BIM技术在装配式地铁车站设计中的应用研究

陈盼利

武汉新业人力资源服务有限公司（派驻铁四院城地院建筑所） 湖北 武汉 430000

BIM技术是一种能够提供信息支持、提供动态功能辅助、提供全过程管理基础的建模工具，从装配式地铁车站设计环节开始BIM技术就成为工程管理必不可少的技术手段，协调多个专业的设计人员协同设计，提升设计方案、模型质量的同时降低设计环节耗时。应用BIM技术制作而成的设计模型和方案，在后续技术交底、施工管理中能发挥出更好的效果，可为不同环节、不同需求的工程人员提供相应的帮助。

1 BIM技术相关概述

Building Information Modeling建筑信息模型，简称BIM，是建筑工程全生命周期中进行设计、施工、运营管理的平台，对建筑设施进行数据采集，结合不同阶段的决策需求输出不同形式的支持，满足建筑工程全过程管理所需的协同作业要求[1]。

1.1 BIM技术特征

可视化、仿真性、协同性、优化能力、可出图、信息完整是BIM技术的主要特征，是BIM技术在建筑工程全生命周期管理中提供相应价值的基础[2]。BIM技术可对设计师的设计意图进行三维可视化反馈，设计师的设计、修改均可以在BIM技术软件中得到直观体现，不仅可以降低设计与施工之间技术交底的理解偏差，还能够帮助业主了解建筑施工成果。BIM技术具有优秀的仿真功能，不仅能够将建筑中可见的部分设计进行可视化，还能够将不可见的部分进行仿真展示，比如热传导、通风、光照等，帮助设计人员提升设计有效性。BIM技术表现出了较为优秀的协同性，设计阶段的土木、水电、装饰等不同专业的设计师可以在同一个模型中进行设计，及时发现各部分设计中的冲突部分，及时调整设计内容，提升设计质量；施工阶段管理人员可输入施工进度与设计模型对比，借软件功能及时发现施工上的进度问题、质量问题等，及时调整，保证工程施工进度和效果。BIM技术具有很强的优化能力，这不仅体现在软件可结合输入的数据信息进行模型调整，还体现在软件可提供碰撞试验等功能，

辅助提升优化效果。BIM技术可保存建筑工程的施工材料、技术工艺、时间进度、成本管理等多方数据信息，实现全生命周期内的数据支持，有效避免在建筑周期内因为不断修改、叠加的关系而丢失数据。BIM技术的出图能力优秀，具备一键生成多种图纸的功能，无需设计师进行多角度图纸的单独绘制，降低了出图环节出现错误的可能性。

1.2 BIM技术应用价值

BIM技术不仅仅是一个为建筑全生命周期管理提供协助的技术软件，更代表了一种建筑行业的发展前景。有了BIM技术的参与，传统粗放、低效率的建筑工程领域正在向着管理细致、高效方向转型发展，为建筑领域的低碳、节能、可持续发展奠定了基础[3]。

2 装配式地铁车站设计概述

装配式结构是建筑工程领域实现标准化设计、生产、施工的重要产物，因为设计得准确、细致，所以建筑工程施工所需的构件能够在工厂中生产后进行现场安装施工，有效提升工程现场施工效率，降低现场施工能耗和污染物排放[4]。装配式通常出现在建筑工程的地上部分，地铁车站作为地面以下的建筑工程采用装配式设计施工的情况较少。装配式应用于地铁车站设计施工的优势在于：提升工程作业效率、促使工程节能减排、降低劳动力需求、冬季也能不间断施工；劣势在于：地下施工环境复杂，有出入口通道、站台层、站厅层、辅助设备用房等多个组成部分，消防系统、水电系统等需要较高的协同性和设计施工质量，对地铁车站的设计精度提出了更高的要求。

3 BIM技术在装配式地铁车站设计中的具体应用

3.1 引入BIM技术的必要性

装配式施工模式进入地铁车站工程领域的时间并不长，受到施工环境、施工要求限制需要BIM技术进行设计辅助和支持，提升工程设计的精细度，避免因为设计误差带来施工材料和施工时间的浪费。在应用BIM技术后，地铁车站设计中可将土木工程、机电一体化、消防、暖通、内部装修等专业设计人员集中在一个设计平台上，将各个设计部分进行组合和碰撞试验，提早发现各个部分设计中存在的冲突问题，及时协调解决，避免到了施工阶段才发现设计上的难题，不仅会浪费已经提前生产好的装配构件，还需要时间进行工程变更，拖慢工程进度。各个专业设计人员集中在一个平台上进行设计组合，可提升预留孔洞、预埋管件的设计精度，提升地铁车站装配式施工的精细化程度。而且，BIM技术的应用可完整保留地铁车站设计的参数，并结合工程装配式施工所需进行施工构件的设计，并不断丰富软件的构件库，为设计单位提供越来越强大、丰富的构件模块素材群[5]。

3.2 装配式地铁车站协同设计具体操作

3.2.1 协同设计框架

BIM技术参与下的地铁车站协同设计，需要土木工程、机电一体化专业、内部装修专业的设计人员共同完成工程设计图和模型的输出，协同框架如图1所示。

图1 装配式地铁车站多专业协同设计框架

3.2.2 协同设计实现方法

想要实现装配式地铁车站工程的协同设计，需要借助BIM技术平台实现设计环境、设计工具、设计数据的共享。首先，各专业设计人员需要在同一个局域网中开展设计工作，土木工程专业设计人员完成中心文件和工作集的创建后共享链接。其次，土木工程专业设计人员需要在协作选项中激活并开启工作集的共享，后续的设计文件、模型等均需保存至共享文件夹，才能够完成多专业之间的共享和协同；其他机电专业、装修专业设计人员链接中心文件并领取工作集，完成共享文件的读取。文件保存时需在文件名前添加共享中心文件夹的网络路径，保证文件的共享准确到位。第三，在各个专业的设计人员进行工程设计、构件设计时，需将权限掌握在自己手中，将模型的可编辑状态设置为“是”，使模型的设计修改权限得到控制，避免因为误操作出现相互修改模型、打乱协同设计作业的情况。第四，除了土木工程结构专业的设计人员外，其他专业的设计人员需要以项目基点作为设计基础，并且采用链接中心文件的方式来开展设计工作，为了避免影响土木工程结构的设计成果，在参照类型设置中需选择“覆盖”项，保证协同作业的质量和效率。

3.2.3 协同设计统一标准

多专业设计人员进行协同设计时，想要保证装配式地铁车站的设计质量，保证装配构件的生产和安装效率，需要拥有统一的设计标准，才能够保证协同设计工作的有效展开。①代码统一：在进行文件命名时，为了保证共享和链接效果需要使用统一的代码，比如用工程地点、工程名称首字母进行命名，用设计阶段的拼音简写区分阶段，用专业代码识别模型所属，用大写英文字母标识图纸的改版次数；②模型扣减规则统一：多专业协同设计中想要最终形成整体模型，必须在设计之初就保证模型扣减规则统一，扣减规则是保证多专业模型可统一拼接、减少碰撞的重要一环，比如墙与梁，需以墙顶部约束条件作为梁底，柱与梁，需以构造柱顶部约束条件作为梁底；③精细度统一：精细度是指在建筑工程模型设计中的几何信息、非几何信息精细程度，在不同的设计阶段对BIM技术软件中的模型有不同的精细度要求，通常来讲可行性研究阶段的精细度为100，施工图设计阶段为300，深化设计阶段为350，施工阶段为400。

3.3 施工工序模拟

通过BIM技术软件完成装配式地铁车站的多专业协同设计后，需利用BIM技术软件的模拟功能进行施工工序模拟。通过这道模拟工序可充分呈现设计模型中施工技术的应用过程，提前发现设计方案、施工工艺中存在的可优化空间。通过工序模拟后，工程现场的施工管理有迹可循，有助于管理团队逐步落实工程的每一道施工工序，避免因为工序上的错乱而影响地铁车站的施工进度和施工质量，降低施工过程中出现变更情况的可能性。通过施工工序模拟，设计人员可以更直观地方式完成面向施工管理团队的技术交底，有效节约不同工程管理阶段之间的衔接耗时。

3.4 技术交底可视化

技术交底是设计人员与工程管理人员之间重要的衔接环节，BIM技术的应用可使这一环节以可视化的形式进行，有效避免复杂工艺交底不清，避免导致工程出现施工质量、安全问题，使后续施工管理更加规范。尤其在决定采用装配式施工模式的地铁车站工程中，装配构件之间的相互拼接需要遵循固定的施工顺序，否则可能出现无法装配、装配质量不过关等情况，影响工程质量和进度。应用BIM技术进行可视化交底时，设计人员不仅可以为施工管理人员展示各个工序之间的施工顺序，展示每个施工环节所需要的施工工艺，还可以用BIM软件中的爆炸功能将组建好的模型崩解成N多个装配构件，从装配的角度进行技术交底，提升施工管理人员对装配式地铁车站施工的技术掌握程度。完成交底后，施工管理人员拿到设计人员共享的工程模型后，也可在施工环节中反复通过爆炸功能来崩解所需看清具体装配顺序和工艺要求的模型部分，提升作业管理的质量。这种可视化的交底方式降低了对施工管理人员的技术、经验要求，提高了工程施工的规范程度。

3.5 预埋线、预留孔洞协调

在建筑工程管理中，土木工程结构部分是整个工程的基础，在设计环节中，土木工程结构部分也是整体模型的基础，其他诸如机电、装饰等都需在土木工程结构的基础上进行设计和施工。在技术交底环节和土木工程施工环节中，管理人员都需加强对预埋和预留工序的管理，做好提前开孔、埋管线等工作，与机电专业设计人员、施工人员做好沟通工作，保证后续机电设备入场安装顺利。BIM技术的应用可帮助施工管理人员、土木工程施工团队和机电施工人员明确具体的预埋管线、预留孔洞位置，对工程细节进行提前沟通和交涉，理顺工序之间的注意事项，保证后续机电设备安装和运行的效果。装配式地铁车站工程中需要大量的机电设备，大到地铁车辆运行管理设备、站台供电设备、空调系统，小到站台内亮起的指示路牌，都需要相应的预埋管线和预留孔洞来支持设备的安装、通电和运行。协调好土木工程结构中需要预留的部分，可以有效避免后续内部装饰施工完毕后进行钻孔、埋线对装饰部分造成的影响。

4 BIM技术在装配式地铁车站工程管理中的应用

4.1 工程施工成本统计管理

成本管理是建筑工程重要的部分，装配式工程施工模式具有一定的成本节约优势，但前提是工程管理团队做好成本预算管理、成本支出管理。BIM技术软件在辅助成本管理方面具备一定优势，工程成本管理人员可从设计人员共享的整体模型入手进行土木施工材料、机电设备、装饰材料等部分的快速统计，充分借助计算机的算法优势来处理人工难以统计的成本细节，减轻成本管理团队的工作量和工作难度。有了BIM技术软件的支持，成本管理团队可获得更具体、更具可操作性的工程量和工程成本预算，在后续的材料订购、供给、结算上获得便利。而且，掌握整体模型还能够帮助成本管理人员辅助施工管理团队做好各种施工材料的进场安排，在更合适的时间去追求性价比更高的材料，在工程施工需要前安排进场即可，可有效改善因为临时购买而超支、延迟供应或提前购买导致材料挤压损耗等问题，从管理细节上节约工程成本。

4.2 工程施工进度管控

在工程施工过程中，管理人员可借助BIM技术对工程模型进行算量，预估工程施工的总耗时和各个环节耗时。管理人员还可以BIM工程模型为基础设置预制构件的管理库，结合模型掌握工程施工所需的构件数量，结合实际的预制构件库存出入数量，了解工程当下的施工进度，提升对工程的管控能力。管理团队管控能力提升，有助于做好后续工程施工的构件、吊装设备、人员安排，提升资源、资金的利用率。

5 结语

综上所述，BIM技术在装配式地铁车站设计中有不可忽视的应用价值。BIM技术的应用不仅可以实现多专业设计人员的协同设计，提升装配式构件的精细程度，还能够辅助提升工程技术交底、预埋预留部分施工协调的效果，加强工程成本管理和进度管控，提升整个地铁车站工程的施工效果。