BIM技術(shù)在地鐵施工的應用

金 寶 劉付明 聶進興

（濟南城建集團有限公司，濟南 250000）

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，地鐵工程規(guī)模越來越大、體型越來越復雜，同時城市人口密集給地鐵建設(shè)帶來巨大的風險，因而地鐵項目更需要合理的規(guī)劃設(shè)計、科學的施工組織。BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域廣泛應用，已在建筑工程管理中發(fā)揮顯著作用，不僅可以加強管理者的進度控制能力，減少工程延誤風險，而且能夠節(jié)約施工時間，為項目進度管理帶來方便，創(chuàng)造了巨大的效益。

1 工程概況

濟南軌道交通R3線五標段含兩站三區(qū)，其中王舍人站位于工業(yè)北路，王舍人站主體總長274m，標準段凈寬19.7m，深18.6m，車站為地下二層島式站臺車站，主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，支護結(jié)構(gòu)采用鉆孔樁+旋噴樁止水+內(nèi)支撐體系。王舍人站—裴家營站區(qū)間為雙線單洞隧道，區(qū)間隧道右線全長2822.204m；隧道左線全長2800.504m。

車站施工與工業(yè)北快速路同期施工，高架橋梁、綜合管廊、地鐵、地面道路、地面橋梁、雨污水等配套工程交叉作業(yè)，施工作業(yè)空間及時間易相互影響，施工工序的合理布置、協(xié)同工作成為本項目的一個重點。

2 BIM技術(shù)應用

2.1 地鐵車站綜合管線中的碰撞檢查

綜合管廊、管線遷改與王舍人站同期施工，傳統(tǒng)的設(shè)計中，地鐵建設(shè)前的管線遷改會預先計劃出一個管綜方案，確定各專業(yè)管線的標高和位置。隨著設(shè)計的深入，設(shè)計條件不斷明確，受外部環(huán)境的影響，管遷設(shè)計與實際施工處在不斷調(diào)整中，等設(shè)計結(jié)束后，設(shè)計管線與實際施工存在一定的出入。傳統(tǒng)的二維圖紙在高程上也難以做到空間避讓，碰撞數(shù)量大大增加，缺少施工空間。

用BIM的三維技術(shù)在前期可以采用Navisworks軟件對現(xiàn)有構(gòu)筑物及管線進行碰撞檢查，優(yōu)化工程設(shè)計，減少建筑施工階段可能存在的錯誤損失和返工風險。管線沖突與解決方案如表1所示。

表1 管線沖突與解決方案

2.2 施工場地布置與優(yōu)化

盾構(gòu)施工三維場地布置如圖1所示。本項目盾構(gòu)施工階段，工業(yè)北快速路高架橋主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)建成，在進行場地布置時要考慮龍門吊、拌合站與高架橋的避讓，同時龍門吊要在有效的工作范圍內(nèi)完成物資和渣土的轉(zhuǎn)移工作，避免龍門吊運行效率低、吊裝盲區(qū)等問題，如圖2、圖3所示。周轉(zhuǎn)物資及耗材要最大限度縮短在場內(nèi)的運輸距離，特別是盡可能減少場內(nèi)二次搬運。盾構(gòu)施工前期場外存在交叉施工，后期工業(yè)北路通車后，為保障道路車輛的通行，要在保證施工順利進行的前提下盡量少占施工用地。對于施工而言，少占施工用地，減少了場內(nèi)運輸工作量和臨時水電管網(wǎng)，既便于管理又減少了施工成本。

圖1 盾構(gòu)施工三維場地布置

圖2 地面設(shè)備與高架避讓

圖3 地面物資功能區(qū)設(shè)置

2.3 方案、交底可視化

王舍人站裝井口尺寸為11.5m×7.5m，在盾構(gòu)吊裝過程中，由于始發(fā)井口與在建高架橋之間存在干涉，盾構(gòu)機大件尺寸如表2所示，高架箱梁底部距地面為6m，在有限的空間內(nèi)避開高架橋完成部件下井是此次吊裝的關(guān)鍵。論證期間，按照實際尺寸建立模型，通過模擬吊裝過程，直觀地展現(xiàn)了盾構(gòu)機吊裝的過程，如圖4所示，同時總結(jié)出盾構(gòu)機吊裝過程中需要注意的細節(jié)和需要把握的關(guān)鍵點。

表2 盾構(gòu)機主要部件尺寸

圖4 吊裝方案模擬

盾構(gòu)始發(fā)時托架、反力架及洞門翻版的模型安裝布置如圖5所示，按照實際尺寸創(chuàng)建三維部件模型，導入車站三維模型進行安裝并加固，托架及反力架加固需要各類工字鋼橫撐、斜撐共計40余根，安裝要求精度高，高程偏差應小于±5mm，軸線偏差應小于±10mm。按照三維效果圖對施工進行技術(shù)交底，直觀、精確。

同時，在導入反力架后，直觀地表現(xiàn)出反力架掘進方向的右側(cè)與車站結(jié)構(gòu)之間的相對位置關(guān)系，找出反力架加固過程中的難點，對原有的加固方案進行針對性的改進。

圖5 反力架、托架三維交底

2.4 鋼筋、混凝土工程量統(tǒng)計

如圖6所示，車站模型建立時，按照施工流程分倉、分段。基于BIM模型計算工程量，算量結(jié)果可視化，算量計算子目可追溯計算公式和模型。修改BIM模型后，其能夠自動更新工程量清單。利用歷史數(shù)據(jù)或模板數(shù)據(jù)，導入模型即可完成快速算量造價過程，統(tǒng)計鋼筋、混凝土工程量，工程量計算能夠反差追溯到每一個構(gòu)件，并進行多專業(yè)的算量結(jié)果匯總。模型修改后，能自動識別符合原來屬性的構(gòu)件，可以單選構(gòu)件或分類構(gòu)件群，如鋼筋、混凝土等，每個構(gòu)件都有詳細的工程量計算式。該模型可以分構(gòu)件檢查算量計算結(jié)果，精確對量。

圖6 車站模型

2.5 進度模擬與資金計劃

將進度計劃（MS project、Excel進度計劃）導入BIM模型中，將模型中的構(gòu)件與施工進度計劃進行掛接，并深度整合施工過程中涉及的資源（人力、材料、機械設(shè)備）、成本、安全等信息，從而實現(xiàn)多個維度的施工管理，形成5D模型，實現(xiàn)5D虛擬建造、動畫播放，并與成本、工序維度關(guān)聯(lián)，為相應資金準備提供依據(jù)。這樣可以實現(xiàn)WBS模型進度、資金計劃曲線的同步顯示，直觀了解進度，并且查看任意時間點的WBS進度、資金計劃、人材、機計劃等信息。

2.6 土方開挖量計算

車站土方開挖時，由于環(huán)保原因，土方無法及時外運，部分土方內(nèi)倒在場內(nèi)臨時堆放。對于內(nèi)倒的土方量現(xiàn)場無法可靠計量，運用BIM技術(shù)成功解決了該問題，得到了參建各方的一致認可。

傳統(tǒng)土方計算方式有方格網(wǎng)法、等高線法、斷面法、DTM法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等，對于較復雜原地形或復雜結(jié)構(gòu)基坑的土方量計算，其費時費力且不夠精確。使用BIM模型進行土方量計算，直觀、精確，按照任意開挖進度段統(tǒng)計量，包括原地貌至場平的土方量也可以精確得出，排除了人工計算的誤差。人們可以通過Revit及Civil 3D實現(xiàn)精確建模，如圖7所示。

圖7 通過Revit及Civil 3D精確建模

2.7 三維模型展示

將建好的三維模型導入Fuzor，建立虛擬現(xiàn)實平臺，配合VR設(shè)備進行漫游，如圖8所示，以第一視角感受現(xiàn)場環(huán)境。同時，人們可以進行查看構(gòu)件信息、測量內(nèi)部尺寸以及為對象添加注釋等操作，提高工程圖面整合上的視覺便利性，使得建筑檢討呈現(xiàn)更加直覺化，減少與業(yè)主、建筑師之間的溝通時間。在工程施工前，人們可以在BIM三維模型中完成建筑模擬與規(guī)劃整合，將圖面問題做妥善的澄清與規(guī)劃，切實提升建筑項目品質(zhì)。

圖8 車站VR漫游

3 結(jié)語

目前，地鐵施工單位對BIM技術(shù)應用研究還處于初級階段，面對軟件及平臺的不斷推廣和完善，未來設(shè)計與工程、制造與管理將進一步整合，施工智能化、信息化程度將進一步得到提高和完善。BIM技術(shù)不只要求人們安裝使用軟件，更要求整個地鐵建設(shè)行業(yè)深入改革流程管理與公司制度。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展、BIM技術(shù)不斷完善以及業(yè)主對工程項目建設(shè)要求的日益提高，BIM技術(shù)將會在過多地領(lǐng)域創(chuàng)造價值。