摘 要

信息化技术已经为很多行业带来了革新性的变化，包括制造业、电子业等行业,而建筑业的信息化程度却仍处于相对较低的水平。建筑业技术和管理更新得相对缓慢，这与我国庞大的建筑市场规模不相匹配，导致我国建筑业生产效率低下。随着社会的发展,建筑业逐渐向低污染、低能耗、可持续发展的方向发展, 现阶段应用信息化技术进行我国建筑行业的革新是应运而生的发展方向。

建筑信息模型(BIM)作为一种新的模式，正是信息化技术应用于建筑业的直接体现。BIM于2002年被提出，此后在欧美等发达国家引发了建筑行业不小的转变。BIM技术通过建立数字化的参数模型，在建设项目的设计、建造安装、运营等阶段，提供与项目相关的大量信息服务,这样不仅提高了生产效率，保证了生产质量，还节约了成本，缩短了工期。虽然我国的BIM研究还处在起步阶段，但是大量的BIM应用已然兴起。BIM在地铁车站管线综合碰撞中的应用就是其中之一。

本文首先阐述BIM的概念、特点，并将传统管线综合碰撞分析的方法同BIM相比较，分析它们的优势劣势。其次介绍了BIM在综合管线中的应用现状，以及其中碰撞检查的应用过程。然后对某地铁车站项目进行施工组织设计，并对该项目进行基于BIM的各专业管线碰撞分析与优化。最后通过这一系列的研究应用可以发现，BIM在管线综合碰撞中体现了极高的执行力和准确性，BIM在项目全生命周期中的应用也是未来的大势所趋。

关键词：建筑信息模型；管线综合；碰撞检查；施工组织设计

Abstract

Information technology has brought about a lot of innovative changes in many industries, including manufacturing, electronics and other industries, the application of which in construction industry is still at a relatively low level. The technology and management in construction industry update relatively slow, which does not match the huge construction market size in China, resulting in low productivity of the construction industry. With the development of society, construction industry gradually develops in the direction of low pollution, low energy consumption and sustainable development, at this stage the application of information technology in China's construction industry innovation is the development direction emerged.

Building Information Modeling (BIM) as a new pattern, is the direct manifestation of information technology used in the construction industry. Since it has been proposed in 2002, great changes in the construction industry have occurred in Europe, the United States and other developed countries. BIM technology , providing a wealth of project-related information services through the establishment of digital parametric models in the design, construction, installation and operation phases of the construction project, which not only improves production efficiency, guarantees production quality, but also saves costs and shortens the constructing period. Although the BIM research in our country is still in the embryonic stage, a large number of BIM applications have already arisen, one of which is the BIM-based pipeline collision analysis and optimization in a subway station project.

This paper describes the concept and the features of BIM, and compares the traditional approach to analyzing the pipeline collision with BIM-based method, then analyzes their strengths and weaknesses. Secondly, it introduces the status quo of BIM application in pipeline synthesis, as well as the application process in the collision detection of the pipeline synthesis. Then it exhibits the constructing organization design and the analysis and optimization for the pipeline collision detection of a metro station project. Finally, through a series of studies and applications, it can be found that, BIM reflects its great execution and high accuracy in the pipeline integrated collision, whose application throughout the project life cycle is the future trend.

Key words: BIM；pipeline synthesis；collision detection ；construction organization plan

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 研究内容和方法 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 研究方法 4

第2章 BIM在管线综合碰撞分析中的应用 5

2.1 BIM概述 5

2.1.1 BIM的基本概念和特点 5

2.1.2 BIM的工具 6

2.2 CAD 与 BIM 的对比分析 7

2.2.1 传统二维 CAD 的缺陷 7

2.2.2 三维 BIM 的优势 9

2.3 BIM在管线综合碰撞分析中的应用 10

第3章 某地铁车站项目施工组织总设计 14

3.1 工程概况 14

3.1.1 工程地点及范围 14

3.1.2 工程地质与水文地质 14

3.1.3 气候情况 15

3.1.4 施工条件 15

3.2 施工部署 15

3.2.1 施工阶段划分 15

3.2.2 施工区段划分 15

3.2.3 施工顺序和流程 16

3.3 施工方案 19

3.3.1 施工组织机构方案 19

3.3.2 技术方案 21

3.3.3 安全方案 22

3.4 施工进度计划 24

3.4.1 开、竣工日期 24

3.4.2 场地使用和移交时间 24

3.4.3 主要进度指标 24

3.4.4 节点工期目标 25

3.5 资源供应计划 26

3.5.1 人力资源供应 26

3.5.2 设备供应 27

3.5.3 材料供应 30

第4章 基于BIM的各专业管线综合碰撞分析与优化 32

4.1 三维建模 32

4.1.1 建模原则 32

4.1.2 建模流程 33

4.2 碰撞检测 35

4.2.1 Revit下的碰撞检测 35

4.2.1 Navisworks下的碰撞检测 38

第5章 结论与展望 41

5.1 结论 41

5.2 展望 41

参考文献 42

致 谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着国内城镇化进程的加快，城市基础设施的需求也在不断扩大，城市轨道交通路线就是其中之一。近年来较为成熟的城市轨道交通系统已相继出现在我国内地的很多城市中，除北上广外，还有诸如南京、深圳、武汉、重庆、天津等城市。与此同时，在工程建设领域，城市轨道交通工程的占比也在逐步上升，并且卓有成效。据2015年有关轨道交通行业发展现状统计数据显示，截止到2014年底，城市轨道交通总里程达3137公里。2016年是“十三五”规划的第一年，代表着我国进入了城市轨道交通建设的大发展阶段，2020年规划线路里程将超过10000公里。这意味着，轨道交通工程的建设也将面临更大的挑战。

地铁车站工程作为轨道交通工程中重要的组成部分，是一个庞大的、系统的、复杂的工程。首先，地铁车站工程涵盖的专业面广，包括暖通、给排水、电气等专业，相应地参与建设的单位也很多。其次，与很多基础设施建设工程一样，地铁车站工程所需投资款额大，建设的周期也相对较长。而且，地铁车站项目投入运行后是人流量很大的地方，所以规划设计要更科学，施工组织需更合理，还要一个健全的机制来运行和维护。

BIM技术的出现则为建筑行业带来了福音。它建立的参数化模型中涵盖了与项目相关的各种信息，这些信息可以在项目各参与方之间以及项目不同的阶段过程中传递、流转，并在这个过程中保持它的原始性。这样的话，当项目的某一参与方发现了一些问题时，就能高效地与其他参与方进行交流，加以解决。因为BIM技术弥补了传统设计施工过程中，不同项目参与方之间的信息断层。同样地，当设计、建造、运营中的某一阶段出现问题时也能得到快速高效的解决。除此之外，与传统二维CAD技术不同，BIM技术构建的是三维模型，这使得建筑的设计施工都更为直观，也能解决更多传统CAD技术解决不了或无法完全解决的问题。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点，BIM 技术的应用有望能从根本上解决地铁车站规划、设计、建造及运营维护各阶段及应用系统之间的信息断层，实现车站全生命周期管理^[1]。

1.2 研究目的及意义

由于地铁车站工程耗资庞大、结构体系复杂、涉及机电设备专业众多，包括给排水、暖通、电气等专业，因此这些专业管线之间以及建筑结构与这些专业管线之间很容易存在大量的碰撞问题。这些碰撞问题不仅会影响各专业管线的布置，还可能存在安全隐患。如若在施工过程中才发现这些问题的话就要重新布置管线，这样又会消耗更多的人力物力财力和时间，加大工程造价，拖延工期，降低效率，由此造成的损失也难以估量。除此之外，现在大部分地铁车站都是建在地面以下的，管线布局错综复杂，这无疑对施工技术提出了更高的要求。总而言之，地铁车站工程中的碰撞问题对整个工程有着重大的影响，不论是工程造价还是工期，抑或是安全问题。所以将BIM技术引入到地铁车站项目中既是BIM广泛应用的体现，也是建筑工程设计施工的需要。BIM技术有其特有的软件工具进行建模和碰撞检测。在地铁车站项目的设计阶段就可以用BIM建立建筑、结构、机电设备各专业管线的模型，在三维图中直观地看到碰撞管线继而加以优化，也可以进行施工模拟，掌握施工进度。这样不仅可以减少浪费，还可以提高建设工程施工的可操作性和可控性。

1.3 国内外研究现状

国内外研究人员对BIM 的研究主要集中在3 个方面:(1) BIM 软件解决方案理论研究探讨以及BIM 软件的开发，该方面的主要研究成果为BIM软件系统；(2) BIM 基础理论的研究，表现为对BIM 相关标准并以学术论文的形式公开发表研究成果；(3) BIM 在实际工程的应用研究，表现为如何将已有的BIM 软件应用于实际工程，以及解决实际应用中遇到的问题^[2]。 由于本文需要利用BIM的三维技术在前期进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设计，因此国内外研究现状就侧重于（2）、（3）两方面，主要阐述BIM的研究，尤其是MEP方向的研究，以及BIM的应用发展。

1.3.1 国外研究现状

就BIM的应用来说，它最早是在美国兴起的，现在BIM发展最好的国家也是美国。早在2003年，美国总务管理局（GSA）就发表了国家3D-4D-BIM计划，并相继发行了BIM 系列指南。在2006年，一份15年（2006~2020年）的BIM路线图横空出世，是由美国陆军工程兵团（USACE）制作并发表的。紧接着，其他国家也陆续加入了BIM研究应用的行列。2010年，新加坡建筑建设局要求于2015年必须递交电子化的专业设备审批图，这是它制定的一个用于推广BIM的5年计划中的内容。同年，韩国也制定了BIM 应用指南，包括建筑和土木两个领域，计划在 2016年前实现全部公共工程均采用BIM 技术的目标。2011年，英国还发布了“国家建设战略”文件，被要求在2016年必须全部实现协同3D-BIM。在BIM研究方面，Dossick和Neff^[3]研究发现，BIM技术的运用使得原有的建设项目可见性更强，这对于不同工程项目参与各方之间的协调合作没有益处；还发现项目组织的责权划分和结构形式所带来的成效会决定BIM 能否成功实施。Haiyan, Tramel等人^[4]为了防止建筑垃圾对环境的不利影响，减少施工过程中不必要的浪费，出于提高工人工作效率和保护工人生命安全的考虑，利用MEP系统的灵活性以及BIM技术的可视化特点进行了研究。Lu和Korman^[5]的研究通过展示BIM技术应用于MEP管道预制加工的过程，得出了BIM技术的应用不仅能降低工程成本、缩短工期、提高建设质量，还加快了建筑模块化和工业化程度。他们还研究发现了现阶段碰撞检查流程的不足之处，并提出了改进的措施。

1.3.2 国内研究现状

国内BIM的应用相对国外起步较晚，发展也更缓慢。2003年，我国工程建设行业第一次引入了BIM技术。2006 年，香港房屋署率先研究并使用了BIM技术。2010年10月，建设部提出要在施工管理过程中普及BIM技术，为此发布了《建筑业10项新技术(2010)推广应用的通知》。2011 年5月，住房和城乡建设部把BIM作为技术关键点来发展建筑行业的产业升级，据此发布了《2011—2015年建筑业信息化纲要》。2012 年1月，“关于2012年工程建设行业标准规范制定修订计划的通知”的发布标志着中国BIM标准制定工作的正式启动，并创立了“千人千标准”模式，即请建筑业相关单位和软件开发公司共同研究。就国内市场来看，BIM普及最好的领域还是建筑设计单位。随着建筑业的发展，信息化程度的提升，越来越多的机构都开始重视BIM理论的价值和应用，从前述政府的举措就可以看出这一点，也确有很多建筑业协会、咨询单位正在着手研究和运用BIM。在BIM的研究方面，杨远丰、蔡晓宝^[6]对广州珠江新城建设这一实例进行了基于BIM的三维管线综合设计，指出了传统二维CAD设计下管线综合的不足之处，并归纳了三维BIM设计的流程及其优越性。刘秦超^[7]也指出了三维设计的优越性，并将其应用于设计中，阐明BIM可以免去由于设计不合理引起的不必要的施工变更。杨科、康登泽^[8]等人将Revit软件用于实例，展示了其设计步骤及最终效果，说明了碰撞检测的重要性。汪军^[9]的研究则侧重于MEP的施工可行性，论述了在BIM基础上MEP方案的施工性并对其进行了优化。

1.4 研究内容和方法

1.4.1 研究内容

本论文主要内容是在BIM技术的基础上，利用BIM软件建立某地铁车站建筑、结构、机电设备的模型，继而对其进行碰撞检测，根据检测报告做出分析和优化。在施工之前进行这一系列碰撞检测，可以减少施工过程中由于前期设计不合理引起的返工。并且由于BIM具有可视化的特点，所以碰撞检查之后能在三维视图中看到发生碰撞的各专业管线，这样有利于优化操作，将发生碰撞的图元进行修改，并遵循机电专业的优化原则，就能直观地看到优化后的管线。从项目的全生命周期来看，这样可以缩短工期、提高工程质量，减少施工过程中由于返工造成的人财物的浪费。除此之外，对项目全生命周期的管理也有重大意义，诸如风险管理、成本管理、进度管理、安全管理等。例如安全管理方面，由于提前建立了项目的三维视图，由此进行施工模拟，就可以发现很多施工过程中可能会出现的不安全因素，从而加以避免。