汪千郡 （安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）
基于BIM的智慧建造思考与实践
——以上海轨道交通车站施工流程中的智慧应用为例
汪千郡 （安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）
文章从智慧建造兴起的背景出发，思考了智慧建造的内涵，阐述了智慧建造的核心技术——BIM，以及BIM技术的优越性。并以上海市地铁13号线自然博物馆轨道站为工程背景，将BIM引入轨道为例，介绍了基于BIM技术的智慧建造理念及智慧运用的全过程，指出基于BIM技术的智慧建造将是未来城市产业结构调整、国家转型升级必经之路。
BIM；智慧建造；轨道交通
建筑业是我国国民经济的重要产业，随着当前的经济和社会发展要求，建筑业仍然保持着粗放型的发展方式。据统计，目前已建建筑当中，超过90%的建筑都不是节能建筑，能源消耗巨大。其中建筑业能耗占全社会总能耗40%；建筑业用水约占可饮用水资源80%；我国建筑业的水泥消耗量约占全球消耗量的40%；建筑业的CO2排放量约占全国总体碳排放的50%；建筑业的粉尘（PM2.5）占30%。从以上数据可以看出建筑行业的各项能耗占总的比例非常大[1]。
国内BIM行业“信息断层”、“信息孤岛”现象普遍存在，“抛过墙”的工程建造模式无法实现工程相关信息的有效流转与协同工作；工程建筑过程中的大量人、财、物信息还未实现自动数据化；以项目为载体的信息化建设与应用，缺乏基层设计和可持续性；施工现场还存在大量的手工作业，工业化程度低；从绿色建筑的性能分析到施工管理，以及建成后的能耗监控等绿色建筑的全生命期管理都需要研究相应的技术。虽然近几年全球信息技术飞速发展，在我国城市化不断推进的过程中，城市信息化水平特别是智能化将成为城市发展的主题，但整体来说，目前国内建筑行业信息化水平仍较低，还处于初级探索阶段，与国外一些发达国家如美国还是有很大的差距。
2008年，IBM公司提出“智慧城市”的概念。智慧城市是新一代信息技术变革的产物，也是一种新的城市发展理念，智慧城市是以下一代互联网技术、物联网技术、无线通信技术、数据存储与云计算技术、人工智能等新型信息技术为基础，以产业高端发展、社会创新服务、居民智慧生活、生活环境逐步改善的新型城市发展模式。而建设工程项目正是促进居民智慧生活、生活便捷有序、工作高效运行的重要载体，其在建设的各个阶段如设计变更、竣工验收、投资概算、项目管理等各个环节所遇到的资源浪费、工期延误、安全隐患不断发生的困境也是亟需通过智慧化途径来解决。智慧城市的兴起为工程项目的智慧建造提供了非常有力的基础与现实路径，同时，智慧建造也是高效、便捷的智慧城市建设发展的必然要求。
智慧建筑是一种新兴的工程建造模式，它是建立在高度的信息化、工程化和社会化基础上的一种信息融合、全面物联、协同运作、激励创新的工程建造模式。智慧建造理念要求政府、建设方、规划、设计、勘察、施工等各建设参与方共同协调工作、整合资源，实现信息互联互通、信息共享，提高建造过程中信息利用率、资源利用率，大幅减少资源损耗和降低碳排放；实现精细化管理，推动市场实现集约化经营，加快淘汰落后产能。
智慧建造的实施包含了感测与识别相关的遥感遥测（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、射频识别技术（RFID）、传感器技术；宽带网络相关互联、物联、无线通信以及三网融合技术；数据存储与云计算技术；数据挖掘与人工智能技术；可视化与虚拟现实与BIM；4D项目管理等，实现工程项目建设过程的信息化、可视化、智能化。在以上这些技术中，BIM技术则是智慧建造的核心技术，也是其它技术的落脚点。BIM是一个数字化模型，它包含物理几何信息和功能特征。在一个工程项目的整个建设周期过程中，从项目设计，到项目施工建设运营阶段，到最后的拆除都能为此提供可靠的理论科学依据。同时，工程项目的各个参与方都可以根据各自的阶段及需求在BIM数字化模型中输入、获取、自动分析并更新项目信息。BIM技术能为智慧建造的实现提供基础与有力的支撑，智慧建造的理论体系也能为BIM技术的长远发展与运用提供科学的依据及理论基础。BIM的应用为建造行业的发展提供了有力的技术支撑，带来了设计和建造行业的第二次技术革命。
2.3.1 加快工程建设进度
利用BIM技术，可以及时发现设计过程中出现的问题，及时纠正错误，大大降低设计变更所带来的工期延误；利用BIM的参数化设计，不仅可以及时更改设计方案，并且可以显著提高设计进度，为设计方案的优化完善提供便捷；同时能实现项目各参与方之间的信息共享，加强协调沟通，有效提高工程项目进度[2]；
2.3.2 提高工程造价的准确性及工程质量
利用BIM技术的参数化输入，其智能运算功能代替传统的手工计算，不仅大大降低了前期投资成本，节省了人力资源，也使工程造价的估算更精确、更具科学性、合理性。利用BIM构建的三维虚拟模型，能够给人提供直观的三维单体空间感受，更有利于对平面图的理解并为项目决策的制定提供更加直观的依据，提高了项目决策的准确度，同时也提升了工程质量。
2.3.3 有助于业主、设计院等多方合作及共赢[2]
首先，从政府的角度来讲，BIM是信息技术与建造行业深度融合的契机和抓手，推动工程建设从粗放式管理向精细化管理转变，实现“建筑节能”、技术创新，是城市可持续发展的重要方面。其次，从专家学者的角度来讲，BIM是工程项目的数字化和信息化表达，为实现工程建造的工业化、建筑全生命周期管理和工程项目的信息共享与协同管理提供了技术支撑。然后从设计院的角度来讲，BIM是工具，提升了设计效率、与业主的可视化沟通效率，以及为拓展、延伸业务和转型发展提供了机遇；最后对于施工企业来说，BIM是项目的成本控制、进度控制、质量控制、安全管理等实现方法，有助于项目的精细化管理，达到“降低成本、提高效益”的目标[3]。
通常在轨道交通工程的建设过程中，施工人员一般直接按施工方案平面图进行实施，如在施工过程中遇到问题则暂停，通知设计方再修改方案，一般会出现大量的返工，如此不仅造成了人员的窝工、工期的延误、材料的浪费以使成本增加，也使工程质量不易保证。在轨道交通工程中，以站台为例，一个狭窄的空间可能包括若干系统，每一个系统各自成图，通过接口与其它系统进行协调与连接，通过这种的方式来达到系统整合的目的[4]。BIM技术的兴起，改变了传统的施工工艺及过程，BIM建造过程如图1所示，在正式施工之前，BIM咨询公司会依据施工图设计参数，对建设工程进行三维模拟，虚拟建造，同时工程项目的各参与方共同参与沟通，对施工方案提出各自的想法及修改意见，直至达成一致，使方案最优化，在此基础上编制施工组织设计，在往后的施工过程减少返工的次数[5]。
图1 基于BIM的轨道交通车站施工流程智慧建造管理框架
3.2.1 工程概况
本文以上海市地铁线自然博物馆工程为项目案例，分析了BIM技术在轨道交通施工管理过程中的运用，改变了传统的施工流程。在开始施工之前，方案技术人员利用BIM技术的智能化设计，对所需要建设的工程进行现实模拟，整合各项目参与方，加强交流与互动，及时发现施工方案中存在的问题，并提出解决措施，再修改模型，经过反复的修改完善最终形成最优的方案，以使施工顺利进展，减少资源浪费，提高工作效率[6]。上海市地铁线自然博物馆站位于新闸路以南、山海关路以北、石门二路以东的地块内，车站西侧与达安城相邻，南侧通过地下墙与自然博物馆连接，地下与同步建设的自然博物馆地墙相连，地铁站的南部区域结合博物馆地下空间，在其底板下通过，该区段与博物馆的基础工程采取相同的施工方法同时支护开挖。车站站台形式采取岛式曲线站形式，站台规模尺寸根据曲线线路设置。车站主体BIM模型如图2所示。
图2 自然博物馆站车站的竣工模拟图
3.2.2 基于BIM的施工流程智慧建造管理
图3 自然博物馆站虚拟建造过程中出现的碰撞示意图
该轨道站建设利用BIM技术对站台的施工过程进行智能模拟，在模拟建造的过程中，能清晰地发现设计出现的问题，如图3所示，图中用红色标明显示的架体构件即为在施工过程中会可能出现的冲突及问题，据此发现的问题，技术人员对实施方案进行修改。图4为博物馆站的虚拟竣工模型，通过该模型的构建，由建设单位组织监理单位、设计单位、施工单位进行竣工虚拟验收，对施工方案进行综合评估，再确定最优方案后再开始正式施工。在该博物馆站的建设过程中，基于BIM技术，在其正式施工之前利用BIM技术进行虚拟建造和虚拟验收，不断地优化施工方案，对整个施工过程进行智慧控制与管理，最终提前完成工程，节约了工期与资源，并且也保证了实际工程竣工验收质量。
图4 自然博物馆站车站的竣工模拟图
本文以地铁车站工程施工管理为例，运用BIM信息化技术模拟智慧建造的全过程，通过虚拟模拟发现轨道施工设计、验收、运营过程中存在问题，并整合项目各参与方，不断优化完善，提出最佳方案。为轨道交通的建设提供了极大的便利，为工程的精细化管理提供科学依据。智慧建造的方式将是整个建设行业未来的发展方向，也是国家产业结构调整、转型升级的必然要求。基于BIM的智慧建造是利用互联网技术与产业发展相结合的发展方式，通过智能信息化技术的广泛运用，提高数据、信息、技术对社会经济发展的贡献率，也使我们的城市运行更安全、更高效、更便捷、更绿色、更和谐[1]。
[1]刘琰.基于BIM的交通基础设施可持续建设研究[D].重庆：重庆大学，2015.
[2]王丽佳.基于BIM的智慧建造策略研究[D].宁波：宁波大学，2013.
[3]李伟.地铁工程绿色施工应用研究[D].广州：华南理工大学，2014.
[4]郑明远.轨道交通与城市空间整合规划方法论研究[D].北京：北京交通大学，2012.
[5]赵霞.建筑工业4.0视角下基于BIM的建筑集成设计方法研究[D].北京：北京交通大学，2015.
[6]蔡蔚.建筑信息模型(BIM)技术在城市轨道交通项目管理中的应用与探索[J].城市轨道交通研究，2014(5)：1-4.
TU711
A
1007-7359（2016）05-0264-03
10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.095
汪千郡（1970-），男，安徽安庆人，毕业于安徽建筑大学，学士；高级工程师，国家注册城市规划师，国家注册一级建造师。
