【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .......... 46 實(shí)現(xiàn)了基于 BIM 技術(shù)的質(zhì)量安全管理 .................................. 48 第 6 章 結(jié)論 與建議； ........................................................................................ 50 結(jié)論 ........................................................................................................ 50 建議 ........................................................................................................ 50 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 51 致 謝 .................................................................................................................. 55 1 第 1 章 緒論 研究背景 地鐵憑借其快捷、高速和不占用地面等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前大型現(xiàn)代化城市建設(shè)必不可少的交通工具，給城市居民出行帶來(lái)了極大的方便，有效的改善了城市交通狀況 [1]。南寧市作為廣西省省會(huì)城市，也是嶺南地區(qū)的主要城市，其地鐵建設(shè)起步較晚，目前正處于高速發(fā)展和規(guī)劃建設(shè)中 [2]。 地鐵工程項(xiàng)目作為一個(gè)大型系統(tǒng)工程，在實(shí)施過(guò)程中，其涉及到多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)，如 建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備以及裝修 ，造成了地鐵建設(shè)高度復(fù)雜，稍有規(guī)劃設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，就很容易導(dǎo)致大量資金的浪費(fèi)，因此，對(duì)地鐵項(xiàng)目全生命周期的綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)研究也成了 目前急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題 [35]。通過(guò)對(duì)地鐵管理項(xiàng)目進(jìn)行分析，目前地鐵建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中大多采用 2D 的 CAD 技術(shù)，以二維圖紙規(guī)劃設(shè)計(jì)為主 [68]。這些設(shè)計(jì)規(guī)劃中極易導(dǎo)致工程項(xiàng)目點(diǎn)不易識(shí)別、信息協(xié)調(diào)困難極大的增加了項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn) [9]。這些傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)很難滿(mǎn)足現(xiàn)代化地鐵建設(shè)需求 [10]。通過(guò)對(duì)我國(guó)各城市地鐵實(shí)際施工項(xiàng)目分析，在地鐵項(xiàng)目建設(shè)中，多專(zhuān)業(yè)的協(xié)調(diào)是目前地鐵建設(shè)計(jì)規(guī)劃中的主要問(wèn)題，因?yàn)榈罔F系統(tǒng)的整體復(fù)雜性，通常的以 2D 圖紙為主的設(shè)計(jì)錯(cuò)漏很難被發(fā)現(xiàn) [11]，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槎鄬?zhuān)業(yè)接口的處理不當(dāng)，導(dǎo)致管 線、設(shè)備碰撞等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)地鐵建設(shè)施工過(guò)程中不斷出現(xiàn)返工重建現(xiàn)象，和不僅浪費(fèi)了大量的建設(shè)資金，增加了建設(shè)成本，同時(shí)也導(dǎo)致了工期過(guò)長(zhǎng) [12]，很多項(xiàng)目沒(méi)法及時(shí)完工，嚴(yán)重的阻礙了城市地鐵軌道交通的建設(shè)和發(fā)展 [13]。 BIM 是近年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)全新的先進(jìn)的建筑信息建模軟件，其借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑信息建模的軟件 [14]，其可以通過(guò)數(shù)字信息仿真進(jìn)行建筑的 3D 仿真模擬，具有 3D 可視化、協(xié)調(diào)性，模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn) [15]，通過(guò) BIM 技術(shù) 來(lái)對(duì)地鐵施工過(guò)程進(jìn)行建模構(gòu)建地鐵工程的多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，對(duì)地鐵施工過(guò)程中解決地鐵多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)困難等問(wèn)題具有非常重要的意義 [16]。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀； BIM 技術(shù)思想起源于上世紀(jì) 70 年代，但是一直以來(lái)由于受到計(jì)算機(jī)處理技術(shù)以及現(xiàn)代圖形處理技術(shù)的現(xiàn)在， BIM 技術(shù)一直都是停留在概念設(shè)計(jì)階段，其提供的只是一個(gè)設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)概念，為建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中提供可靠高效的工程管理思路 [17]。 最早是在 1980 年喬治亞理工學(xué)院的 Charles Eastman對(duì) BIM概念進(jìn)行了詳細(xì)的描 2 述，后期隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用 [18]，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)也在土木建筑設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用，并且逐漸的將 IBM 從概念的研究引向了具體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中來(lái) [19]，這也就出現(xiàn)了 1984 年由 匈牙利 Graphisoft 公司 退出的以參數(shù)化為基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)軟件 ArchiCAD，該軟件采用了 BIM 概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)試下“虛擬建筑”的信息系統(tǒng)，但是由于受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)處理能力，該軟件并不能提供很好的圖形交互以及全方位的 BIM 解決方案 [20]，這導(dǎo)致在較長(zhǎng)一段時(shí)間里 BIM 設(shè)計(jì)思維在建筑土木設(shè)計(jì)領(lǐng)域并沒(méi)能得到廣泛的應(yīng)用 [21]。直到 2020 年以后個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)性能得到了普遍的提升，各大院校以及公司才開(kāi)始專(zhuān)注于 BIM 設(shè)計(jì)，專(zhuān)注于如何將 BIM 設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到建筑土木計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中 [22]，此時(shí)在國(guó)外的一些高等院校以及科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)建筑信息模型進(jìn)行深入的分析研究工作，并逐步在土建領(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模的推廣并將其逐步應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。在芬蘭、德國(guó)等一些歐洲國(guó)家 [23]， BIM 應(yīng)用軟件的普及率高達(dá) 60～ 70％。其中代表性的有 Fara等提出了為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與管理的 WISPER 系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以 Web 的 IFC 項(xiàng)目數(shù)據(jù)共享環(huán)境為基礎(chǔ)進(jìn) 行項(xiàng)目信息的輸入、輸出加工與傳遞，從而實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)自動(dòng)化。該系統(tǒng)是 BIM 信息系統(tǒng)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)之一 [24]。 Lee Keunhyong提出基于 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的集成設(shè)計(jì)信息管理 DIMS 體系。該體系為實(shí)現(xiàn) BIM 信息系統(tǒng)全壽命期各專(zhuān)業(yè)信息的全過(guò)程輸入、輸出、加工與傳遞提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為建立適應(yīng)我國(guó)國(guó)情并符合國(guó)際需求的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)提供了參考性依據(jù)，奠定了建設(shè)工程項(xiàng)目 BIM 信息系統(tǒng)編碼的基礎(chǔ) [2530]。這些理論研究后續(xù)成為 BIM 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵理論，后續(xù)出現(xiàn)了一系列的 BIM 設(shè)計(jì)軟件，其中代表性的有 AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、 Autodesk Inventor 等為各專(zhuān)業(yè)建模基礎(chǔ) [31]，以 Autodesk Navisworks Manage 為模型觀測(cè)與碰撞檢查工具，以 AIM 為總布置可視化和信息化整合平臺(tái)開(kāi)展BIM 協(xié)同設(shè) 平臺(tái)等 [32]。這些軟件借助于現(xiàn)代高性能的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，以及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)分布式技術(shù)，提供了友善可靠的全方位的建筑土木施工解決方案 [33]，進(jìn)而得到的廣泛的應(yīng)用，特別是在現(xiàn)代地鐵建設(shè)方面，如德國(guó)著名的地鐵建設(shè)公司 ——貝爾芬格伯格公司 等都是采用這些軟件對(duì)地鐵施工過(guò)程中進(jìn)行前期設(shè)計(jì)和規(guī)劃管理 [34]。有效的提高了地鐵施工效率防止了各類(lèi)工程誤差 [35]。 在我國(guó) BIM 技術(shù)的應(yīng)用還比較少，目前的地體施工項(xiàng)目還主要以二維 CAD 制圖為主 [36]，由于大量的設(shè)計(jì)工作人員熟悉和習(xí)慣與使用 CAD 二維制圖來(lái)解決相關(guān)的項(xiàng)目問(wèn)題，并且 BIM 相關(guān)的技術(shù)人員培養(yǎng)落后，極度缺乏，這些嚴(yán)重的阻礙了 BIM 信息系統(tǒng)在我國(guó)地鐵項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用 [37]。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)甲級(jí) 20 家、乙級(jí) 10 家、丙級(jí)lO 家建筑設(shè)計(jì)院內(nèi) 長(zhǎng)期從事建筑設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)人員的調(diào)查分析，得知只有少數(shù)了解BIM 的建筑 設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人士，也只是在參與個(gè)別大型項(xiàng)目中對(duì)其略有接觸 [38]，而大部分只是“聽(tīng)說(shuō)過(guò)”，真正掌握其使用方法并將其運(yùn)用到工程項(xiàng)目壽命期管理中的很少。這樣極大的阻礙的我國(guó)先進(jìn)工程建設(shè)項(xiàng)目的開(kāi)展 [39]。 3 本文的研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 本文研究主要內(nèi)容 本文從地鐵建設(shè)工程中多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)問(wèn)題出發(fā)，采用 BIM 建筑信息化建模技術(shù)，以南寧地鐵 1 號(hào)線地鐵建設(shè)項(xiàng)目為例，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[40]。進(jìn)而有效解決地鐵施工過(guò)程中的項(xiàng)目協(xié)調(diào)、碰撞檢測(cè)困難等問(wèn)題，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 1）文對(duì)基于 BIM 信息系統(tǒng)的地鐵工程項(xiàng)目的信息化模型進(jìn)行了研究，并通過(guò)基于 BIM 的信息系統(tǒng)的創(chuàng)建、應(yīng)用的價(jià)值和意義、其應(yīng)用對(duì)地鐵工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的影響以及在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題等方面，深入闡述了 BIM 信息系統(tǒng)在解決地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)問(wèn)題上的應(yīng)用方法和現(xiàn)實(shí)意義。 2）基于 BIM 技術(shù)完成了地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和主要功能設(shè)計(jì)。 3）對(duì) BIM 系統(tǒng)的軟硬件要求進(jìn)行了分析，為后續(xù)在南寧地鐵建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用做準(zhǔn)備。 4）以 南寧 1 號(hào)線一期工程的應(yīng)用 為例，實(shí)現(xiàn)了基于 BIM 技術(shù)的地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。 技術(shù)路線 本文采取的技術(shù)路線如圖 11 所示，前期主要是針對(duì) BIM 技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì) BIM技術(shù)在地鐵工程項(xiàng)目多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)中的應(yīng)用進(jìn)行工程評(píng)估和相關(guān)的可行性分析 [41]，確定本文提出的設(shè)計(jì)方案可行。這些主要是基于現(xiàn)有的項(xiàng)目基礎(chǔ)和技術(shù)文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析，其次研究 BIM 技術(shù)在地鐵工程多專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 [42]，基于 BIM 技術(shù)完成地鐵工程多專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用的軟硬件環(huán)境進(jìn)行分析，確定本系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，最后基于該系統(tǒng)完成對(duì)南寧地鐵 1 號(hào)線項(xiàng)目的應(yīng)用 [43]。 4 文 獻(xiàn) 查 閱 理 論 研 究 分 析對(duì) 相 關(guān) 的 B I M 軟 件 進(jìn) 行 了 解分 析 地 鐵 B I M 技 術(shù) 應(yīng) 用 需 求 確定 本 文 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 用 的 軟 件 平 臺(tái)完 成 基 于 B I M 技 術(shù) 的 地 鐵 工 程多 專(zhuān) 業(yè) 協(xié) 調(diào) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì)進(jìn) 一 步 確 定 B I M 軟 件 和 硬 件 要求B I M 技 術(shù) 在 地 鐵 1 號(hào) 線 中 實(shí) 際 應(yīng)用歸 納 總 結(jié) 完 成 論 文 圖 11 技術(shù)路線圖 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 本文基于 BIM 技術(shù)完成領(lǐng)導(dǎo)地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [44]，并且基于該系統(tǒng)成功將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到南寧地鐵 1 號(hào)線項(xiàng)目前期工程，實(shí)現(xiàn)了南寧地鐵 1 號(hào)線的BIM 應(yīng)用設(shè)計(jì) [45]，有效的解決了南寧地鐵 1 號(hào)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著多專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)之間難以協(xié)調(diào)，施工過(guò)程中發(fā)生碰撞、施工安全管理難以控制、工程量算復(fù)雜等問(wèn)題，提高了地鐵項(xiàng)目建設(shè)和施工效率，給出了一套全方位的 BIM 應(yīng)用系統(tǒng)解決方案，通過(guò)該方案 能夠有效的提高地鐵項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)和施工效率，降低工程設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。整個(gè)設(shè)計(jì)中主要有以下創(chuàng)新： 1）應(yīng)用 BIM 技術(shù)突破了傳統(tǒng)的二維的 CAD 設(shè)計(jì)圖紙的局限性，通過(guò)三維可視化技術(shù)能夠更加直觀的對(duì)工程進(jìn)行虛擬整合測(cè)試和相關(guān)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，極大的提高了系統(tǒng)不同專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)能力。 2）在傳統(tǒng)的 3D 虛擬仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 4D 工程虛擬管理仿真，可以在工程實(shí)施前期對(duì)工程進(jìn)行虛擬施工仿真測(cè)試及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，有效的節(jié)約了工程成本和降低了工程施工風(fēng)險(xiǎn)。 3）采用 BIM 可視化技術(shù)和多專(zhuān)業(yè)寫(xiě)整合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 地鐵工程中各種機(jī)電設(shè)計(jì)和水風(fēng)設(shè)計(jì)的整合，實(shí)現(xiàn)了 3D 虛擬化碰撞檢測(cè)，有效防止了施工過(guò)程中發(fā)生碰撞事故。 5 4）基于 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的地鐵工程質(zhì)量和安全管理，可以實(shí)時(shí)跟蹤到整個(gè)工程生命周期中的各個(gè)安全事故和質(zhì)量問(wèn)題，及時(shí)的反饋到系統(tǒng)管理平臺(tái)，結(jié)合 BIM 模型，系統(tǒng)管理人員無(wú)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查就可以確定事故狀態(tài)和發(fā)生原因。 本文章節(jié)安排 本文具體章節(jié)安排如下： 第一章 緒論，對(duì) BIM 技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀和相關(guān)背景進(jìn)行了分析，給出了本文研究的主要內(nèi)容、技術(shù)方案和創(chuàng)新點(diǎn)； 第二章 系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能，完成了基于 BIM 技術(shù)的地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)。給出了系統(tǒng)的整體架構(gòu)和應(yīng)用流程架構(gòu)，以及各個(gè)功能的介紹，為后續(xù)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)； 第三章 BIM 軟件架構(gòu)及主要功能。詳細(xì)介紹了目前國(guó)內(nèi)流行和常用的 BIM 軟件，對(duì) BIM 軟件平臺(tái)進(jìn)行了全面的了解，同時(shí)詳細(xì)介紹了文本選擇的 Revit 系列軟件的基本功能和特色； 第四章 BIM 硬件和網(wǎng)絡(luò)要求，對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于 BIM 技術(shù)的地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件配置進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)給出了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本要求； 第五章 南寧 1 號(hào)線一期工程應(yīng)用，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的基于 BIM 技術(shù)的 地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)解決了南寧 1 號(hào)線一期工程中的相關(guān)問(wèn)題，給出了具體的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)介紹； 第六章，結(jié)論和建議，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)并基于研究成果提出了建議。 6 第 2 章 系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能 系統(tǒng)架構(gòu) . 系統(tǒng)整體架構(gòu) 本文設(shè)計(jì)的基于 BIM 技術(shù)的地鐵工程多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖 21 所示，整個(gè) BIM 系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、建筑專(zhuān)業(yè)和水暖電專(zhuān)業(yè)三大專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，包含了設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、多系統(tǒng)綜合、工程籌劃、工程量算三大功能 [4649]，其中設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)主要包括地鐵建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電管、水管和暖氣管等不同專(zhuān)業(yè)之間的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)問(wèn)題，主要是通過(guò) BIM 信息模型構(gòu)建相應(yīng)的 3D 模型對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別 [50]，判斷和發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的碰撞等設(shè)計(jì)不合理性，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)；多系統(tǒng)綜合主要是 將所有的專(zhuān)業(yè)的單一的工程模式進(jìn)行合并和統(tǒng)一管理的模型 [51]，通過(guò)多系統(tǒng)綜合可以真實(shí)的反映各個(gè)專(zhuān)