基于bim技术的地铁工程多专业协调系统设计与实现(编辑修改稿)

基于bim技术的地铁工程多专业协调系统设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

.......... 46 实现了基于 BIM 技术的质量安全管理 .................................. 48 第 6 章 结论 与建议； ........................................................................................ 50 结论 ........................................................................................................ 50 建议 ........................................................................................................ 50 参考文献 .............................................................................................................. 51 致 谢 .................................................................................................................. 55 1 第 1 章 绪论 研究背景 地铁凭借其快捷、高速和不占用地面等优点，已经成为目前大型现代化城市建设必不可少的交通工具，给城市居民出行带来了极大的方便，有效的改善了城市交通状况 [1]。 南宁市作为广西省省会城市，也是岭南地区的主要城市，其地铁建设起步较晚，目前正处于高速发展和规划建设中 [2]。 地铁工程项目作为一个大型系统工程，在实施过程中，其涉及到多个专业领域相关的技术，如 建筑、结构、机电设备以及装修 ，造成了地铁建设高度复杂，稍有规划设计错误，就很容易导致大量资金的浪费，因此，对地铁项目全生命周期的综合规划设计研究也成了 目前急需解决的关键问题 [35]。 通过对地铁管理项目进行分析，目前地铁建设规划设计过程中大多采用 2D 的 CAD 技术，以二维图纸规划设计为主 [68]。 这些设计规划中极易导致工程项目点不易识别、信息协调困难极大的增加了项目施工风险 [9]。 这些传统的规划设计技术已经很难满足现代化地铁建设需求 [10]。 通过对我国各城市地铁实际施工项目分析，在地铁项目建设中，多专业的协调是目前地铁建设计规划中的主要问题，因为地铁系统的整体复杂性，通常的以 2D 图纸为主的设计错漏很难被发现 [11]，经常会因为多专业接口的处理不当，导致管 线、设备碰撞等问题，进而导致整个地铁建设施工过程中不断出现返工重建现象，和不仅浪费了大量的建设资金，增加了建设成本，同时也导致了工期过长 [12]，很多项目没法及时完工，严重的阻碍了城市地铁轨道交通的建设和发展 [13]。 BIM 是近年发展起来的一门全新的先进的建筑信息建模软件，其借助于现代计算机图形处理技术，是以建筑工程项目的各项相关的信息数据作为基础，进行建筑信息建模的软件 [14]，其可以通过数字信息仿真进行建筑的 3D 仿真模拟，具有 3D 可视化、协调性，模拟性、优化性和可出图性等特点 [15]，通过 BIM 技术 来对地铁施工过程进行建模构建地铁工程的多专业协调系统，对地铁施工过程中解决地铁多专业协调困难等问题具有非常重要的意义 [16]。 国内外研究现状； BIM 技术思想起源于上世纪 70 年代，但是一直以来由于受到计算机处理技术以及现代图形处理技术的现在， BIM 技术一直都是停留在概念设计阶段，其提供的只是一个设计模式和设计概念，为建筑设计过程中提供可靠高效的工程管理思路 [17]。 最早是在 1980 年乔治亚理工学院的 Charles Eastman对 BIM概念进行了详细的描 2 述，后期随着计算机技术的快速发展和应用 [18]，计算机辅助设计技术也在土木建筑设计中得到了应用，并且逐渐的将 IBM 从概念的研究引向了具体的计算机辅助设计软件开发过程中来 [19]，这也就出现了 1984 年由 匈牙利 Graphisoft 公司 退出的以参数化为基础的工程设计软件 ArchiCAD，该软件采用了 BIM 概念进行设计，构建了一个试下“虚拟建筑”的信息系统，但是由于受限于当时计算机处理能力，该软件并不能提供很好的图形交互以及全方位的 BIM 解决方案 [20]，这导致在较长一段时间里 BIM 设计思维在建筑土木设计领域并没能得到广泛的应用 [21]。 直到 2020 年以后个人计算机技术的快速发展和应用，计算机性能得到了普遍的提升，各大院校以及公司才开始专注于 BIM 设计，专注于如何将 BIM 设计理念应用到建筑土木计算机辅助设计中 [22]，此时在国外的一些高等院校以及科研机构开始对建筑信息模型进行深入的分析研究工作，并逐步在土建领域进行大规模的推广并将其逐步应用到工程实践中去。 在芬兰、德国等一些欧洲国家 [23]， BIM 应用软件的普及率高达 60～ 70％。 其中代表性的有 Fara等提出了为实现计算机辅助设计与管理的 WISPER 系统，该系统是以 Web 的 IFC 项目数据共享环境为基础进 行项目信息的输入、输出加工与传递，从而实现建筑设计自动化。 该系统是 BIM 信息系统在建筑工程领域的应用基础之一 [24]。 Lee Keunhyong提出基于 IFC 标准的集成设计信息管理 DIMS 体系。 该体系为实现 BIM 信息系统全寿命期各专业信息的全过程输入、输出、加工与传递提供了统一的数据基础，也为建立适应我国国情并符合国际需求的数据编码系统提供了参考性依据，奠定了建设工程项目 BIM 信息系统编码的基础 [2530]。 这些理论研究后续成为 BIM 软件设计实现的关键理论，后续出现了一系列的 BIM 设计软件，其中代表性的有 AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、 Autodesk Inventor 等为各专业建模基础 [31]，以 Autodesk Navisworks Manage 为模型观测与碰撞检查工具，以 AIM 为总布置可视化和信息化整合平台开展BIM 协同设 平台等 [32]。 这些软件借助于现代高性能的计算机处理技术，以及先进的网络分布式技术，提供了友善可靠的全方位的建筑土木施工解决方案 [33]，进而得到的广泛的应用，特别是在现代地铁建设方面，如德国著名的地铁建设公司 ——贝尔芬格伯格公司 等都是采用这些软件对地铁施工过程中进行前期设计和规划管理 [34]。 有效的提高了地铁施工效率防止了各类工程误差 [35]。 在我国 BIM 技术的应用还比较少，目前的地体施工项目还主要以二维 CAD 制图为主 [36]，由于大量的设计工作人员熟悉和习惯与使用 CAD 二维制图来解决相关的项目问题，并且 BIM 相关的技术人员培养落后，极度缺乏，这些严重的阻碍了 BIM 信息系统在我国地铁项目建设中的应用 [37]。 通过对国内甲级 20 家、乙级 10 家、丙级lO 家建筑设计院内 长期从事建筑设计的专业人员的调查分析，得知只有少数了解BIM 的建筑 设计专业人士，也只是在参与个别大型项目中对其略有接触 [38]，而大部分只是“听说过”，真正掌握其使用方法并将其运用到工程项目寿命期管理中的很少。 这样极大的阻碍的我国先进工程建设项目的开展 [39]。 3 本文的研究内容与技术路线 本文研究主要内容 本文从地铁建设工程中多专业协调问题出发，采用 BIM 建筑信息化建模技术，以南宁地铁 1 号线地铁建设项目为例，实现对地铁工程多专业协调系统的设计与实现[40]。 进而有效解决地铁施工过程中的项目协调、碰撞检测困难等问题，本文的主要研究内容如下： 1）文对基于 BIM 信息系统的地铁工程项目的信息化模型进行了研究，并通过基于 BIM 的信息系统的创建、应用的价值和意义、其应用对地铁工程项目实施过程的影响以及在应用过程中存在的问题等方面，深入阐述了 BIM 信息系统在解决地铁工程多专业协调问题上的应用方法和现实意义。 2）基于 BIM 技术完成了地铁工程多专业协调系统的设计，其中包括系统的架构设计和主要功能设计。 3）对 BIM 系统的软硬件要求进行了分析，为后续在南宁地铁建设项目中的应用做准备。 4）以 南宁 1 号线一期工程的应用 为例，实现了基于 BIM 技术的地铁工程多专业协调系统的应用。 技术路线 本文采取的技术路线如图 11 所示，前期主要是针对 BIM 技术进行研究，对 BIM技术在地铁工程项目多专业协调中的应用进行工程评估和相关的可行性分析 [41]，确定本文提出的设计方案可行。 这些主要是基于现有的项目基础和技术文献进行研究分析，其次研究 BIM 技术在地铁工程多专业系统系统中的应用 [42]，基于 BIM 技术完成地铁工程多专业系统系统的设计，其中包括系统的架构设计和系统的功能设计。 完成系统设计之后对系统的应用的软硬件环境进行分析，确定本系统运行的软硬件环境，最后基于该系统完成对南宁地铁 1 号线项目的应用 [43]。 4 文 献 查 阅 理 论 研 究 分 析对 相 关 的 B I M 软 件 进 行 了 解分 析 地 铁 B I M 技 术 应 用 需 求 确定 本 文 设 计 应 用 的 软 件 平 台完 成 基 于 B I M 技 术 的 地 铁 工 程多 专 业 协 调 系 统 的 设 计进 一 步 确 定 B I M 软 件 和 硬 件 要求B I M 技 术 在 地 铁 1 号 线 中 实 际 应用归 纳 总 结 完 成 论 文 图 11 技术路线图 本文的主要创新点 本文基于 BIM 技术完成领导地铁工程多专业协调系统的设计 [44]，并且基于该系统成功将 BIM 技术应用到南宁地铁 1 号线项目前期工程，实现了南宁地铁 1 号线的BIM 应用设计 [45]，有效的解决了南宁地铁 1 号设计过程中存在着多专业系统之间难以协调，施工过程中发生碰撞、施工安全管理难以控制、工程量算复杂等问题，提高了地铁项目建设和施工效率，给出了一套全方位的 BIM 应用系统解决方案，通过该方案 能够有效的提高地铁项目工程设计和施工效率，降低工程设计错误。 整个设计中主要有以下创新： 1）应用 BIM 技术突破了传统的二维的 CAD 设计图纸的局限性，通过三维可视化技术能够更加直观的对工程进行虚拟整合测试和相关系统的协调，极大的提高了系统不同专业之间的协调能力。 2）在传统的 3D 虚拟仿真技术基础上，应用 BIM 技术实现了 4D 工程虚拟管理仿真，可以在工程实施前期对工程进行虚拟施工仿真测试及时发现工程施工过程中存在的问题，有效的节约了工程成本和降低了工程施工风险。 3）采用 BIM 可视化技术和多专业写整合技术实现了 地铁工程中各种机电设计和水风设计的整合，实现了 3D 虚拟化碰撞检测，有效防止了施工过程中发生碰撞事故。 5 4）基于 BIM 技术实现的地铁工程质量和安全管理，可以实时跟踪到整个工程生命周期中的各个安全事故和质量问题，及时的反馈到系统管理平台，结合 BIM 模型，系统管理人员无需进行现场勘查就可以确定事故状态和发生原因。 本文章节安排 本文具体章节安排如下： 第一章 绪论，对 BIM 技术在地铁工程中的应用现状和相关背景进行了分析，给出了本文研究的主要内容、技术方案和创新点； 第二章 系统架构和主要功能，完成了基于 BIM 技术的地铁工程多专业协调系统的整体设计和功能设计。 给出了系统的整体架构和应用流程架构，以及各个功能的介绍，为后续应用打下了基础； 第三章 BIM 软件架构及主要功能。 详细介绍了目前国内流行和常用的 BIM 软件，对 BIM 软件平台进行了全面的了解，同时详细介绍了文本选择的 Revit 系列软件的基本功能和特色； 第四章 BIM 硬件和网络要求，对本文设计的基于 BIM 技术的地铁工程多专业协调系统的相关计算机硬件配置进行了说明，同时给出了网络结构基本要求； 第五章 南宁 1 号线一期工程应用，应用本文设计的基于 BIM 技术的 地铁工程多专业协调系统解决了南宁 1 号线一期工程中的相关问题，给出了具体的应用实现介绍； 第六章，结论和建议，对全文进行总结并基于研究成果提出了建议。 6 第 2 章 系统架构和主要功能 系统架构 . 系统整体架构 本文设计的基于 BIM 技术的地铁工程多专业协调系统的整体架构如图 21 所示，整个 BIM 系统由结构专业、建筑专业和水暖电专业三大专业数据库组成，包含了设计协调、多系统综合、工程筹划、工程量算三大功能 [4649]，其中设计协调主要包括地铁建筑设计、结构设计、电管、水管和暖气管等不同专业之间的设计协调问题，主要是通过 BIM 信息模型构建相应的 3D 模型对其进行检测和识别 [50]，判断和发现施工过程中可能出现的碰撞等设计不合理性，及时调整设计；多系统综合主要是 将所有的专业的单一的工程模式进行合并和统一管理的模型 [51]，通过多系统综合可以真实的反映各个专。