BIM技术在广州地铁18号线施工中的应用

地铁施工项目具有场地线路长、环境复杂、安全风险大、涉及人员机械众多和社会关注度高等特点。通过以BIM为代表的信息化手段提升地铁施工的管理能力是实现施工技术信息化的重要途径。作为建筑行业信息化的重要解决方案之一，BIM技术也越来越多地用于解决施工过程中出现的各种问题。

许多学者结合案例研究BIM技术在建筑行业内的创新和应用。张金伟等介绍了BIM技术在北京地铁19号线工程项目中应用的方法和实践经验；程马遥等为借助BIM技术实现基坑的虚拟施工开挖，提出了一种新的车站基坑明挖法施工方案；何跃川等针对青岛地铁8号线项目，集成BIM和GIS技术研发了一套数字化管控平台，较好地解决了轨道交通施工过程中处理进度管理信息速度慢、无法对偏差进行预警等问题；张志伟等为解决北京地铁19号线平安里站风险巡视效率低、主观能动性差、协同度低等问题，搭建了BIM-GIS三维场景，提高了现场管理的风险识别能力；吴卫民等为解决地铁车站施工难以协调、进度与成本控制要求高等问题，综合利用BIM技术与信息技术和计算机图像技术，提出了实时施工模型以及施工模拟流程；何高峰等以南宁地铁2号线为对象，建立了隧道BIM结构模型与三维地质模型，实现了地铁隧道三维可视化、安全预警预报和结构分析等功能。

广州地铁18号线某施工分部包含2座盾构井，3段盾构区间，位于18号线横沥站至番禺广场站之间，全长约8 000 m。沿途穿越水道、水塘、居民住宅、苗圃地、既有道路、高架桥等。该施工分部工程环境复杂，施工涉及人员和机械众多，通过应用BIM技术，提高施工的信息化水平，解决了施工难题。

1　BIM族库与模型建立

为提高施工现场模型的建立水平和速度，建立针对地铁施工的BIM标准化族库，包括临时设施、地铁结构、机械设备等。标准化的族库可任意对模型尺寸进行参数化设置，使同类型的族可通过参数的变化进行使用，提高建模效率。地铁建设设计和施工阶段建立族库的主要目的是保证设计及建模的高标准、高效率、高质量。BIM族库建立完成后可积累下来成为项目部的族库数据财富，为未来项目的高效率、高质量建立BIM模型提供数据基础。部分族库如图1所示。

（a）

（b）

（c）

图1　部分BIM族库展示

（a）管片；（b）人员出入口；（c）大门

族库建立后，根据施工图纸进行本项目整体模型及周边场地的搭建；主要包含主体土建、中间风井、盾构井、施工机具、基坑等BIM模型。

BIM模型初步建模完成后，对模型进行维护、更新，竣工汇总、各专业交接处理，包括日常数据汇总、整理、施工过程的工程资料输入等。在过程中对BIM模型不断进行深化，最后形成一套精细化较高的BIM模型。

2　场地漫游

BIM模型建立时，场地布置模型是一个重要项目。根据施工组织中的场地布置图和现场照片对现场布置建立场地布置模型。在模型建立过程中使用族库建立现场的机械、临时设施等模型，以提高建模效率和规范性。对场地布置BIM模型进行漫游浏览，可帮助现场施工人员直观、快速地了解和熟悉现场（图2）。

图2　现场布置漫游浏览效果

3　三维技术交底

传统的施工技术交底多采用二维图纸或文本，当节点过于复杂时，施工工艺很难交代清楚，导致技术交底十分困难。通过对关键节点进行BIM建模，利用BIM的三维可视化功能对复杂节点工艺、工序进行模拟，使技术交底更加通俗、直观，提高了交底效率。通过召开基于BIM模型的三维可视化技术交底会议，实现直观的技术交底，大幅提高了沟通效率。

4　BIM+地理信息

将局部的地铁BIM模型与地铁沿线的地理信息统一集成在一个项目管理平台当中，可使微观的地铁BIM模型与宏观的地理信息在同一管理平台中形成对照，方便对地铁等长线工程的BIM模型管理。

对地铁施工范围内的地质情况进行建模，实现了地理信息与BIM模型的结合展示，可为地铁施工提供参考。图3为项目管理平台中的BIM与地理信息界面。

（a）

（b）

图3　BIM与地理信息的统一集成平台（计算机截图）

（a）地理信息；（b）BIM模型

5　基于BIM的地铁工程管理平台

为全面提高施工的信息化水平，本工程搭建了基于BIM的地铁工程施工管理平台，通过明确每个部门和人员的应用职责，将BIM应用的具体任务落实到每个施工人员。全员工作流程和职责分配包括工程部、BIM技术部、安保部、质量部、设备部、档案部、盾构队、现场部等在内的各个部门，每个部门均有相应的任务，保证了现场BIM工作的落地，使BIM的应用贯穿于整个项目的各工作部分。

平台的组成结构分为存储层、数据访问层、业务逻辑层、模型层、应用层、界面层（图4）。

图4　基于BIM的地铁工程管理平台结构示意

各层级的组成及作用如下。

5.1　存储层

存储层由全局BIM数据库和多个分布式数据库组成，其中分布数据库中只包含某一专业或部分的BIM模型，多个分布数据库共同组成全局BIM数据库。全局BIM数据库中储存有项目现场的全部BIM模型。根据BIM模型的位置和专业种类，将BIM模型分类存储到BIM分布数据库。BIM分布数据库和全局数据库中的BIM模型均可与数据层的BIM数据管理平台实现交互，为数据灵活调取等提供保证。

5.2　数据层

数据层包含BIM数据库管理平台，平台通过外部接口将来自存储层的BIM模型数据传输到业务逻辑层，满足业务逻辑层对BIM模型的使用需要，为其访问和调用BIM模型数据提供接口和渠道。

5.3　业务逻辑层

根据现场管理需要和工作流程，业务逻辑层整理成系统需要的业务逻辑，将现场的管理和工作流程以程序形式体现。施工管理人员通过程序操作，实现对施工作业的信息化管理和控制。借助网络接口将该业务逻辑程序通过互联网/局域网上传到网页端，管理人员在网页端操作即可实现对施工现场的管理功能。

5.4　网络通讯层

网络通讯层主要包括局域网和互联网两方面的通讯手段，其中局域网方便项目内部的信息流动，有较高的安全性；互联网便于数据的跨地域传输，有利于实现移动端的信息流动。

5.5　基础模型层

基础模型层中的数据由基本信息模型和4D信息模型组成。其中基本信息模型是来自存储层传来的模型信息，也包括土建结构、地质、临时设施等模型。将进度和时间信息添加到基本BIM模型上，使基本BIM模型与进度时间相关联，形成4D信息模型。基本信息模型和4D信息模型共同构成该管理平台的信息基础。

5.6　应用层

应用层包含现场的各种施工管理业务功能，有人员管理、派工单、模型管理、档案资料管理、资源管理、质量安全管理等，其中人员管理可采集和统计在场的施工人员数量和个人信息情况，实现对人员的精细化管理。根据每天的施工计划和BIM模型进行材料和人员分配，提供精准的派工单，实现对施工人员和材料的高效配置。通过对现场全部BIM模型进行分类储存，可实现对现场模型的分类管理。现场人员可根据模型的种类和名称等信息快速找到想要的模型。将资源和档案资料等信息录入平台系统中，可实现集中管理相关档案和资源的功能。将现场的安全和质量管理巡检、整改等过程上传到该平台上，达到可追溯的质量和安全管理的目的，提高现场质量和安全管理的水平。

5.7　界面层

上述所有功能均展示到界面层，通过界面层实现人员与系统的交互，界面层包括PC端和移动智能手机等硬件。PC端和移动智能手机通过App、浏览器等实现对应用层功能的操作，以达到高效管理施工现场的目的。

6　结束语

广州地铁18号线施工中，以提高项目施工的信息化水平，提高施工现场的管理效率和水平为目的，从多方面应用BIM技术，为BIM在轨道交通工程中的推广提供了参考。施工实践证明，BIM在轨道交通施工中的优点如下。

（1）BIM模型可使平面图纸相对抽象化的工程对象实现可视化，提高现场人员对工程对象的认知能力，对施工技术交底、漫游浏览等多个过程都有积极意义。

（2）轨道交通施工现场距离跨度大，涉及施工机械和人员多，常需多段同时施工，其施工管理复杂、协调难度大。BIM技术可为项目不同角色的交流提供公开、透明、统一、方便的沟通平台。大幅提高轨道交通项目施工信息化水平和管理效率。

（3）作为一种信息化手段，BIM能与互联网、地理信息等数字技术很好地结合，以BIM模型为基础，与其他信息技术进行结合，提升轨道交通施工过程的信息化水平，是提高轨道交通全生命周期信息化水平的可行手段。