BIM技術(shù)在吉隆坡地鐵車站施工中的應(yīng)用

(中交二航局第三工程有限公司，鎮(zhèn)江 212003)

引言

BIM以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行模型建立[2-3]，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目全生命周期的管理[4-6]。近年來(lái)，BIM作為建筑行業(yè)新技術(shù)在我國(guó)得到了快速發(fā)展[7-12]，公司為適應(yīng)建筑業(yè)信息化發(fā)展趨勢(shì)，也積極開(kāi)展了各項(xiàng)BIM技術(shù)的應(yīng)用。本文以馬來(lái)西亞吉隆坡MRT 2號(hào)線地鐵車站項(xiàng)目為例，結(jié)合國(guó)外BIM發(fā)展模式和體系規(guī)范[13-14]，介紹了地鐵車站施工過(guò)程中BIM技術(shù)在施工模擬[15]、進(jìn)度管理[16]、碰撞檢查與協(xié)調(diào)[17]、土石方開(kāi)挖作業(yè)模擬[18]、鋼筋模型建立等方面的應(yīng)用情況。

1 工程概況

馬來(lái)西亞吉隆坡MRT2號(hào)線地鐵項(xiàng)目是我國(guó)在“一帶一路”沿線的重要合作項(xiàng)目。地鐵線全長(zhǎng)52.2km，分為4個(gè)段落，本項(xiàng)目主要實(shí)施地下段的車站和逃生井。車站為三層矩形框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)201.3m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為24.6m，開(kāi)挖深度29.7m，采用蓋挖逆作法施工，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用地連墻(墻厚1.2m，標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m)加鋼支撐。逃生井為兩層結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)25.2m，寬17.5m，開(kāi)挖深度14.5m，采用明挖順作法施工，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合樁加鋼支撐。平面位置如圖1。

圖1 車站與逃生井平面位置

2 BIM技術(shù)應(yīng)用重點(diǎn)

本項(xiàng)目實(shí)施BIM信息化管理模式[19]，建立建筑信息模型，利用數(shù)字技術(shù)(包括CAD、可視化、參數(shù)化、GIS、精益建造、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊等)表達(dá)建設(shè)項(xiàng)目的幾何、物理和功能信息，為項(xiàng)目生命周期建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理決策提供技術(shù)和方法支持。利用BIM的可視化、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、可出圖性技術(shù)手段[20]，針對(duì)項(xiàng)目施工組織特點(diǎn)，開(kāi)展BIM輔助施工技術(shù)應(yīng)用及BIM輔助進(jìn)度計(jì)劃與控制，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)方案的最優(yōu)化和進(jìn)度管理的有效化，提升項(xiàng)目施工技術(shù)能力和進(jìn)度管理水平。具體的應(yīng)用點(diǎn)如下：

(1)以BIM輔助施工的技術(shù)類應(yīng)用為主，進(jìn)行施工圖深化設(shè)計(jì)和施工技術(shù)方案編審；

(2)在施工階段重點(diǎn)開(kāi)展BIM技術(shù)的3D施工方案模擬和4D施工模擬在進(jìn)度計(jì)劃、控制、管理中的應(yīng)用；

(3)多專業(yè)協(xié)同[21]，主要進(jìn)行機(jī)電各專業(yè)之間以及與結(jié)構(gòu)專業(yè)間的碰撞檢查。根據(jù)碰撞檢查報(bào)告，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的工作交叉面和碰撞點(diǎn)進(jìn)行施工方案的調(diào)整，以提高施工方案的可施工性，以及優(yōu)化管線綜合排布；

(4)模型信息的完善，根據(jù)施工信息完善模型使其達(dá)到竣工模型交付標(biāo)準(zhǔn)；

(5)通過(guò)巖探數(shù)據(jù)，建立車站內(nèi)土石方模型，提前估算土方與石方量，方便施工準(zhǔn)備；

(6)建立車站結(jié)構(gòu)主要節(jié)點(diǎn)鋼筋模型，進(jìn)行三維模型交底[22]以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)。

3 BIM技術(shù)階段應(yīng)用成果

在施工準(zhǔn)備和施工過(guò)程中，運(yùn)用BIM技術(shù)合理安排施工順序和制定進(jìn)度計(jì)劃，合理布置施工場(chǎng)地，優(yōu)化配置人力、物力、財(cái)力、技術(shù)等生產(chǎn)要素，協(xié)調(diào)各方面的工作，使得施工有計(jì)劃、有節(jié)奏，達(dá)到施工在質(zhì)量、進(jìn)度、安全、文明等方面的要求，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。本項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用如下：

3.1 車站施工模型建立

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工圖是根據(jù)BIM設(shè)計(jì)模型所出，與國(guó)內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)院CAD圖紙做BIM翻模不一樣，其設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)前后不一致的情況是不存在的，因此也不存在通過(guò)建立3D模型來(lái)做圖紙檢查，出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更只需要在模型里面修改，其相應(yīng)圖紙隨即改變，并且都保存在模型中，各個(gè)專業(yè)通過(guò)相關(guān)的三維設(shè)計(jì)軟件協(xié)同工作，能夠最大程度地提高設(shè)計(jì)速度,減少圖紙傳遞錯(cuò)誤，保證工作的準(zhǔn)確性，屬于BIM的正向設(shè)計(jì)。

施工方所做的模型是在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，為方便施工所做的合理協(xié)調(diào)變動(dòng)更新到施工模型中，并做好記錄，完善相關(guān)信息，方便施工結(jié)束后出竣工圖紙，其地連墻施工模型如圖2所示。

圖2 車站地連墻施工模型

在圖2中，地連墻施工模型較設(shè)計(jì)模型，其分幅寬度、頂標(biāo)高、底標(biāo)高都有許多不一致，是因?yàn)樵诘剡B墻實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)有所變動(dòng)。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)模型，將施工變動(dòng)及數(shù)據(jù)更新到模型中，不斷完善施工模型。

本項(xiàng)目用BIM記錄每幅地連墻的信息，生成明細(xì)表，在明細(xì)表中記錄了每幅地連墻的標(biāo)高、尺寸、混凝土方量、各工序開(kāi)始完成時(shí)間等；并用不同顏色表示每周地連墻施工情況，記錄施工過(guò)程，如圖3，其中灰色表示已完成地連墻，藍(lán)色表示還未完成，綠色表示本周正在施工中的地連墻，橘色表示本月已經(jīng)完成地連墻，并有相應(yīng)的明細(xì)表顯示這些地連墻的信息，每周都生成一張圖紙保存在Revit文件中，形成一個(gè)3D的施工臺(tái)賬，方便信息的保存與傳輸，作為BIM信息集成的一部分。

圖3 地連墻3D施工臺(tái)賬

3.2 施工工藝流程模擬

為方便施工現(xiàn)場(chǎng)人員理解施工過(guò)程，對(duì)于施工流程和特殊施工工藝，可以通過(guò)BIM做相應(yīng)的施工模擬，如圖4、圖5所示。

圖4 頂板土方開(kāi)挖模擬

圖5 頂板混凝土澆筑順序模擬

本項(xiàng)目在頂板以上土方開(kāi)挖前，根據(jù)施工方案做了土方開(kāi)挖過(guò)程施工模擬，通過(guò)模擬可以直觀地看到土方開(kāi)挖分區(qū)、開(kāi)挖順序及一次開(kāi)挖范圍，同時(shí)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中土體放坡情況也一目了然，如圖4；在第一塊頂板混凝土澆筑前，對(duì)混凝土分層澆注逐步推進(jìn)的流程進(jìn)行模擬，通過(guò)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行交底讓現(xiàn)場(chǎng)工人更容易理解，提高工作效率。

如圖6所示，考慮到頂板整體結(jié)構(gòu)安全性，在澆筑頂板時(shí)未能將全部永久性洞口開(kāi)洞，在后期施工中需要對(duì)其洞口位置混凝土進(jìn)行切割開(kāi)洞，通過(guò)Revit軟件進(jìn)行建模分塊，計(jì)算每次吊裝混凝土的重量，并通過(guò)Navisworks后期模擬混凝土開(kāi)洞吊裝過(guò)程，保證施工的安全可行。

圖6 頂板永久性洞口開(kāi)洞過(guò)程示意

3.3 4D進(jìn)度管理

在Revit建立的3D模型基礎(chǔ)上，結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃，就能實(shí)現(xiàn)4D的施工模擬，達(dá)到4D進(jìn)度管理的目的[23-24]。4D施工模擬是嚴(yán)格按照施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，現(xiàn)場(chǎng)工程師可以將現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與4D模擬進(jìn)度安排進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)了解工程進(jìn)度是否存在偏差，并采取積極措施及時(shí)糾正偏差，保證項(xiàng)目進(jìn)度正常。

如圖7，對(duì)車站頂板以上土體開(kāi)挖及頂板澆筑進(jìn)行了4D施工模擬，通過(guò)模擬過(guò)程我們能直觀地了解能同時(shí)進(jìn)行的工作面數(shù)量，為組織投入合理的資源提供了依據(jù)，并且通過(guò)模擬施工方案提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，編制有效的預(yù)防措施方案，做到先模擬再施工，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，減少資源浪費(fèi)，有效控制成本。

圖7 頂板以上4D進(jìn)度模擬

3.4 碰撞檢查與協(xié)調(diào)

可以通過(guò)BIM做建筑工程各專業(yè)的碰撞檢查，不僅可完成機(jī)電(MEP)內(nèi)部各專業(yè)(包括CWS、DRS、ECS、ELE、FPS、PLM)之間自碰撞，還可以對(duì)機(jī)電模型綜合與結(jié)構(gòu)模型(CNS)之間進(jìn)行碰撞檢查，有助于結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)機(jī)電設(shè)備、管線的洞口預(yù)留，如圖8，做了車站部分區(qū)域(Entrance C)的碰撞檢查。

圖8 Entrance C結(jié)構(gòu)與機(jī)電碰撞檢查

根據(jù)碰撞檢查結(jié)果，分析每個(gè)碰撞產(chǎn)生的原因，對(duì)不合理的碰撞進(jìn)行標(biāo)記說(shuō)明并出具碰撞檢測(cè)報(bào)告，配合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行模型的修改。對(duì)Entrance C的碰撞進(jìn)行分析結(jié)果如表1。

表1 碰撞分析結(jié)果

如表1，因?yàn)橐恍C(jī)電管道要穿過(guò)結(jié)構(gòu)墻體，所以在碰撞結(jié)果中有部分碰撞是合理的，我們需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行逐一分析，并做好記錄，與設(shè)計(jì)單位溝通減少施工過(guò)程中可能存在的碰撞。

3.5 土石方量模擬

本車站在前期巖探過(guò)程中，勘探得知從地下負(fù)一層板開(kāi)始就有大量的巖石存在，對(duì)于地底巖石存在的形態(tài)以及具體方量是比較難以確定的。因此，結(jié)合巖探數(shù)據(jù)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行地下巖石模型的建模，如圖9，同時(shí)根據(jù)模型對(duì)地下巖石方量進(jìn)行估算，方量見(jiàn)表2，為確定巖石鑿除方案做好準(zhǔn)備。

在保障基坑周邊建筑物以及車站站體本身安全抗震的條件下，依據(jù)巖石在車站內(nèi)的分布情況以及巖石圍巖等級(jí)，采取巖石機(jī)械鑿除與毫秒延期控制爆破相結(jié)合的方式進(jìn)行爆破，由于爆破屬于高危作業(yè)，需要大量準(zhǔn)備工作，在BIM技術(shù)的支持下，我們提前了解到工作的難度，為準(zhǔn)備工作預(yù)留了足夠的時(shí)間，保證了工程施工的正常進(jìn)行，節(jié)省了大量的施工成本。

3.6 鋼筋模型建立

本項(xiàng)目進(jìn)行了車站地連墻鋼筋模型的建模，如圖10，和板鋼筋模型的建模，如圖11。

通過(guò)結(jié)構(gòu)鋼筋模型的建立不僅可以快速地得到鋼筋的工程量，還可以對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處鋼筋進(jìn)行建模做3D可視化交底，方便現(xiàn)場(chǎng)施工人員更加直觀地了解鋼筋布置方式、尺寸、搭接、錨固形式等。目前，用Revit建立鋼筋模型主要解決復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的交底，梁板柱大體量的鋼筋用Revit建模仍然存在工作量大、文件大操作慢、靈活度不好等缺陷，對(duì)于大體量鋼筋模型的建立應(yīng)結(jié)合其他軟件，例如：廣聯(lián)達(dá)GTJ2018、GGJ2013、魯班鋼筋等，使其模型輕量化，從而解決鋼筋算量問(wèn)題。

4 結(jié)論

基于BIM技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)施工管理，需要我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝及管理要求，對(duì)設(shè)計(jì)施工圖模型進(jìn)行信息更新、添加、完善，最終得到滿足施工要求的施工模型。利用BIM技術(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)可視化、虛擬化的協(xié)同管理，可以實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)信息高效無(wú)誤的傳遞與實(shí)時(shí)共享，提高項(xiàng)目的管理水平。

城市地鐵車站施工一般都屬于地下工程，地質(zhì)和水文條件較復(fù)雜,不確定性較大，通過(guò)BIM技術(shù)不僅能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行施工模擬、進(jìn)度管理、碰撞檢查等應(yīng)用，還能模擬地下不同地質(zhì)的分布情況。本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目在此方面所做的初步嘗試與探究，由于還未形成自己的BIM統(tǒng)一管理平臺(tái)，在許多方面仍存在局限。因此，企業(yè)BIM團(tuán)隊(duì)要負(fù)責(zé)收集、貫徹國(guó)際、國(guó)家及行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并研發(fā)出適應(yīng)企業(yè)自身的BIM相關(guān)平臺(tái)，為公司積累工程數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后的工作提供參考依據(jù)。

表2 巖石最終計(jì)算方量

圖9 地下巖石BIM模型

圖10 地連墻鋼筋建模

圖11 頂板鋼筋建模