BIM在地鐵明挖車站施工過程的應(yīng)用

劉明鳴

中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司 北京 100001

正文：

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較好的一些準(zhǔn)一線城市中，城市人口呈現(xiàn)為非常顯著的逐年遞增趨勢，這使得城市交通問題越來越嚴(yán)重。在交通立體化的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，挖掘開發(fā)地下交通空間資源隨之成為了解決城市交通問題的主要方法。在這樣的背景和大環(huán)境下，城市地鐵建設(shè)進(jìn)入到了飛速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。明挖車站是地鐵建設(shè)中的重要方法，但因當(dāng)前技術(shù)有限的原因，使得地鐵的明挖車站土建工程極易對周邊管線、周圍建筑物以及土層穩(wěn)定等帶來影響。建筑信息模型（BIM）是一種集合了工程學(xué)、建筑學(xué)以及土木工程的重要工具，其主要包括了以三維圖形為主、物件導(dǎo)向、建筑學(xué)相關(guān)的電腦輔助設(shè)計(jì)，其可針對施工項(xiàng)目的全過程來加強(qiáng)對整個(gè)項(xiàng)目的全面管理，從而更好的保障工程的準(zhǔn)確性、高效性。筆者在地鐵明挖車站土建工程中，優(yōu)化工程全面管理，提出了BIM技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)對其具體情況總結(jié)如下。

1 BIM技術(shù)的概述

BIM主要是指建筑信息模型，根據(jù)美國對BIM的定義來看，其認(rèn)為BIM實(shí)際上是一種對建筑項(xiàng)目功能和物理特征的綜合表達(dá)方法，是一種較為典型知識資源的共享方法，能夠?yàn)榻ㄖ?xiàng)目全生命周期提供各方面必須的信息，以便其決策參考所需，同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施各個(gè)階段，借助該項(xiàng)技術(shù)，其還可為項(xiàng)目主體提供相應(yīng)的項(xiàng)目信息共享知識，確保各方面操作更為協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)實(shí)際上是一種基于通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的操作技術(shù)，一種全新的技術(shù)方法，在建筑行業(yè)已經(jīng)得到了公認(rèn)，并且被廣泛運(yùn)用到了施工過程中，同時(shí)這也是CAD技術(shù)運(yùn)用于建筑行業(yè)一種非常重要的體現(xiàn)，在推動建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展中具有至關(guān)重要的意義。BIM技術(shù)使得以往傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞方式與信息的存儲方式得到了改變，促使施工項(xiàng)目各個(gè)主體方之間的溝通交流的實(shí)現(xiàn)了有效強(qiáng)化，同時(shí)促使整個(gè)信息得到了全范圍的共享，從而促使建筑行業(yè)信息化技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升。

2 工程概況

某市地鐵車站位于濱海大道位置某路口，該地鐵站的東北角是一個(gè)13層的住宅小區(qū)，車站的西南角是一座220KV變電站，車站的上方分別有兩條35KV高壓線電纜架空通過，東南角是一座高爾夫球場，西南角是一處商業(yè)出租場地。該車站的整體結(jié)構(gòu)屬于地下三層三跨的箱型的框架結(jié)構(gòu)，站臺則設(shè)計(jì)為島式站臺，其整個(gè)站臺的寬度為13m，車站的主體結(jié)構(gòu)的整體長度大約為521m，結(jié)構(gòu)頂板覆土的厚度約為3.2m，標(biāo)準(zhǔn)段的寬度大約為21.9m，底板埋深大約為26.8-29.3m。該地鐵車站的主體結(jié)構(gòu)主要運(yùn)用明挖順作法來進(jìn)行處理，基坑圍護(hù)則主要運(yùn)用φ1000@1400鉆孔灌注+φ609 t=16鋼支撐來構(gòu)建起內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)。

3 BIM建模分析

本項(xiàng)目運(yùn)用Autodesk公司所研發(fā)的Revit軟件來進(jìn)行BIM建模，結(jié)合本項(xiàng)目地鐵車站的實(shí)際情況構(gòu)建起一個(gè)三維模型，借助Revit軟件不僅能夠呈現(xiàn)出較為完美的建筑物效果，同時(shí)其結(jié)構(gòu)的信息、材質(zhì)以及參數(shù)等均能夠?qū)嵤┳杂傻脑O(shè)定，見圖1。

圖1 地鐵車站基坑支護(hù)三維模型

4 BIM在明挖車站施工中的應(yīng)用

4.1 管道模型分析

本項(xiàng)目前期涉及管道遷改共6種10條管線，可供管道遷改的空間狹小且2次轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎時(shí)管道上下交叉重疊，為避免管道間出現(xiàn)施工干擾，因此根據(jù)管道遷改設(shè)計(jì)圖紙，借助revit軟件建立三維模型，施工前進(jìn)行管道遷改“碰撞試驗(yàn)”，見圖2。

通過管線遷改模型的建立，6種管線有一個(gè)綜合直觀的立體效果呈現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中存在的一系列問題，比如說：解決了管線遷改綜合設(shè)計(jì)圖與各類專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙路徑不符的問題，解決了管線綜合設(shè)計(jì)圖僅考慮安全間距而未考慮管線檢查井具體尺寸而發(fā)生干擾的問題，也解決了局部管線交叉發(fā)生碰撞的問題，為順利開展后續(xù)施工提供了極大的便利。

圖2 管線交叉重疊重新調(diào)整相對位置

4.2 基坑模型分析

借助Revit軟件基于本項(xiàng)目的實(shí)際情況完成地鐵車站三維模型的構(gòu)建，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況來看，通過project軟件完成來對整個(gè)工序時(shí)間、順序的合理安排，并借助該方法，對基坑開挖的處理方法進(jìn)行了對比。通過對比結(jié)果顯示，在相同的施工條件下，雙側(cè)放坡開挖臺階收坡法能夠更好的提升土方開挖速度，節(jié)約了工期，見圖3。

圖3 基坑開挖虛擬建造模型

4.3 雙向開挖臺階收坡法

在進(jìn)行車站土方開挖的過程中，針對中間采取拉槽放坡開挖，兩側(cè)采取臺階預(yù)留反壓土開挖的處理方法，借助這種處理方案，能夠有效實(shí)現(xiàn)基坑開挖安全以及提高施工進(jìn)度，保證了后續(xù)TBM過站節(jié)點(diǎn)要求。具體的施工處理方法如下：

（1）冠梁下首層的土方在進(jìn)行挖掘的過程中，應(yīng)當(dāng)首先設(shè)置在第一道鋼支撐位置0.5m以下部位，沿著基坑的縱向拉槽來實(shí)施開挖處理，槽的兩側(cè)頂則需要各自保留3m左右的工作平臺，為第一道鋼支撐施工以及后續(xù)網(wǎng)噴提供相應(yīng)的工作平臺。

（2）針對雙側(cè)臺階的頂部可以結(jié)合項(xiàng)目中鋼支撐位置的具體情況做出相應(yīng)的調(diào)整處理，以確保樁間噴射混凝土能夠得到更好的實(shí)施，又能夠借助該平臺來實(shí)現(xiàn)對鋼支撐的安裝處理，使得鋼支撐不會對整個(gè)土方開挖施工帶來任何不利影響，實(shí)現(xiàn)對整體施工進(jìn)度的提升。

（3）考慮到雙側(cè)均有土方，各層之間需要保持平臺預(yù)留土與基坑拉槽開挖始終保持同步，循環(huán)進(jìn)行，直到開挖至距離基底標(biāo)高20-30cm，再通過人工或設(shè)備進(jìn)行修整，使其能夠達(dá)到標(biāo)高位置，以此實(shí)現(xiàn)對基底土穩(wěn)定性的保障。

（4）拉槽放坡完成后進(jìn)行臺階收坡，臺階的高度保持在2.5m-3m范圍內(nèi)，在實(shí)施收坡處理期間采取分層分片對稱開挖處理原則，保證開挖過程基坑側(cè)壁受力均衡，見圖4。

圖4 臺階收坡示意圖

4.4 BIM技術(shù)的應(yīng)用效果

本項(xiàng)目在地鐵車站土建施工過程中，借助BIM技術(shù)的運(yùn)用，對施工前期地下管線遷改方案進(jìn)行了優(yōu)化，避免施工過程中的方案變更而延誤工期。對土方開挖方案進(jìn)行了調(diào)整，由單側(cè)開挖改為雙側(cè)開挖，場內(nèi)道路也進(jìn)了重新規(guī)劃，有原來的單向放坡雙車道，優(yōu)化為基坑中段側(cè)向進(jìn)出通道單獨(dú)設(shè)置，環(huán)向車流進(jìn)出場地，通過這種方式處理，能夠?qū)崿F(xiàn)土方開挖進(jìn)度提升，加快了現(xiàn)場施工進(jìn)度，保證基坑開挖安全的前提下保證了施工工期。在主體結(jié)構(gòu)施工中利用新技術(shù)對各種結(jié)構(gòu)尺寸及預(yù)留孔洞更加直觀的對工人進(jìn)行交底，取得良好效果。

為此，本項(xiàng)目在進(jìn)行土建施工期間，借助BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)項(xiàng)目順序、時(shí)間的模擬操作，從而發(fā)現(xiàn)施工方法存在的問題，提出新的處理技術(shù)，從而確保項(xiàng)目施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、效益得到更好的提升。

5 結(jié)論

BIM技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外各個(gè)建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，并且經(jīng)過大量的工程實(shí)踐證實(shí)了BIM技術(shù)的有效性和實(shí)用價(jià)值，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對施工情況的模擬，制定科學(xué)的施工進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化施工方案，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對工程造價(jià)的控制。在地鐵明挖車站土建施工期間，借助BIM技術(shù)可以更好的實(shí)現(xiàn)對各個(gè)操作環(huán)節(jié)的檢查，以便更好的采取有效的施工管理措施，保障項(xiàng)目的順利推進(jìn)。