BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑中的應(yīng)用研究

闞浩鐘

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 安徽淮南 232000）

隨著城市建設(shè)的發(fā)展和人民生活的需求，地鐵工程建設(shè)越來越多并已成為一個(gè)衡量城市建設(shè)水平的重要象征。由于地鐵工程建設(shè)一般都在城市的繁華路段，所以地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)與施工管理會面臨更多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)與施工管理一般都是依賴于二維信息模型，但隨著工程建設(shè)的復(fù)雜性，二維模型已無法滿足深基坑工程建設(shè)有關(guān)進(jìn)度、質(zhì)量、安全等方面的要求。BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)領(lǐng)域的第二次革命，它可以將傳統(tǒng)的二維思維轉(zhuǎn)向三維化。BIM技術(shù)現(xiàn)階段應(yīng)用效果最好的是民用建筑行業(yè)，而在軌道交通行業(yè)，尤其在地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)和施工管理等方面尚處于初級階段?；诖耍疚膶IM技術(shù)在地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)、施工管理及現(xiàn)場監(jiān)測三個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

1 BIM在設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是創(chuàng)建深基坑信息數(shù)據(jù)庫的過程，數(shù)據(jù)庫主要包含深基坑本身及其周圍環(huán)境等所有相關(guān)數(shù)據(jù)信息。由于地鐵車站深基坑項(xiàng)目的實(shí)體與功能均儲存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，因此有利于各專業(yè)設(shè)計(jì)人員間的信息交流與共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段的協(xié)作與配合。在地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)過程中使用BIM技術(shù)，有利于設(shè)計(jì)系統(tǒng)校核、施工深化指導(dǎo)、控制工程量，可以提高深基坑工程的集成化程度，使深基坑設(shè)計(jì)及后續(xù)施工過程的效率和質(zhì)量得到顯著提高[1]。

1.1 構(gòu)建地鐵車站深基坑BIM模型

地鐵車站深基坑BIM模型的構(gòu)建首先需建立深基坑的環(huán)境模型，該模型信息主要包括工程地質(zhì)條件、周邊特殊建筑物、地下管線及建筑物地基基礎(chǔ)等信息，基于這些環(huán)境信息進(jìn)行地鐵車站深基坑支護(hù)的初步選型與計(jì)算分析。其次是對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)3D模型進(jìn)行構(gòu)建，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。由于地鐵車站通常在城市的一些繁華地段，各種影響因素較多，導(dǎo)致深基坑設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場施工存在區(qū)別，因此利用BIM模型的可視化，可以對施工方案進(jìn)行直接優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)的合理性和施工的進(jìn)度。

1.2 協(xié)同與深化設(shè)計(jì)

地鐵車站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可以利用BIM技術(shù)及相關(guān)的三維軟件為深基坑工程所涉及的各專業(yè)設(shè)計(jì)人員構(gòu)建一個(gè)共享平臺，通過設(shè)置深基坑工程項(xiàng)目中心文件來實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，減少因溝通原因造成的不必要設(shè)計(jì)變更。另外，地鐵車站深基坑工程項(xiàng)目的人員可以通過BIM技術(shù)對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)（如格構(gòu)柱、節(jié)點(diǎn)處鋼筋等）進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。深基坑中的復(fù)雜構(gòu)件在BIM軟件中通過參數(shù)化設(shè)計(jì)生成一種新的組件，該組件類似于CAD中的塊文件，不但可以在模型中隨意布置，還可以通過參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行快速修改并統(tǒng)計(jì)不同情況下所需的材料總量，有助于施工動態(tài)管理和工程成本控制。

1.3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算傳統(tǒng)方法是先利用有限元軟件對地鐵車站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體受力與變形進(jìn)行分析，然后由二維繪圖軟件對二維施工圖進(jìn)行繪制。而采用BIM技術(shù)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法可以將物理模型輸進(jìn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析軟件中，然后程序?qū)又ёo(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)返回結(jié)果，并對物理模型和施工文檔自動進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

1.4 碰撞檢查

傳統(tǒng)采用CAD手段檢查碰撞由于人工檢測的局限性，檢查結(jié)果通常會有遺漏，而且有些情況只有到現(xiàn)場施工時(shí)才會發(fā)現(xiàn)。目前BIM技術(shù)最成熟的應(yīng)用就是通過三維模型中構(gòu)件的空間數(shù)據(jù)利用Naviswork軟件進(jìn)行碰撞檢查，可以有效地避免了人工檢測的遺漏。通過BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，可以把深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中立柱樁、格構(gòu)柱、工程樁、地下室結(jié)構(gòu)及水平支撐等構(gòu)件間的空間位置關(guān)系直觀的反饋給設(shè)計(jì)人員，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2 BIM在施工管理中的應(yīng)用

2.1 場地布置規(guī)劃

地鐵車站深基坑項(xiàng)目通常位于繁華地段，場地較為狹小，對工程所需材料的堆放與施工機(jī)械放置有嚴(yán)格的要求。利用BIM技術(shù)可以對現(xiàn)場布置方案進(jìn)行展示與優(yōu)化，指導(dǎo)場地布置，以確?，F(xiàn)場場地處于動態(tài)管控狀態(tài)下，保證項(xiàng)目的工期節(jié)點(diǎn)要求。同時(shí)可以通過BIM仿真模型，向周邊受到工程建設(shè)影響的居民展示各階段的施工場地布置，使居民更加全面的理解工程建設(shè)[2]。

2.2 土方開挖模擬

土方開挖施工是地鐵車站深基坑與其他建筑工程最大不同之處，由于受周圍環(huán)境、支撐體系等限制，土方開挖施工方案是基坑工程施工中需重點(diǎn)考慮的部分。通過BIM技術(shù)進(jìn)行4D施工過程模擬，可以將土方開挖方案充分展現(xiàn)，進(jìn)而增強(qiáng)溝通，提高工作效率。

2.3 工程量統(tǒng)計(jì)

由于工程項(xiàng)目在施工過程中圖紙頻繁變更，對現(xiàn)場預(yù)算工作提出更高的要求。BIM模型中儲存了所有組成模型的數(shù)據(jù)庫及各個(gè)構(gòu)件的完整信息，通過BIM的軟件可以自動統(tǒng)計(jì)并匯總生成設(shè)備材料表，進(jìn)而可以對材料用量進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，在施工過程中實(shí)現(xiàn)材料消耗和成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.4 施工進(jìn)度管理

傳統(tǒng)施工進(jìn)度管理，通常僅采用Project進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃編制，容易造成進(jìn)度計(jì)劃不夠形象直觀和缺乏準(zhǔn)確的任務(wù)工作量等問題。而BIM技術(shù)的4D進(jìn)度管理，是以工程量為依據(jù)，估算任務(wù)工期，同時(shí)可以實(shí)時(shí)查看計(jì)劃的形象進(jìn)度，在虛擬的3D空間中及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程工序的合理性。另外，對地鐵車站深基坑工程施工管理人員和工人進(jìn)行進(jìn)度交底時(shí)，可以直接利用從4DBIM模型中導(dǎo)出的虛擬施工動畫，比較直觀且易于理解[3]。

3 BIM在現(xiàn)場監(jiān)測中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑工程監(jiān)測方面的應(yīng)用，主要是利用BIM技術(shù)的可視化、參數(shù)化、模擬化等優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)：①根據(jù)地鐵車站深基坑工程監(jiān)控需求，在車站深基坑BIM模型基礎(chǔ)上建立監(jiān)測點(diǎn)專用的族庫；②按監(jiān)控類型在BIM模型中布置三維變形監(jiān)測點(diǎn)，通過在測點(diǎn)添加參數(shù)方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；③利用4D技術(shù)即在BIM模型中通過添加時(shí)間軸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)色彩變化實(shí)現(xiàn)深基坑監(jiān)測的預(yù)警功能。另外，將BIM模型與相應(yīng)開發(fā)的Web數(shù)據(jù)系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)地鐵車站深基坑工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息化管理[4]。

4 總結(jié)

BIM技術(shù)是現(xiàn)代建筑業(yè)信息化發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，而BIM技術(shù)的三維特性與地鐵車站深基坑工程的空間工作狀態(tài)相符合，因此BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑工程中的應(yīng)用更具有優(yōu)越性與適用性。由于BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑工程中的應(yīng)用起步較晚，沒有制定統(tǒng)一的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等原因，因此BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用更多體現(xiàn)在設(shè)計(jì)與施工方面，現(xiàn)無法應(yīng)用于項(xiàng)目的全生命周期管理。但從本文對BIM技術(shù)在地鐵車站深基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述與分析來看，相信BIM技術(shù)的應(yīng)用能更好地促進(jìn)深基坑工程技術(shù)的發(fā)展。