BIM技術(shù)在非標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站施工中的應(yīng)用

王少民 周曉冬

(1中交第一公路工程局有限公司， 黑龍江 哈爾濱 150070；2東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040)

1 BIM技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)從 2003 年開始引進(jìn) BIM 技術(shù)，BIM的發(fā)展得到了我國(guó)政府和行業(yè)協(xié)會(huì)的高度重視。近幾年，BIM作為新一代建筑行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)已經(jīng)被廣泛認(rèn)可，我國(guó)“十二五”規(guī)劃總體思路和戰(zhàn)略部署中也將其作為今后發(fā)展的目標(biāo)。2011年5月，住建部發(fā)布的《2011～2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，也將BIM的推廣應(yīng)用納入其中。2015年6月為進(jìn)一步推動(dòng)BIM在我國(guó)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，該《指導(dǎo)意見》指出：到2020年末，建筑行業(yè)甲級(jí)勘察、設(shè)計(jì)單位以及特級(jí)、一級(jí)房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用；到2020年末，以國(guó)有資金投資為主的大中型建筑、申報(bào)綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)的新立項(xiàng)項(xiàng)目，在勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，集成應(yīng)用BIM技術(shù)的項(xiàng)目比例達(dá)要達(dá)到90%。

目前BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中在采用相關(guān)軟件對(duì)車站的土建施工進(jìn)行優(yōu)化，管線綜合設(shè)計(jì)及裝修效果的模擬等方面。從行業(yè)宏觀層面上講，我國(guó)BIM 的應(yīng)用尚未形成完善的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，仍處在探索階段。

地鐵項(xiàng)目BIM技術(shù)更多的是在車站施工中的應(yīng)用，城市軌道交通工程具有專業(yè)多、投資龐大、建設(shè)周期長(zhǎng)、地下空間局促、涉及單位眾多、運(yùn)營(yíng)管理復(fù)雜等特點(diǎn)。在城市軌道交通工程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用面廣泛，可產(chǎn)生很高的應(yīng)用價(jià)值，掌握BIM技術(shù)，將是未來(lái)建筑企業(yè)向軌道交通領(lǐng)域業(yè)務(wù)拓展的強(qiáng)力助推器和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2 傳統(tǒng)施工技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)交底內(nèi)容冗長(zhǎng)、繁瑣且與實(shí)際脫節(jié)

技術(shù)人員在編制傳統(tǒng)的作業(yè)指導(dǎo)書和技術(shù)交底時(shí)，內(nèi)容文字堆積、冗長(zhǎng)，致使協(xié)作隊(duì)伍對(duì)內(nèi)容認(rèn)識(shí)不全不清，在日后現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中發(fā)生與交底不符的現(xiàn)象。作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)交底由于過(guò)分依托過(guò)往工法，進(jìn)而忽視施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化、勞動(dòng)力配置和工裝設(shè)備等情況，對(duì)這些問(wèn)題如果沒(méi)有及時(shí)采取積極有效的整合措施，將產(chǎn)生和施工現(xiàn)場(chǎng)脫節(jié)、作業(yè)指導(dǎo)書和技術(shù)交底不能發(fā)揮其作用的問(wèn)題，導(dǎo)致技術(shù)交底失誤。

2.2 施工技術(shù)停留在二維視角

在現(xiàn)今越來(lái)越復(fù)雜的施工過(guò)程中，不同專業(yè)之間的相互干擾越來(lái)越多，不同專業(yè)之間的相互協(xié)作要求也越來(lái)越高，這一點(diǎn)對(duì)于大工作平面下的工程技術(shù)人員提出了更高的要求，二維視角考慮問(wèn)題已經(jīng)不能滿足施工技術(shù)需求。

2.3 進(jìn)度、技術(shù)和安全難以權(quán)衡

施工進(jìn)度作為項(xiàng)目管理中的一項(xiàng)至關(guān)重要的內(nèi)容，直接關(guān)系到項(xiàng)目的形象和經(jīng)濟(jì)效益，施工安全的控制是項(xiàng)目管理實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)的重要一環(huán)，而作為施工項(xiàng)目的基石，施工技術(shù)必須依托規(guī)范和工法，兼顧安全、質(zhì)量，并與施工進(jìn)度統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，極易產(chǎn)生犧牲技術(shù)和安全以追求施工進(jìn)度，最終發(fā)生不可逆的技術(shù)或安全事故。

3 項(xiàng)目介紹

3.1 工程概況

本文將以作者所在的項(xiàng)目為案例，進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用分析，本項(xiàng)目為哈爾濱市軌道交通3號(hào)線二期工程TJ-17標(biāo)，由中交一公局三公司承建，為BT項(xiàng)目，以正在施工的工農(nóng)大街站為例，該車站位于麗江路與工農(nóng)大街交口以北，沿麗江路南北向偏道路西側(cè)布置，車站周邊主要以居住建筑、市政綠地為主，客流、車流較為密集，除西南象限為市政綠地，其余各象限均為帶底商的居民樓。車站小里程端與盾構(gòu)法區(qū)間隧道相接（盾構(gòu)接收），大里程端與暗挖法區(qū)間隧道相接。其中，主體建筑面積為9267.17㎡，附屬建筑面積為3387.15㎡（含地面建筑），共設(shè)4個(gè)出入口（其中2、3號(hào)口各設(shè)有一支口過(guò)工農(nóng)大街）、無(wú)障礙出入口與1號(hào)出入口結(jié)合設(shè)置、1個(gè)消防疏散口（地面亭與 3b號(hào)口合建）以及 4組風(fēng)亭（含 2、3號(hào)口各設(shè)置的一處排煙風(fēng)井）。車站軌面埋深約16.00～19.53m，車站中心里程處覆土厚度5.4m。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，本車站為地下兩層（局部三層）島式站臺(tái)車站，地下一層為站廳，地下二層為站臺(tái)。站臺(tái)寬度11m，左右線間距為14m，車站長(zhǎng)度138.1m，結(jié)構(gòu)寬 19.7m（最寬處 44.15m）。計(jì)算站臺(tái)長(zhǎng)度 118m，車站公共區(qū)為單柱雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，橫向柱網(wǎng)尺寸為 9.15m+9.15m，縱向柱距為 9.0m，大里程端設(shè)備區(qū)為雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，橫向柱網(wǎng)尺寸為 6.50m+6.50m+5.30m（加寬段8.75m+4.60m+8.75m），縱向柱距為9.0m（加寬段為6.50m+6.60m）。車站主體采用明挖順作法施工，車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚的地下連續(xù)墻+φ1000mm鉆孔灌注樁，設(shè)1道混凝土支撐加4道鋼支撐（局部5道），首道支撐為鋼筋混凝土支撐。

4 項(xiàng)目難點(diǎn)

4.1 工期緊迫

本工程是哈爾濱市重要的市政工程和民生工程，扣除春節(jié)假期、當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)達(dá) 4個(gè)多月的冬休期，有效施工時(shí)間十分緊迫，對(duì)施工生產(chǎn)效率要求非常高，深基坑支護(hù)體系與土方開挖的施工組織是本工程的難點(diǎn)。

4.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

本工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，施工難度大，包括主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、出入口、風(fēng)亭等，特別是中板上夾層板結(jié)構(gòu)、車站與外掛附屬接頭構(gòu)造、車站與出入口接頭構(gòu)造，結(jié)構(gòu)精度要求高。

《公約》構(gòu)建了一個(gè)全面有效的反腐敗國(guó)際司法與執(zhí)法合作機(jī)制框架，該框架為締約國(guó)開展反腐敗國(guó)際刑事合作奠定了國(guó)際法的法律基礎(chǔ)，并為締約國(guó)進(jìn)一步締結(jié)或完善相關(guān)的雙邊或多邊協(xié)定或條約，提供了有效的法律指南。因此我國(guó)反腐敗法律應(yīng)盡快與《公約》接軌，制定關(guān)于國(guó)際刑事司法協(xié)助與合作方面的法律法規(guī)，盡快建立引渡合作機(jī)制、資產(chǎn)追回機(jī)制和缺席審判制度等，促進(jìn)反腐敗國(guó)際合作的發(fā)展。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)難

本工程占用市政道路面積大，立體交叉作業(yè)多，涉及的專業(yè)分包單位多，因此對(duì)施工總平面布置要求高，需要實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、料的合理配置。

5 BIM實(shí)施策劃

本項(xiàng)目為城市軌道交通地鐵車站項(xiàng)目，具有施工環(huán)境復(fù)雜、交通協(xié)調(diào)困難、結(jié)構(gòu)形式多樣、對(duì)施工技術(shù)、質(zhì)量要求高、項(xiàng)目管理工作較難控制等多項(xiàng)難題。傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式對(duì)其進(jìn)行全過(guò)程控制及精細(xì)化管理存在相當(dāng)?shù)睦щy。在項(xiàng)目初期，項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)組織實(shí)施BIM策劃，積極引入BIM技術(shù)，重點(diǎn)分析項(xiàng)目工程中可能遇到的難點(diǎn)，明確BIM應(yīng)用目標(biāo)、組織架構(gòu)、應(yīng)用流程及質(zhì)量控制體系等，為項(xiàng)目的順利開展打下了良好基礎(chǔ)。

5.1 應(yīng)用目標(biāo)

對(duì)機(jī)電施工圖，施工節(jié)點(diǎn)，分項(xiàng)工程進(jìn)行深化設(shè)計(jì)；對(duì)重難點(diǎn)施工方案進(jìn)行驗(yàn)算模擬，工況模擬，方案模擬；輔助施工過(guò)程進(jìn)行工業(yè)化制造安裝，數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)施工，信息化管理。

5.2 組織架構(gòu)

項(xiàng)目部成立了由項(xiàng)目經(jīng)理任BIM總負(fù)責(zé)人、生產(chǎn)經(jīng)理負(fù)責(zé)BIM具體實(shí)施、總工程師為BIM技術(shù)總監(jiān)、各部門分工合作的完善的組織架構(gòu)。

5.2-1 項(xiàng)目BIM組織架構(gòu)

5.3 應(yīng)用流程

為保障項(xiàng)目BIM工作的順利正常開展。項(xiàng)目部規(guī)范了BIM工作流程。依據(jù)項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)，制定符合要求的設(shè)計(jì)、應(yīng)用、拓展流程。

5.4 質(zhì)量控制體系

通過(guò)模型自審、互審、終審、定期例會(huì)、獎(jiǎng)懲措施等多種辦法保證BIM工作的質(zhì)量滿足項(xiàng)目服務(wù)需求。

6 BIM模型應(yīng)用

在實(shí)施BIM技術(shù)的前期模型創(chuàng)建階段，BIM便已發(fā)揮了其作為輔助項(xiàng)目技術(shù)工作的作用，隨著項(xiàng)目工作的推進(jìn)展開本項(xiàng)目BIM深化工作已有如下成果：基于BIM模型進(jìn)行會(huì)審發(fā)現(xiàn)土建與機(jī)電圖紙問(wèn)題，對(duì)各種管線進(jìn)行綜合排布，模型算量，方案優(yōu)化，碰撞檢查。

6.1 模型審核

由于該項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)涉及專業(yè)多、形式復(fù)雜、功能多樣等特點(diǎn)，一些設(shè)計(jì)上不合理之處在傳統(tǒng)圖紙會(huì)審中難以發(fā)現(xiàn)，如土建建筑和結(jié)構(gòu)圖紙核對(duì)不詳細(xì)；建筑圖和結(jié)構(gòu)圖孔洞位置不一致；預(yù)留孔洞大小、位置錯(cuò)誤；孔洞表與圖紙標(biāo)注尺寸不一致；剖面圖和平面圖開洞尺寸不一致；孔洞位置與墻體及結(jié)構(gòu)有沖突等問(wèn)題。

發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題及時(shí)反饋填寫問(wèn)題清單，規(guī)范工作流程，過(guò)程管理到位。目前已累計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題53個(gè)，在施工前及時(shí)將圖紙問(wèn)題交由設(shè)計(jì)單位審核調(diào)整，避免了后期返工，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

6.2 基于BIM的模型建造

三維可視化功能再加上時(shí)間維度，可以進(jìn)行虛擬施工。隨時(shí)隨地直觀快速地將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行有效協(xié)同，建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方可以提前了解工程建造的全過(guò)程。這樣通過(guò)BIM技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控，可以降低決策風(fēng)險(xiǎn)，減少安全和質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，增強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性。

6.2-1 工農(nóng)大街站BIM模型

6.3 碰撞檢查

利用BIM可視化技術(shù)的特性，突破了傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)圖的限制，提高施工圖檢查效率與精確度。預(yù)留洞、預(yù)埋件在使用中出現(xiàn)偏差、遺漏和管線碰撞情況；管線的最低標(biāo)高不符合凈空高度要求的情況；管線所處位置堵到了空調(diào)風(fēng)口的情況；需要維護(hù)的部位維護(hù)人員無(wú)法到達(dá)的情況等，通過(guò)局部調(diào)整、深化設(shè)計(jì)，能夠更好地指導(dǎo)施工，最大限度地減少因返工而造成的成本支出。

6.3-1 利用BIM軟件，快速查找各專業(yè)管線碰撞位置并進(jìn)行深化修改6.4施工方案優(yōu)化與對(duì)比

本工程在開工之初就對(duì)應(yīng)用BIM技術(shù)運(yùn)行方案優(yōu)化進(jìn)行了精心策劃，模型創(chuàng)建完成與初步問(wèn)題調(diào)整后，項(xiàng)目部組織各有經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)經(jīng)理，技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)模型進(jìn)行會(huì)審，使得豐富的施工經(jīng)驗(yàn)與直觀的模型相結(jié)合，優(yōu)化方案。

6.5 模型算量

在BIM建筑信息模型中，在三維模型上賦予它在整個(gè)建筑生產(chǎn)生命周期里的各種信息（幾何信息、材料性能、構(gòu)件屬性等），自動(dòng)生成明細(xì)報(bào)表，同時(shí)一處設(shè)計(jì)變更，工程量統(tǒng)計(jì)也相應(yīng)更新生效，做到工程量與模型的完美掛鉤，達(dá)到模型即圖紙的效果，進(jìn)而消除工程預(yù)算外變更減少造價(jià)估算耗費(fèi)時(shí)間，使合同價(jià)格進(jìn)一步降低，有助于我們進(jìn)行成本綜合分析，合理安排項(xiàng)目資金使用計(jì)劃，產(chǎn)生模型高于圖紙的效能。

6.5-1 導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)柱混凝土工程量明細(xì)表

6.6 三維技術(shù)交底和人才培養(yǎng)

依托于BIM的模型，通過(guò)Revit、Navisworks、3Dmax軟件，技術(shù)人員可以制作三維技術(shù)交底，以技術(shù)指標(biāo)、資源配置、工藝要點(diǎn)為核心，以工藝流程為主線，以信息模型為載體的可視化展示系統(tǒng)，每一道工序的模型按使用需要包含空間相對(duì)位置、幾何參數(shù)、邊界條件，與實(shí)體尺寸相符的外形輪廓、緊前緊后工序模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系等。改變了以往傳統(tǒng)技術(shù)交底的模式，結(jié)構(gòu)圖、細(xì)部詳圖、鋼筋放樣及位置等都由2D圖紙變成了三維模型，使技術(shù)交底更易于管理人員和施工作業(yè)層人員接受和理解，縮短了工人培訓(xùn)的時(shí)間，為施工生產(chǎn)質(zhì)量提供了有力保障，有利于企業(yè)年輕技術(shù)人員的培養(yǎng)，不斷加強(qiáng)企業(yè)后備力量。

6.6-1 三維鉆孔灌注樁鋼筋籠模型

7 BIM技術(shù)前景展望

BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等方面有著重要作用，可以大幅提高項(xiàng)目的精細(xì)化技術(shù)水平。BIM作為信息技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，在工程管理過(guò)程中體現(xiàn)出的可預(yù)見性、直觀性、模擬性、優(yōu)化性，尤其針對(duì)地鐵車站項(xiàng)目的應(yīng)用研究與實(shí)踐具有更加廣泛的意義。

[1]杜欣.BIM在地鐵車站中的應(yīng)用.四川建筑.2015.

[2]王瑋.非標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站機(jī)電綜合管線設(shè)計(jì)探討.智能城市.2017.

[3]王慧琛,李炎鋒,趙雪鋒等.BIM 技術(shù)在地下建筑建造中的應(yīng)用研究—以地鐵車站為例[J].中國(guó)科技信息.2013.