BIM技术在南宁某地铁站施工中的应用

李华 邓朗妮 廖羚 李太升 赖律强

摘要：随着我国信息化建设的不断加快，BIM技术在未来的地铁工程建设行业愈加重要。以南宁某地铁站为例，运用BIM技术对项目进行施工。施工中应用BIM的可视化仿真技术及信化息管理，开展危险源事故VR体验，制作可视化交底视频，进行机电管线与设备安装的智能定位，利用BIM+技术强化施工安全教育、提升技术交底效果、实现机电安装智能放样。有效解决了地铁车站施工中管线错综复杂、安全隐患多、施工质量要求高、工期紧张等问题。为类似的项目施工具有较高的参考价值。

关键词：BIM技术;可视化;施工安全;装配式施工;建模;放样

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0引言

近年来，随着我国信息化建设的不断深入，相比于传统二维的建筑表达方式，以三维表达和信息技术为核心的BIM技术为建筑业的发展开辟了一条全新的道路[[1]]。在我国城市化进程的持续加快促使地下轨道交通建设进入了繁荣期，地下交通工程信息化建设的不断推进加速了BIM技术在地铁工程中的应用和推广，而BIM技术的应用及推广又是建设数字铁路的必然选择[[2]]，也将成为未来地铁工程建设行业发展的必然趋势。因此，对于BIM技术在地铁施工中的应用与探索很有必要。

点击并拖拽以移动当前，BIM技术在我国地铁站的施工建造中得到了一定应用，北京地铁平安里站、深圳地铁人民南站、上海地铁元江路站、兰州地铁东岗站等在施工建造中均采用了BIM技术，取得了良好的效益，但BIM技术应用的侧重点各不相同。平安里站在施工中充分利用BIM技术的可视化及高度的信息集成化特點，对风险巡视过程控制进行了深入研究[[3]];人民南站在施工中运用BIM技术重点解决了车站综合管线碰撞的问题[[4]];元江路站在施工中运用BIM+VR技术在图纸审核、技术交底、优化施工方案、安全教育等方面进行了深入研究与实践[[5]];东岗站在施工中充分发挥了鲁班与Revit系列软件的优势，以此为基础构架BIM方案，同时在三维交底、碰撞检查、4D施工进度动态管控等方面进行了研究与实践[[6]]。北湖北路地铁站存在管线系统错综复杂、工期紧张、质量要求高等难题，通过BIM技术在施工中的具体应用，为项目创造了更大的效益。

1  工程概况

北湖北路地铁站是南宁地铁3号线的第4个车站，位于南宁市安武大道与北湖北路的交叉路口。车站主体斜跨路口，沿路口的东西向布设。车站周边建筑密集，道路交通繁忙，车流量大。该车站设计为地下二层，车站全长为215.32m，总建筑面积为20106.26m2。工程主体包括车站主体、4个出入口（一个紧急疏散口）及两个风亭，车站主体标准宽度为19.7m，采用全明挖作方案施工。

2  BIM技术应用的必要性

以北湖北路地铁站为研究对象，结合本项目结构复杂、质量要求高、工期紧张、施工质量要求高、安全隐患多等系列难点，将BIM技术积极引入本项目中。BIM应用技术路线如图1所示。

3  开展BIM施工应用

3.1 基于BIM的模型搭建及深化设计

3.1.1 模型搭建

BIM模型最能体现BIM的核心价值，所有BIM技术相关应用的开展都是以模型的建立为前提[[7]]。不同于Revit软件中自带的常规族类型，北湖北路地铁站存在着大量类型及参数类别相似的异构族构件，且具有复杂的结构形式。为避免重复建模、促进模块化建模，不断建立、积累和完善族库，BIM小组在建模前便开发创建了机电、暖通、给排水等参数化专项构件族库，将其上传至企业云端，同时也快速应用于模型的搭建中。如图2所示的机房模型，在搭建时多次应用机电、暖通等族库中的构件（图3），极大地缩短了建模时间、提高了建模效率。BIM小组根据设计院提供的二维图纸，采用Revit软件进行建模。土建、机电、给排水等模型同步进行搭建，完成后在同一场地模型或主体项目模型上链接组装，整合为一个综合模型。

3.1.2 管线综合深化设计

北湖北路地铁站的水、电、通风与空调、消防等各系统管线数量庞大，管线布局错综复杂。传统的二维管线综合设计在可视化表达上有较大缺陷，尤其是在管线密集交错、空间紧凑的地方，设计人员在二维图纸上查找冲突时，往往会顾此失彼。这也导致一些隐藏问题和管线间的碰撞矛盾难以彻底暴露[[8]]，给现场施工埋下了“隐患”。而基于BIM技术的三维管线综合设计，可以有效地解决上述问题。在项目建设目标的约束之下，应用BIM技术进行管线间的碰撞检测、预留洞口优化和综合支吊架设计。

1）管线碰撞检测

本项目使用Revit建立暖通、机电、给排水、电气等专业的三维管线模型，对其进行整合处理后使用Navisworks 软件进行全方位的碰撞检查。同时，基于碰撞检查的结果优化调整原设计的综合管线，并对在碰撞检查过程中对于可能出现的误判，人为报告进行审核调整，进而向设计院反馈修改意见。图4中的风管与桥架发生了碰撞，应用BIM技术发现了这一问题，并对桥架进行了调整，图5为优化后的管线。

2）优化预留洞口

二维图纸表达的扁平化局限会引起施工员与工人之间的理解偏差，加大了施工难度。在车站的砌筑施工之前，通过管线模型和结构模型的组合，可以更准确地确定出预留孔洞的位置和尺寸。直观、形象的BIM模型（图6）用于砌筑施工交底时，更有利于工程人员的理解，避免了后期管线安装施工时对砌体的二次返工，加快了项目进度、减少了材料浪费。北湖北路地铁站通过预留孔洞，基本避免了后期凿墙开洞，累计节约资金近30多万元。

3）综合支吊架设计

通过BIM进行管线综合深化，在此基础上对管线综合支吊架进行设计。在保证各专业施工工艺和工序的前提下满足多专业对支吊架的不同需求，最后严格按图施工。在北湖北路地铁站有限的空间进行多系统管线集中布置时，综合支吊架提高了管线布设的空间利用。图7是站厅层支吊架和管线现场安装的实景图。

3.2 基于BIM的可视化应用

基于BIM的可视化仿真技术及施工信息管理在建设工程施工项目中应用广泛[9-10]

，而基于BIM技术的可视化、协调性及模拟性等特点，项目开展危险源事故VR体验[[9]]，制作可视化交底视频，进行机电管线与设备安装的智能定位，利用BIM+技术强化施工安全教育、提升技术交底效果、实现机电安装智能放样。

3.2.1 BIM+VR强化安全教育

面对当前依旧严峻的建筑施工安全形势，确保施工过程安全是本项目施工的硬性指标。为有效提升现场作业人员的安全意识，在深化后的车站BIM结构模型和场地模型的基础上，采用FUZOR、3DMAX软件，打造出VR质量安全体验区。现场管理人员、施工人员等培训人员在进场前采用BIM+VR进行安全培训。培训人员利用安全标志识别系统可以直观地预见、辨识施工现场的危险源;培训人员在VR安全体验区以沉浸式主动体验的方式进行高处坠物、触电伤害、火灾事故和机械伤害等体验，见图8，对于这些“真实的”事故危害，他们从心底里充分意识到施工安全教育的必要性;在真实的发生火灾的虚拟场景中，培训人员亲自使用消防灭火体验区陈设的灭火器，对于灭火器操作不当所引发的危险有更为深刻的亲身体验，提高了他们对于突发火灾的应急处理能力。北湖北路地铁站的施工安全培训告别了传统的会议式培训，转而应用BIM+VR技术进行沉浸式体验，增强了培训人员的安全防范意识。

3.2.2 BIM+AR提升交底效果

本项目制作了灭火器使用教程、安全疏散演练及施工进场前安全教育等视频并上传至AR平台企业云端，现场人员使用移动设备扫描相应物品进行安全交底;为保障施工质量，对于工序复杂的砌筑、抹灰和消声器安装等现场施工，使用Navisworks、Premiere制作可视化交底视频，表达方式简单易懂、交底内容详尽充实，避免了传统施工交底模式造成的交底不彻底、窝工、施工质量缺陷等问题。如图9所示，项目采用BIM技术对墙体进行建模，建模过程与实际砌筑过程相一致。砌筑施工包含的每一道工序，从砖的放置、灰缝及接槎错槎的控制，到墙体拉结筋和构造柱钢筋的布置等，在执行时均符合设计规范和施工规范要求。并于砌体工程开始前制作了砌体施工交底BIM模型与砌体施工模拟视频文件，使施工人员可以精确把控重点，切实保障砌体砌筑应用点的实施。

3.2.3BIM+放样机器人实现精准放样

传统的机电管线与设备安装的精确放样需借助于CAD图纸、红外线、卷尺、墨斗等，且单天放样数量仅为100多个点。相较于传统的放样方式，全自动放样机器人与三维激光扫描技术相配合使得施工现场的放线难度大幅降低，准确性得到极大保证[[10]]。本站的支吊架、植筋点、预留套管位置等共计2 000多个固定点需进行施工放样，采用Trimble LM80手持控制器搭配TRIMBLE建筑机器人全站仪作业，单天放样便可达到500多个点，且仅需1名工人和1名管理人员，见图10，放样结果实时自动记录、并回传至企业云端，保证了施工能够与设计符合，工作效率和作业精度均得到了提高。

3.3 装配式机房的BIM应用

地铁工程本身位于地下且空间有限，在狭小的空间内如何将各类管线、设备进行合理布局[[11]]，避免碰撞冲突和返工修改等突出问题，这对于管线的设计和安装施工来说是一个较大挑战。尤其是本项目中的冷水机房，施工安装时要在有限的场地内同时进行二次结构及综合管线施工，而传统施工的弊端通常表现为安装难、返工多、破坏多。借助于工业化生产的趋势，采用BIM技术+装配化施工模式，不仅有效解决了上述弊端，而且还能突破常规设备机房安装周期长、安全隐患大、后期维修难等问题。本项目以装配式的形式进行冷水机房的安裝，原本需花费15日工期的标准站冷水机房，现仅需17人花费11小时完成，极大地节约工期，为冷水机房的提前交付创造条件。

4 结语

通过南宁某地铁站项目开展BIM技术在施工中的应用发现：在建模前创建机电、暖通、给排水专项构件族库，可提高建模效率，为后续建模奠定基础;通过BIM的管线综合深化设计，可优化管线排布及孔洞预留，通过支吊架设计可避免施工中的返工，并推进项目的进度，减少材料的浪费;施工中运用BIM+技术的可视化进行安全教育、三维技术交底和机电安装放样，可强化现场作业人员的安全防范意识，直观形象地展示复杂的工序和提高作业精度和效率的作用;通过BIM+装配化施工，解决了冷水机房常规设备机房安装周期长、空间紧张、返工多等问题。BIM技术在某地铁站施工建造中的应用，节约了成本，提高了经济效益，可为类似的施工提供参考。

参考文献

收稿日期：2020-12-27

基金项目：国家自然科学基金项目（51568008）资助.

作者简介：李华，在读研究生.

*通信作者：邓朗妮，博士，教授，研究方向：BIM技术研究与应用，E-mail：langni666@126.com.

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[[2]]刘为群.BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考[J].铁道学报，2019，41（3）：97-101.

[[3]]张志伟，张康宁，刘志伟.基于BIM的北京地铁19号线平安里站施工风险巡视过程控制研究[J].隧道建设，2019，39（S1）：110-116.

[[4]]刘卡丁，张永成，陈丽娟.基于BIM技术的地铁车站管线综合安装碰撞分析研究[J].土木工程与管理学报，2015，32（1）：53-58.

[[5]]唐维，张永攀，陈贤国.BIM+VR技术在地铁施工过程中的应用研究[J].公路，2018，63（4）：190-194.

[[6]]張学钢，曾绍武，王朋.BIM技术在兰州地铁东岗站施工中的应用研究[J].现代隧道技术，2017，54（2）：46-54.

[[7]]王茹，王亚康.大型地下综合体设计阶段BIM应用研究[J].建筑科学，2020，36（1）：106-110.

[[8]]沈亮峰.基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用[J].工业建筑，2013，43（6）：163-166，159.

[[9]]雷丽贞，邓朗妮，廖羚， 等.基于BIM的建筑工程项目施工危险源管理研究[J].广西科技大学学报，2020，31（2）：54-59+67.

[[10]]吴金龙，张贺，黄友明， 等.三维激光扫描技术和自动放样机器人在超高层建筑机电安装中的应用[J].安装，2017（4）：15-19.

[13]沈亮峰.基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用[J].工业建筑，2013，43（6）：163-166+，59.

Application of BIM Technology in the Construction of Beihubei Road Subway Station

LI Hua1，2，DENG Langni1，2，LIAO Ling1，2，LI Taisheng1，2，LAI Lvqiang1，2

（1.College of Civil Engineering and Architecture，  Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， China; 2.BIM Research Center， Guangxi University of Science and Technology，  Liuzhou 545006，China ）

Abstract：With the continuous acceleration of my country's information construction，BIM technology

will become more critical in the future subway engineering construction industry. Aiming at the problems of intricate pipelines， many potential safety hazards， high construction quality requirements， and tight schedules during the construction of subway stations， the research and practice of BIM technology in the construction of the Beihubei Road subway station project was carried out. Through model building and pipeline deepening design，BIM-based visualization application and the overall prefabricated assembly of the computer roomthe above problems were effectively solved and good benefits were brought to the project.

Key words：BIM technology; pipeline; visualization; safety; lofting