下建筑中的应用主要集中在火车站的地下部分(如站前广场)以及地铁站点工程等方面。就火车站建设和改造项目而言,哈尔滨西站东广场以及济南西站站前广场等工程在建造过程中均应用了BIM 技术。管线综合、施工模拟等方面的BIM 技术应用为工程提供了质量保证并节省了可观的工期。地铁工程的 BIM 应用而言,香港地铁到目前在全港八十二座地铁车站中 , 己经完成了二十多座的 B IM 建模,部分已经在开展应用 B IM 实现采光、能耗、烟雾、人流和可视化碰撞检测等 BIM 更深层次应用,并取得了很好的经济效果和社会效果。国内而言北京、深圳地铁目前也有多座建成或正在建设的站点在建造过程中采用了 BIM 技术,整体而言,BIM 应用深度较香港地铁,还多处于 3D 建模与可视化碰撞检测以及施工模拟阶段。经过和这些站点建设部门的了解,这些运用 BIM 技术的地铁站点多为试点性质,虽然试用的效果很好,但目前还没有在整条线路推广采用 BIM 技术的意向。
2、BIM 技术在地铁车站应用分析
地铁工程建设任务繁重,建设条件复杂,工程要求严格,对地铁工程的复杂空间表达、多专业(涉及 22 个专业)融合力不从心,而图纸之间信息的割裂也使“错漏碰缺”藏身其中,有香港学者统计,每 10m2 建筑面积图纸上就会有一个错误。另外,用横道图、网络图表示施工进度计划也无法准确表达出工程实体、人工材料设备等资源以及工程场地之间的动态关系,从而使风险管理的有效性大为降低。
以北京某地铁站 BIM 应用项目为例。该地铁站由站台与站厅两层组成,有 4 个出入口,其中两个出入口通过地下通道与地铁站相连。地下建筑面积约 2.5×104m2。由于工期紧业主采取了平行发包方式,土建、机电等参建单位多达数十家,另外由于地处繁华地带,施工场地东侧紧邻一所小学,南北两侧均为高层居民楼,东侧为一正在建造的商场,施工场地狭小,建造初期由于部分拆迁尚在进行中,出入施工场地只有一条道路。因此对施工技术和管理水平提出了很高的要求,另外工期紧张,业主要求施工阶段不能有过多或较大的变更。

为了提高决策的准确度和效率,业主决定从设计阶段开始即采用 BIM 技术,通过 BIM 技术减少设计变更,通过 BIM 模型指导项目施工。项目初期业主对 BIM 工作组订立的具体目标为和常规设计相比减少50% 以上的设计变更以及缩短工期 1 个月。BIM 在该项目中主要应用内容包括两个方
面 : 建立基于 BIM 技术的地铁站点工程全专业模型,对整体工程进行各专业间碰撞检查;对整体工程进行虚拟仿真及 4D 施工模拟。
2.1 碰撞检查
通过建立工程模型,真实反映各专业的空间分布和交叉关系以及各专业之间的布线情况和交叉关系,通过软件自动捕捉碰撞点位置。
(1) 建立三维模型
根据甲方提供的二维图纸通过 BIM软件搭建三维模型,模型中包括建筑、结构、水暖电等各个专业。下图 1 为项目整体模型图,图 2 是将建筑、结构半透明化后的整体模型图。本工程模型搭建中使用的是欧特克的 Revit 软件。

(2) 碰撞检查
碰撞检查包含三个层面的检测。土建模型内部的不合理碰撞:即土建之间布局不合理;管线与土建的碰撞 ( 见图 3);管线之间碰撞:即电气、水、暖通设备管线布局的不合理 ( 见图 4)。

在设计阶段采用 Revit 软件碰撞检查功能,对管线模型进行自动检测,再由具有施工经验的工程师对检测出的碰撞挑选出有必要调整的部分,形成书面报告,交由项目部处理。通过这样多轮处理,将极大的减少
施工阶段出现设计变更的问题。

2.2 施工模拟
4D 施工模拟能反映施工过程和各构件的进度安排,即用三维形式表示出的项目在各时间点的状态。4D 施工模拟在早期设计阶段就发现后期真正施工阶段所会出现的各种问题,通过提前处理,为后期施工活动打
下坚固的基础。模拟施工的视频在后期施工时能作为施工的可行性的指导或实际指导,以便项目部提供合理的施工方案及人员,材料的合理配置,从而在最大范围内实现资源合理运用。
2.3 BIM 应用效果
(1)针对该地铁站建筑结构复杂、设备管线密集情况,经过统计采用 BIM 技术共检测出碰撞点 875 处 , 其中站台层部分碰撞点详见表 1。经具有丰富施工经验的班组长筛查后,施工前修改了其中影响较大的 297 处设计图纸问题,避免了这些设计错误出现在施工过程中,从而减少了施工过程模拟,打破了传统项目管理和施工模式,通过施工模拟计算出地铁站建造过程中对材料的准确需求量,从而避免了施工现场大量施工材料的堆放。在项目实际施工过程中,现场只保留两天的材料预留,与常规施工过程相比,大大的减少了材料的堆放场地,从而有效解决了施工场地狭小,运输道路紧张等问题。通过制作的施工模拟视频资料,对地铁站内复杂位置的施工工人进行指导,使工人很快掌握了施工方案的要点,从而提高了工作效率并保证了工程质量。
(3)工程完工后,统计最终数据表明,项目最终完成的目标为较常规设计减少设计变更达 86%,缩短工期 34 天,可以说很好的证明了 BIM 技术在地下建筑建造中的应用效果。

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