北京地铁16号线的BIM应用介绍

地铁，作为以地下运行为主的城市轨道交通系统，担负着城市的重要客运责任，直接影响着城市居民的衣食住行，同时，地铁系统的建设水平也代表着一座城市的繁荣程度。地铁工程，是建设行业公认的十分复杂而具有系统性的工程，具有施工环境复杂，涉及专业较多，风险大，难度高，工期长等特点。而BIM技术作为建设行业科技转型与升级的重要引擎，其应用水平一定程度上代表着企业的综合素质水平，如果能够将BIM技术在地铁施工中成功应用并总结出可复制性的应用方法，无疑将为整个建设行业发展带来巨大的财富。

北京16号线是近两年北京地铁的重点在建项目，建成后将在服务于中心城中心地区的同时加强海淀山后区与中心城区的联系，改善居民出行结构，对促进海淀山后地区的发展发挥重要作用，实现轨道交通既兼顾交通疏解又引导城市发展的功能。

本文将以北京16号线地铁建设为例，以城建集团对BIM的探索认知为开端，对项目实际落地应用、后期BIM应用数据成果的统计与分析展开论述，为后续其他项目的BIM实践提供可靠依据。

一、项目概况

项目名称：北京地铁16号线二期工程土建施工03标段

承建单位：北京城乡建设集团有限责任公司

作者：

北京城乡建设集团有限责任公司基础设施工程总承包部总工陈振溢

广联达BIM业务北京大区实施主管王侠

编辑整理：BIM改变未来

BIM软件：广联达BIM5D

北京地铁16号线，是北京地铁的一条建设中的南北向骨干线，首次采用8卡编组A型列车，最大载客量达到3560人，北京地铁16号线稻香湖路站与中关村创新园A地块一体化工程项目（快轨公司代建范围），位于北清路和地铁16号线稻香湖路站以北规划绿地区域，是与地铁稻香湖路站一体化的开发项目。南侧为地铁稻香湖路站和城市主干道北清路，西侧为城市干道稻香湖路，东侧跨过创新园经六路临近东埠头排洪渠，北侧为城市支路。

一体化建筑一期工程为地下建筑，共两层，修建宽度约20.52m，长约216m。地下一层为商业区，层高7米；地下二层为平时汽车库，部分战时作为核六级人防物资库，层高4.5米。在地下一层南侧与地铁稻香湖路站站厅层设置三个一体化连通口，连通口内侧地面标高与地铁站厅保持一致，合理引导地铁人流与商业人流，实现地铁站厅与本工程的一体化设计理念。两侧连通口可直接进入地铁站厅非付费区，中部连通口则设置地铁安检及闸机等设备，可刷卡进入地铁站厅付费区。结合连通口和商业功能空间设计三个地面采光口，改善建筑空间感觉和乘车条件。在地下一二层北侧分别预留与经六路地下后期工程的连通口，为规划中地下商业区的南北贯通和各地块汽车库的相互连通打下基础。

该工程是一个地下两层建筑，紧邻地铁北侧地段修建，众所周知，对于地铁建设来说，车站一旦建成，临近车站30米内范围内，是无法修建任何建筑物的，如果要进行地下商业开发，最好是与地铁车站同步进行工程施工，且地下商业开发的施工范围也在本次项目部建设的围挡范围内。一体化施工伊始，地铁施工程还剩余出入口、风道、暗挖通道工程，这些工程的共同特点是作业面狭小，各工序各工种交叉作业多，施工协调和配合存在一定的难度，如果管理不善将造成工期严重滞后，不利于成本控制，因此，项目采用BIM技术，将建好的一体化三维模型与施工现场进度、合同、成本、质量、安全等信息结合，确定项目的重难点，更好的进行施工交底，现场进度控制、质量安全追踪以及成本的管控。

二、项目重难点

北京地铁16号线地铁工程需要在2016年底正式投入运行，为祖国2017年献礼，因此相关的一体化工程及地下通道项目需要在一年内竣工并投入使用，项目施工进度控制便成为了重点管理目标。同时，对北京城乡建设集团而言，本项目是集团的重点BIM试点项目，努力争创北京长城杯工程。本项目主要具有以下重难点：

1.工程类别多

本工程包括车站、区间的土建工程、降水工程及站前广场等工作内容，项目整体的工程量大，作业面较广，所涉及的工法工艺多样。

2.管理难度大

工程施工时间较长，覆盖范围广，所涉及的工种多，专业分工细，调用大量不同工种进行长期施工，在无形中增加了施工管理的难度。

3.施工过程中将面临三多一少

即作业面多、危险源多、质量控制点多，在施工区域内可以利用的施工场地少。

4.施工质量要求高

工程要求质量等级达到合格、分项工程验收合格率100%、分部工程合格率100%、优良率95%，积极开展创建安全文明标准工地的工作。

三、项目应用目标

1.技术目标：主要对BIM技术进行应用研究，基于目前国内逐步成熟的广联达BIM5D软件管理平台，对地铁施工过程进行精细化管理，包括模型搭建及管理、现场三维场地布置优化管理、钢筋工程管理、现场协同进度、质量、安全管理、工程量统计等摸索应流程，探索应用价值。

2.管理目标：施工BIM的及时应用落地，通过前期的探索和价值研究，将能够为现场带来实际价值的BIM应用点落地实践，为项目上带来切实可行的BIM管理方式。

3.人才目标：成熟BIM技术的应用推广，在技能及人才双方面培养的基础上，为集团及地铁项目部输送成熟的应用方法及具有BIM专业技能的技术型人才。

四、BIM应用方案

（一）BIM应用策划/方案

1.应用阶段策划：施工准备阶段、施工阶段、竣工阶段

2. BIM应用策划内容

明确施工阶段BIM应用目标，对施工过程中BIM应用的具体操作流程、协同流程提出了构想，对BIM应用的成效作了明确要求。从初期的模型搭建、动画制作、模型渲染以及后期的BIM平台应用等方面，对项目的安全、质量、进度、成本等进行全方位管理。

3.应用点策划：

（二）BIM组织架构

早在2013年，北京城乡建设集团有限责任公司及北京城乡建设集团基础设施工程总承包部紧追时代步伐，成立BIM技术工作领导小组，组建BIM管理组织架构，利用BIM技术进行施工管理并广泛应用。在本项目开展施工时，就引入了BIM人才负责现场的BIM应用探索及实践，为后续推广BIM技术打下坚实的基础。其BIM组织架构如下：

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▲组织架构框架图

▲成立文件示意图

（三）软硬件配置

1.软件配置

2.硬件配置

五、BIM应用过程

（一）BIM5D之模型应用

1. 基于地铁施工的BIM模型建立

建模流程：明确目标→明确建模细度标准→任务分工→专业协同→创建各专业模型→汇总整个项目模型→模型验收

根据施工过程和结构特点，通过广联达BIM5D软件搭建满足应用需要的基坑支护模型、基坑土方开挖模型、建筑模型、结构模型、钢筋模型、三维场地模型、场站及绿化模型，为后期施工奠定基础。

▲模型效果图

2. 基于模型的图纸深化设计

通过三维模型将二维图纸可视化，大大提高了相关人员的读图、识图能力，提高了基于图纸的沟通效率。此外，在三维模型建立的过程中，工程师能够及时发现图纸存在的不合理及碰撞等问题，在建模时与相关方沟通并解决问题，避免二次施工。换个角度说，三维建模的过程是一次图纸审查的过程，能够有效节省工期、节约成本。

对根据施工图创建的模型碰撞检查和漫游，提前发现错误和碰撞点并提出深化设计方案。例如主梁和次梁的标高问题、底板回填和柱墩标高问题、钢筋间距和直径问题等一般性错误通过漫游非常容易识别出来。

▲模型整改前后对比图

▲模型图纸会审记录表

3. 基于BIM模型的方案论证和技术交底

借助BIM技术进行三维场地布置，主在解决设备安置、材料堆放、设备进场、生活区布置等二维图纸难以解决的问题，并通过BIM模型进行场地布置工程量计算、施工场地布置资产管理等，从而促进安全文明施工、保障施工计划的执行、有效控制现场成本支出。

基于BIM模型的三维场地布置，能够在设计之初考虑施工过程的材料以及机械设备的使用情况、材料堆放情况等因素，经过场地漫游细化现场场地布置的详细位置图、模拟各个方案的实际运行及成本情况，如：在施工过程中的场地狭小区域，容易产生大量的二次搬运，用小车或人力对材料进行二次或多次搬运会产生大量的二次搬运费用，增加项目的成本支出。传统的2D平面图往往因为可视范围有限，需要多张图纸配合才能看清楚某个构件的详细位置与构造，并不直观，增加工作量不说还降低精确度，难以预测哪些狭小区域可能会造成的人力、财力成本损失，而通过广联达BIM5D进行三维场地布置及漫游，项目管理层能够直观地看到各个方案实际运行的优劣处，进而选择最优的场地布置方案，同时，优化后的方案形成的三维模型能够为现场工人交底提供依据，更加形象具体。

▲现场平面布置图

▲现场三维场地模型

4. 基于BIM的深化设计、优化施工方案

传统2D图纸做设计深化时,主要依靠设计人员的个人想象与施工经验，很难考虑到各专业构件间的碰撞，容易造成疏漏。在应用广联达BIM5D进行深化设计时，可将设计中不同专业构件的碰撞直观地反馈给设计人员，自动生成检查结果报表，便于项目各参与方进行及时沟通与协调，减少设计变更，间接减少现场返工，缩短工期。

本项目中为了优化现场的施工方案，借助模型可视化的特点，将现场的水平施工位置、一体化与车站接口施工位置及后浇带、环向施工缝位置进行了确定，同时对施工区域的划分和流水段划分方式进行了调整，使其更符合现场施工。

运用BIM技术后，可以对已建的BIM模型进行参数化计算与编辑。BIM模型所具备的联动性是传统2D图纸所不具备的，只需要点击鼠标，广联达BIM5D就可以自动计算报表，即便是模型有变化或者修改，计算结果也会根据联动关系重新生成计算结果，校正设备参数复核计算的结果，为设备选择型号提供依据，减少算量和工作量，并提高数据精确性。

5. 基于BIM钢筋三维模型施工指导

钢筋作为支撑整栋建筑的核心构件，量大且结构复杂，在实际搭建中难以避免碰撞等问题，现场多次调整图纸和施工节奏是对项目部人力、工期的极大浪费。本项目通过输入钢筋的名称、直径、强度等级、种类等参数，添加用于控制的颜色和编号等因素，搭建了三维钢筋模型，为施工准备阶段提供可视化的交底模型，形象化展示钢筋绑扎及节点情况。在交底阶段即可检查出部分错误，减少实际施工中的错误，降低人为的操作失误，直接提升施工效率，节约成本与工期。

例如：在实际施工中，梁柱节点钢筋、箍筋等钢筋的搭接与摆放常有问题产生，钢筋模型的可视化特性可以为钢筋的摆放与绑扎提前做好准备，避免出现明显错误。相对于在施工过程中临时调整的做法，在施工准备期尽可能多地纠正钢筋搭接与摆放的问题无疑是项目部最优的选择。

▲钢筋审核节点图

（二）BIM5D之现场应用

1. 基于广联达BIM5D的进度管理

在施工前期，项目组专门设立了BIM5D专职人员，学习和操作广联达BIM5D软件，将工程进度与各类BIM模型进行关联，实现进度计划模拟。现场技术人员可以根据模拟结果优化施工工序排布。具体的进度管理流程如下图所示：

在现场施工过程中，生产经理根据现场实际施工进度，每周录入一次实际进度。通过计划进度与实际进度的对比，生产经理可以直观地了解施工进度，查看工程是否按期进行，如有异常可直接查看不同时段施工进度情况并分析原因，为保证后续工期做出适当调整。

▲计划进度和实际进度对比

为保证施工进度正常进行，很多项目相关方都需要对施工工期有一定程度的了解，以往主要以周例会、月例会的形式，通过生产经理以书面形式和口述形式进行项目介绍，而项目各相关方无法实时获知进度情况，并对项目工期有深层的感知。为了让更多人了解项目进度情况，生产经理可以借助广联达BIM5D进行施工模拟，将进度模拟截图以进度照片的形式上传至云端，直观地呈现不同时段整体工程的施工进度，同时，项目各相关方可通过不同端口进行实时查看现场进度情况，如下图所示：

▲进度反馈情况记录

2. 基于广联达BIM5D的质量安全追踪及统计分析管理

在传统模式下，项目现场质量安全问题的管理，由项目部质检人员和安全员到现场进行检查，针对发现的问题提出整改建议，口头交代或者发到微信群里，有时只有特别需要记录的问题才会整理到施工日志或整改单中，很可能由于转述不准确、聊天消息过多、遗忘等人为原因，导致部分问题无法得到及时有效的解决。由于传统的问题沟通与记录方式存在缺陷，后期责任往往不可追溯，扯皮现象不断。

▲传统的质量安全问题记录方式

在采用广联达BIM5D的情况下，项目质检人员及安全员到达现场、发现问题后，需要通过手机上传到云端。在上传的过程中，将问题分门别类、图文结合、详细叙述并将责任分配到人，达到质量问题可记录、可查询、可汇总、可追溯的目标。

需要整改的施工人员将会实时收到质量安全问题提醒，并需要按时整改问题，在整改后及时上传整改结果照片及描述。同时，项目管理层可随时随地通过Web端、PC端、手机端进行问题的调取和浏览。一个施工安全问题经过上述过程和管理层审核通过后方可结案，这就使得现场施工方到项目管理层多方联动、按时按质整改问题。此外，“三端一云”的应用实现了多种问题的存档与实时查阅，让质量安全问题的解决流程透明化、直观化，为项目成功保驾护航。

▲手机端操作流程

▲Web端统计展示

在施工后期，整个工程进度中实时积累的质量安全问题将发挥其更大的价值。项目BIM人员将对整个施工过程中已发现并记录的问题进行整理并汇总，对不同施工类别、不同施工阶段的问题数据生成分析成果。借此，可直观地获知本项工程在施工中的主要问题及次要问题归属、影响工期的主要因素等，查漏补缺，为后期项目地下通道施工的质量及安全问题交底提供依据。

▲质量安全问题统计图

3. 基于广联达BIM5D的材料成本管理

在传统的项目管理中，材料成本管理主要有两大弊端：（1）材料成本控制主要依靠限额领料来实现，但额度的制定如果没有统一的标准，就无法衡量材料用量的合理性与精确性；（2）材料物资的消耗主要靠人工统计，工作量大，容易存在人为误差，且难以与项目实施同步。

采用广联达BIM5D进行管理可规避上述问题。每天及时录入各种材料的实际用量，即可按构件同步生成实际用量和理论用量的对比表，实现项目部对材料消耗的实时分析，便于找出超过正常损耗量的施工部位和相应构件，分析材料损耗原因，为制定节材对策提供精确可依的数据支持。此外，在后续的施工过程中，可以避免发生同样的超额材料损耗，优化工程成本管理工作模式，为后期项目施工创造可复制的经验。

▲物资提量流程

六、BIM应用总结

本项目的承包单位为北京城乡建设集团有限责任公司，该企业多年来累计创建鲁班奖、大禹奖、詹天佑奖等国家级奖项29项，北京市长城杯优质工程434项等，市优工程率居全市同行业领先地位。获得了“全国工程质量管理先进单位”、“全国优秀施工企业”、“全国建筑业技术创新先进企业”、“全国重合同守信用”等荣誉称号。

北京城乡建设集团有限责任公司基础设施工程总承包部，是北京城乡建设集团有限责任公司的分公司，先后创建8项长城杯工程。已完工地铁有4号线马家堡站、10号线丰台站、6号线草房站、10号线14号线换乘站西局站，在建地铁有8号线、16号线附属、7号延线、新机场线等。通过此次北京16号线建设过程中对BIM技术的实践与探索，公司获得了诸多实际效益与管理经验。

（一）实际效益

1. 在建模初期，发现施工图纸问题共计112处，完成基于模型的图纸会审工作15次，通过前期模型深化设计调整，节约返工成本共计约千万元。

2. BIM应用取得的主要效果：

● 可视化技术节约与各方协调联络的时间约10天，与传统作业方式比较，时间节约1%；

● 节约材料的价值为131.2万元，与传统作业方式比较，材料节约2%；

● 缩短工期约54天，与传统作业方式比较，工期节约6%；

● 节省的建造费用总额为455万元，与传统作业方式比较，建造费用节约3%。

●与业主、设计、监理等各方的沟通、协调时间节约20%，汇报材料制作时间节省半小时，工作效率提高10%。

3. 通过广联达BIM5D“三端一云”进行数据共享和集中分析，实现现场施工的质量、安全问题跟踪管理、构件跟踪管理和进度跟踪管理，优化了项目工作流程与管理模式。

4. 通过地铁施工BIM技术的实际应用，项目培养了各专业建模人员、动画制作人员、模型渲染人员以及整体协调人员7人左右。

5.地铁16号线03标的BIM课题《利用BIM技术提升地铁土建施工管理水平》经过层层选拔，荣获中国建筑业协会 “第三届中国工程建设BIM大赛”单项奖二等奖。

（二）方案总结