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BIM 技术在天津地铁 5 号线中的应用探讨

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BJ-BIM-卜爷 发表于 2018-1-10 11:39:04 | 只看该作者 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
来源:BIM之家网
文 / 方新涛 于 澜 李鹏来
【摘 要】:天津地铁 5 号线是天津地铁第一条开始 BIM 实践应用的地铁线路。经过充分考察,依据可能产生的效益,选择了以管线综合、设计咨询、施工配合等为主的建设周期 BIM 方案。目前天津地铁 5 号线已经基本建成,BIM 的核心价值已经得到了显著体现。文章主要介绍了方案选型的过程和依据以及实际的效果和产生的经济价值。
【关键词】:地铁;建筑信息模型(BIM)辅助设计;管线综合;设计咨询;施工配合;经济价值
背景
1 天津地铁 5 号线 BIM技术应用的背景
   天津地铁 5 号线开始建设之际,正值BIM技术在地铁应用的探索初期。当时已经有了翻三维模型进行碰撞检测,或者看效果,或者协同设计等众多的 BIM应用点;同时有了建设周期,全生命周期等 BIM技术应用方案探索。天津地铁也经历了如何选择一个 BIM应用方案的困难。最终天津地铁 5 号线选择了利用 BIM技术开展辅助设计,以管线综合辅助设计为主的 BIM应用方案并最终获得预期效果。
方案选型
2 BIM方案选型
   目前国内轨道交通行业 BIM技术应用的主要模式(方案) 大致可以归结为如下四类:BIM翻模和碰撞检测;BIM管线综合辅助设计;建设周期BIM技术应用全
生命周期 BIM技术应用,见图 1。
图 1 BIM 应用方案的四种主要模式

       翻模和碰撞检测,BIM/ 管线综合辅助设计既是比较单纯的应用点,也是 BIM地铁应用方案中的两种常见的应用模式。建设周期 BIM和全生命周期 BIM两种模式则较复杂,涵盖了多种应用点。
       目前,单纯的“管线综合(翻模和碰撞检测)”[1] 方式在我国轨道交通建设中应用比较多,也有一些项目的BIM方案扩大到建设周期或者全生命周期 BIM,但设计阶段核心工作采用“翻模和碰撞检测”方式。“翻模和碰撞检测”方式的 BIM工作模式经实践检验暴露的问题较多,主要是翻模人员不懂专业,导致与设计人员沟通效率低;另外,遗留问题多,施工阶段重新调整和拆改多。
       在 BIM方案的选择中,预期收益和投入是很重要的考虑因素。实际上,预期收益一度并不明确,更多的考虑通过实施 BIM能够解决哪些问题,以解决实际问题的效果为主要因素来衡量实施 BIM的效果。基于对全国已(在)建的地铁项目中的 22 个进行调查,可以发现 BIM的预期效果不仅与投入有关,也与
具体方案选型、BIM技术服务单位的设计能力与经验、业主管理能力与经验、以及专业配合度和具体项目实施阶段等有关。
       1)BIM应用模式的升级,会引起 BIM投入的增加。但是这两者之间并不是严格的直线关系,而是落在一组范围内。这也意味着:通过合理的应用点的选择和调整,可以获得较高水平的 BIM应用,同时控制 BIM投入在合理范围内。见图 2。
图 2 不同 BIM 应用方案与投入的关系
       2)BIM方案的应用点组合对应用模式、投资额和最终效果有至关重要的影响。BIM方案选型体现为选择适合各专业开展设计工作的 BIM工作方式,根据项
目特点在设计、施工各阶段选择调整合适的应用点,确认可适配设计和施工各阶段工作效率的管理模式以及最终是否能够解决问题,解决多少问题有决定性的影响。比如:如果只有做翻模和碰撞检测的预算,就无法选择更高端的方案(建设周期 BIM或全生命周期 BIM,也称大 BIM)。再比如:在一定预算范围内,可以根据实际需要选择全生命周期或建设周期 BIM应用方案中的某几个应用点来组合应用。
        BIM的意义是建筑信息模型,只有与建筑的各个专业结合起来,各专业信息在设计中体现出来,才能有效发挥作用。结合实际情况,选择哪些专业BIM,如何做,这个取舍很重要。
       BIM也是建筑项目的信息化。一个项目能否成功运用信息化手段,获得信息化的成功,还取决于结合项目的具体情况,就信息化的具体方案进行取舍。BIM方案选型的函数模型可以表达为BIM方案 =f(BIM投入,设计的工作方式,应用点取舍,工作效率,决策者倾向)
       3)BIM设计能力与经验值高,可以解决的问题明确、效益高。目前,我国轨道交通行业建设任务重,设计和施工工期紧。在不影响项目进度的情况下,要求从原来的 2D设计方式替换为 3D设计,还是有很大的困难。目前主要还是通过 BIM咨询服务单位来介入和完成BIM工作。
        BIM服务咨询单位的专业能力、项目经验对于找出关键改进项、并解决问题至关重要。认为两者之间是类似抛物线的关系,见图 3。
图 3 不同 BIM 应用方案与投入的关系
        4)BIM效益由 BIM投入,BIM方案,实施单位能力等因素决定。“适合设计的工作方式”, “基于项目特点的应用点取舍”等这些因素是方案选型的主要构成和影响因素,不独立作用于 BIM效益的产生。BIM投入虽然会对 BIM方案选型有影响,但当资金投入达到一定规模后,会有多种组合模式可以待选。因此,BIM投入仍是决定效益产出的一个独立因素。最终,BIM 效益产生与主要相关因素的函数关系可以表达为:
BIM效益(解决问题收益)=f(BIM投入,方案选型,BIM设计能力与经验,业主管理能力与经验)
       天津地铁 5 号线是天津地铁建设中第一条引入BIM方案的线路。经过详细的调查和研究,其 BIM方案定位为在有效控制项目中的 BIM投入前提下,实现建设周期 BIM应用。从设计阶段要求 BIM辅助设计、设计咨询等,有效地解决设计中问题,从而实现优化设计的目的;施工阶段引入 BIM施工配合,确保按BIM图施工,以保证 BIM 成果在施工中落地和 BIM 的应用效果。
      这种方案选择的目标是控制投入并确保设计进度和质量;实现利用 BIM技术优化设计,最终实现按图施工、管线设备施工无拆改、减少设计变更与现场协调工作等。目前,5 号线已经完成北段所有站的管线施工和设备安装,BIM 产生的价值和效益已经得到初步验证和体现。
BIM方案组成与特点
3 BIM方案组成与特点
       天津地铁 5 号线的 BIM应用方案包含 BIM辅助设计和 BIM施工配合两个阶段组成部分。
3.1 BIM辅助设计
1)管线综合设计。
       地铁车站空间有限,专业多(近20 个专业),管线十分复杂,要在有限的空间布置这么多专业的管线,难度特别的大,设计要是稍有疏忽,在管线和设备安装过程中,很容易发生拆改现象,造成返工,材料浪费,延误工期等题。在设计阶段引入 BIM管线综合设计 ,充分考虑安装和运维的空间要求等因素,输出可以指导施工的 BIM管线综合设计成果。
2)设计咨询。
      地铁车站的超过 10 个专业部署在相对狭小的车站空间内,各专业难免发生冲突 ;建筑、结构的布局可能会加剧设备空间的挤迫。有经验的设计咨询单位可以给出合理的设计建议,提前并高效解决可能出现的问题,以实现设计化,提高设计质量的目的。
3.2 BIM施工配合
1)培训。
       进入施工阶段后首先对业主代表、施工单位和监理进行培训,让他们能熟练使用 BIM辅助设计成果并根据 BIM图进行综合支吊架的设计和下料,实现材料预加工,保证 BIM 成果顺利的从设计阶段传递到施工阶段。
2)施工配合。
       施工配合主要是审核施工单位的综合支吊架是否改变原 BIM设计以及根据现场实际情况优化 BIM图。
3)现场检查。
       现场检查主要是配合业主、监理到现场检查施工单位是否做到按 BIM图施工,对没有做到按 BIM 图施工的提出整改意见,以确保施工单位按图施工。
       通过以上管理办法,实现了设计和施工的统一,BIM图和施工竣工图的统一。将 BIM成果从设计阶段传递到施工阶段,为天津地铁 5 号线的未来运维管理打下基础,也是天津地铁应用 BIM技术的最大成功之处。
设计与施工世纪效果图
4 设计与施工实际效果
       站厅层 BIM设计效果见图 4 和图 5。
                                                                                                                     图 4 站厅层公共区局部透视
图 5 站厅层设备走廊局部透视
      站台层 BIM设计效果见图 6。
图 6 站台层公共区局部透视
      设备房间 BIM设计效果见图 7 和图 8。
图 7 环控电控室透视
图 8 弱电综合机房透视
       复杂区域局部设计和实际施工效果见图9 和图 10。
  a 设计                            b 现场
      图 9 出入口横穿下翻梁的 BIM 设计与现场施工对比
a 设计                          b 现场
       图 10 变配电室 BIM 管综设计与现场施工对比
经济效益
5 天津地铁 5 号线 BIM技术创造的经济效益
       首先,BIM技术应用实现了前期设计阶段就能有效地发现和解决各专业冲突、优化设计,提高设计质量的目标。这最终意味着在设计阶段为施工阶段实现无拆改、无返工现象提供了保证。
       其次,BIM成果对天津地铁 5 号线的运维管理产生无形价值。
       1)由于检修空间有了保证,为后期设备和管线的运维提供了技术保证。
       2)由于 BIM成果的直观性,使得运维过程中能利用 BIM成果进行工作指导。
       3)BIM成果带有属性,通过属性可以知道管线和设备的一些信息,为运维提供了直观的三维数据。
       4)由于三维和二维的联动性,可以利用三维生成二维图,避免后期工程改造时寻找蓝图及核对的烦恼。
      5)BIM成果为后期工程改扩建提供了设计依据。
      6)BIM成果中的有效信息为后期运维管理数据集成提供了数据来源。
      BIM技术应用除了业主获益,施工单位也获益且经济效益较明确,可衡量。在天津地铁 5 号线北段 8 个车站管线施工完毕后,组织施工单位进行了 BIM技术应用的效益统计,见表 1。
表 1 5 号线一标段 BIM 实施效益简易统计
通过对已施工车站的调查,利用 BIM技术后,每个站可以节约 1 月以上的工期,节约因拆改产生的各类费用合计将近 100 万元,同时也大大的降低了建设单位和设计单位以及施工单位的管理成本。5 号线共计21 个站采用了 BIM辅助设计技术,合计产生经济效益保守估计有几千万元。如果考虑因施工进度缩减产生的经济效果,5 号线 BIM总收益将更大。
总结
6 总结
       1)天津地铁 5 号线 BIM技术的应用达到了控制投入,确保效益的目标。根据在施工阶段对已施工车站的调查与统计,可以统计出因 BIM实施得到改善而产生的经济效益;同时也可以就此估算出其他未能体现在统计值中的经济效益;对比 BIM方案的投资,可以看到,投资收益比在 10 倍左右。
       2)天津地铁各部门配合,在工程管理的过程中充分重视和利用 BIM成果解决问题。在工程管理过程中,天津地铁集团各部门非常重视 BIM技术的应用。设备中心定期开会,对 BIM成果进行一一审查并及时组织协调问题,解决与落实,同时,在施工阶段能够做到严格要求施工单位按 BIM图施工。
      在进入施工阶段后,及时组织培训;定期检查施工进展情况,确保按图施工。各标段安装完成后,及时组织对施工经验进行总结与推广。各部门相互配合,管理跟进。这些都是天津地铁 5 号线 BIM技术应用成果有效落地的保证。
       3)合适的BIM服务单位和设计总体单位为BIM项目成功推行奠定基础。选择合适的 BIM单位并在有实力的总体单位管理下协调工作,对 5 号线 BIM实施的成果奠定了良好基础。
       接下来,天津地铁将继续探索扩大 BIM应用领域。将对包括车辆段停车场、管线迁改、公共区装修设备的BIM模拟分析和优化设计、BIM施工配合等都将开展进一步探索和务实的应用,更好的为天津地铁建设服务。
参考文献:
[1]高继传,江文化.三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨[J].铁道标准设计,2015, (7):134- 137.
[2]武雪都,江文化,于 澜.无锡地铁施工中三维管综设计施工对接和施工管理实践[J].安装,2015, (1):53- 56.
[3]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.

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