BIM 技术在装配式地铁车站工程项目中的应用

     

文章依托深圳市某装配式地铁车站工程项目，系统性介绍BIM技术在装配式车站工程项目设计、生产、施工阶段的应用。在设计阶段，利用BIM软件，建立项目构件族及车站BIM模型，实现各专业之间的协同设计、碰撞检测及项目工程量统计，可有效提升设计出图的质量及效率。在预制构件生产阶段，开发预制构件信息化管理平台，将BIM与RFID技术相结合，对预制构件生产进行信息化管理。在施工阶段，利用BIM技术与RFID、三维激光扫描、VR等技术的集成应用，实现信息化施工管理、施工进度控制、施工可视化模拟、施工质量检查及智能化安全管理等。实践证明，BIM技术在装配式地铁车站工程项目各阶段的应用可实现信息在各环节、各参与方之间的顺畅流转和协同共享，使项目的效率、质量及安全控制水平得到显著提升。

  01   

工程概况  

 

深圳市某装配式地铁车站工程为地下两层双跨岛式车站，车站总长度约为228m，其中装配段总长度为174m，装配率为76.3%，现浇段总长度为54m（图1）。装配式车站结构横断面内净宽为19.9m，总宽度为22.3m，站厅层建筑净高为6.85m，站台层至站厅层建筑高度为5.1m（图2）。装配式车站横断面由底板块、侧墙块、顶板块、中板块、纵梁块和立柱块组成（图3）。  

 

  02 

BIM 技术在项目

设计阶段的应用

2.1 三维模型建立  

在设计阶段，设计师先利用BIM软件对装配式地铁车站的各预制构件进行设计，创建各类族并将其上传至专门的BIM构件产品库（图4），以使各专业能够直接检索、查看及导出项目所需的预制构件族并进行模型组装，从而有效节省建模时间。拼装完成的装配式地铁车站BIM三维模型如图5所示。BIM技术可实现三维模型的二维视图（图6）自动生成，从而有效避免了利用传统方法进行平、立、剖面图单独创建所造成的效率低下及图纸信息错乱或遗漏的问题。由于二维视图与三维模型相互关联，一旦三维模型发生变动，无需人为操作，所有二维视图将自动进行同步更新，可显著提高设计效率及质量。此外，各构件的信息（如构件编码、材料、生产厂家名称等）均可在建模的过程中进行补充和完善，以便为后续生产阶段提供必要的数据支撑。  

 

2.2 多专业协同设计  

由于装配式地铁车站工程项目涉及专业多、设计周期长、信息量大，因此各专业之间的协同工作极其重要。基于BIM技术，各专业可通过BIM协同设计平台（以下简称“平台”）实现提资与设计的同步进行及模型信息的实时交换共享，从而大幅提高设计的效率和准确性。当某专业对本地模型做出修改，平台上的中心模型可进行同步更新，确保了每个专业能够获取到其他专业最新的模型信息并及时对自己的模型进行相应的修改或优化。例如，建筑专业可根据设备专业模型的要求进行房间布置调整，结构专业可根据建筑模型确定板上开洞的位置、大小（图7），以及预埋吊钩的位置（图8）。   

 

2.3 碰撞检测  

使用传统的设计方式难以发现各专业结构及设备之间的空间位置冲突问题。例如，对于设备专业而言，由于管道众多，很容易发生管道间的碰撞或管道与结构构件的重叠布置。在设计阶段，利用BIM技术可对各专业模型进行碰撞检测参数设置及碰撞检测，生成碰撞冲突报告，并在模型上同步显示碰撞部位，以便设计人员及时发现碰撞冲突，并据此进行有效沟通协调，对设计方案做出反复调整，直至碰撞问题全部解决，从而避免了在施工阶段才发现设计冲突，导致重新调整设计方案及返工，造成人力财力损失及施工进度延缓的情况发生。模型碰撞问题协调解决后，可通过对三维模型添加大样图、参数化标准图框、尺寸标注及文字说明等，快速生成标准化施工图。  

2.4 工程量统计  

模型设计完成并整合在一起之后可以形成项目的BIM数据库，BIM数据库支持项目各参与者间的信息实时交换共享。各参与者可以从BIM数据库中调用丰富的项目数据信息并进行整合分析，例如，快速生成项目构件明细表，对工程量进行统计，从而为造价人员提供准确的工程量数据。若BIM模型发生改变，明细表也会同步更新，从而有效避免造价人员进行多次重复计算及出现计算错误，提高其工作效率。  

  03 

BIM技术在预制构件

生产阶段的应用

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与传统现浇项目相比，装配式建筑工程项目的全生命周期增加了预制构件生产这个重要环节，预制构件的生产质量是决定整个装配式建筑工程项目质量的关键。  

利用BIM技术可实现预制构件生产管理的信息化。生产厂家可通过BIM数据库直接获取预制构件的三维模型和数据信息，并据此进行生产，从而避免因传统二维图纸表达不直观导致生产工人对构件信息理解有误，或者因信息传递过程中的错误导致厂家获取的构件信息不全等问题。  

在预制构件生产过程中，工人将带有唯一电子编码的射频识别（RFID）标签置入每个构件中，并使用手机或RFID专用读写设备将构件生产、质检及堆场等信息录入标签。上述信息可通过现场无线网络传输至基于BIM技术开发的预制构件信息化管理平台，相关人员可登录平台或使用读写设备直接扫描标签以获取构件生产信息（图9）。因此，BIM与RFID技术的结合，不仅可以确保生产管理人员随时查看构件钢筋笼在加工、入模、浇筑、蒸养、脱模等生产工序中的所有数据信息，从而提高构件质量管理水平，达到构件质量责任可追溯的目标，还可以实现与其他参与方的信息共享，以便各参与方随时了解预制构件的生产情况并根据项目进度与生产方协调构件生产计划。  

 

在预制构件发运阶段，工人会在确认发运信息后对预制构件进行装车发运。在这过程中，可通过使用手机或RFID专用读写设备扫描成品RFID标签的方式对预制构件类型、配送目的地、配送车牌号等信息进行登记，从而规避人工信息录入易出错的风险，提高构件发运效率。  

  04 

BIM 技术在

项目施工阶段的应用

 

4.1 预制构件信息化施工管理  

预制构件入场时，设置在工地入口处的RFID阅读器可自动扫描并读取预制构件RFID标签中的数据；入场后，相关人员会对预制构件进行质量检验，并将检验合格的预制构件存储至指定的位置。工人会将预制构件入场及存储的信息记录在标签中，以便现场管理人员及时掌握现场情况，也可确保吊装人员精确定位待吊装构件的堆放存储位置，从而提高吊装效率。吊装预制构件时，现场管理人员通过扫描预制构件标签直接获取构件信息，吊装设备的显示屏上也会同步显示相关信息，吊装人员在阅读预制构件信息后按照吊装计划进行吊装作业，从而有效避免了构件错用或安装顺序、位置不正确的情况，提高了预制构件安装质量及效率。在预制构件入场、存储及吊装过程中，录入标签的信息可实时传输至预制构件信息化管理平台，从而实现预制构件全过程状态的可追踪。  

4.2 施工进度管理  

利用BIM技术进行施工进度管理，可在现场施工前将BIM三维模型导入BIM软件，制作项目施工进度计划四维模型，即将项目任务分解成各项子任务，在BIM软件中添加各子任务的计划起始时间与计划完成时间，从而得到整个项目的计划施工顺序和计划工期。在施工过程中，可将BIM、RFID等技术相结合，追踪现场实际施工进度，并将其与计划进度进行对比，得到施工进度偏差。施工管理人员可综合考虑施工进度偏差与现场施工质量情况，灵活调整施工计划，以确保项目能够在规定工期内完工且满足质量要求。  

同时，生产厂家通过获取施工现场的实际施工进度信息及更新后的施工计划，可根据自身原材料库存情况及实时生产进度，合理调整预制构件生产计划，并及时将生产计划调整信息反馈给施工方，实现信息互通。这样既可以避免工厂出现材料紧缺、生产停顿的情况，也能够防止施工现场窝工或构件堆积过多。  

4.3 施工方案模拟及可视化技术交底  

由于装配式地铁车站预制构件吊装工序复杂，施工质量要求高，因此为确保项目安全、有序、高效率、高质量地施工推进，需要利用BIM技术对施工过程进行模拟。  

使用BIM技术对预制构件临时堆存场地及设备运行线路进行提前规划并对相应过程进行可视化模拟，可以直观展示出规划的不足，帮助管理人员及时对规划进行调整优化以得到最佳方案，从而有效避免预制构件在施工过程中可能产生的二次搬运，提高了装配式地铁车站工程的施工效率。  

对于车站装配段的施工方案，可利用BIM技术建立三维模型，并对相关施工过程进行模拟仿真。例如，通过三维动画方式模拟底板拼装、中立柱及中纵梁拼装、侧墙吊装及拼装成环、中板及轨顶风道拼装、装配段支撑体系转换、顶板拼装（图10）、出入口矩形环框梁拼装等流程，便于管理人员优化施工方案。对于相关的技术交底，可利用BIM技术制作施工指导动画，通过可视化方式对施工工艺顺序及施工过程中的重难点进行详细展示，从而增强施工人员对上述信息的理解，提高技术交底质量，确保高效率、高质量地施工。    

 

4.4 施工质量检查  

传统的施工质量检查主要依靠人工进行实地检查，但由于工作量大、施工现场环境恶劣等原因，容易导致检查精度及效率低下。采用将BIM和三维激光扫描技术相结合的智能化质量检查方法，可以在确保检查精度的同时，减少检查人员的任务量，提高检查效率。  

具体应用场景如下：扫描前，明确扫描内容，制定扫描计划，根据扫描内容及计划选择最合适的三维激光扫描仪并将其扫描参数（如扫描角度、分辨率等）调至最佳；扫描时，使用三维激光扫描仪进行多次扫描以获取施工现场的原始点云数据，并对原始扫描数据进行降噪等预处理以避免无效点云数据及噪声点对模型的影响，然后将预处理后的扫描数据导入软件中生成实体点云模型；扫描后，使用分析软件对项目BIM模型与实体点云模型进行对比检测分析并生成准确的检测分析报告，在确保施工质量检查工作效率及精度的同时，协助施工管理人员分析偏差情况，以便根据检测结果进一步优化后续施工。  

4.5 施工安全管理  

装配式地铁车站工程项目结构复杂、施工难度大，为有效降低安全事故发生率、提高安全管理效率，可利用智能安全管理平台，引入BIM、虚拟现实（VR）、物联网（IoT）、智能监控、视频人工智能（AI）大数据分析等技术，为施工过程的安全控制提供有力保障。  

具体应用场景如下：项目管理人员利用BIM三维模型对施工过程中的危险区域进行提前分类和标识，以不同颜色显示区域的危险程度，并注明在不同危险程度区域中禁止进行的施工任务，如此可有效避免在危险区域内不当施工所造成的安全事故；对施工场地进行视频覆盖，利用智能监控技术对现场人员进行实时监控，结合视频AI大数据分析技术检测分析人脸、物体、人员行为等，智能识别人员异常行为及违章人员身份并第一时间在智能安全管理平台上发出预警，从而显著提高施工安全管理水平及效率；利用BIM与VR技术，根据地铁车站施工特点创建虚拟的地铁车站施工环境，并添加施工现场常见的安全事故模拟场景，以便对施工人员开展沉浸式应急演练，提高其在遇到真实安全事故时解决问题的能力。  

参考文献

[1] 吴成刚，虞璇. BIM 技术在装配式地铁车站工程项目中的应用[J]. 现代城市轨道交通，2023（6）：112-117.

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