BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應用實踐

摘要：隨著城市化進程的加快，各城市的保有量迅速增加，導致城市道路日益擁堵，為了緩解城市交通擁堵，改善空氣質(zhì)量，許多城市開始發(fā)展城市軌道交通。在城市軌道交通的建設(shè)中，地鐵車站施工是非常重要的一個環(huán)節(jié)，明挖法施工在此得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的施工方法是通過二維CAD圖紙指導現(xiàn)場施工，但近年來BIM技術(shù)在地鐵施工中的應用已逐漸興起。本文對BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應用進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);地鐵車站;施工應用

引言

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是在20世紀末由美國科學家提出的一種基于計算機的建筑模擬系統(tǒng)。21世紀時該技術(shù)被應用到建筑行業(yè)中，為建筑行業(yè)的技術(shù)性變革提供了強有力的技術(shù)支撐。

1項目概況

軌道交通十號線土建10107標段工程位于渝北區(qū)內(nèi)，起止里程為K31+935.64—K36+419.649，標段全長4484m，該標段包括：T2航站樓站、渝北廣場站和T3航站樓站—T2航站樓站—渝北廣場站—鹿山站三個區(qū)間。T2航站樓站位于重慶市江北國際機場T2航站樓前廣場下方，與既有3號線換乘。該站主體結(jié)構(gòu)為地下暗挖單拱二層島式站臺車站，車站長224m、寬24.40m、高20.01m，底板埋深為45.90m，頂板覆土厚度為25.89m，車站共有17個出地面附屬結(jié)構(gòu)口。車站采用雙側(cè)壁導坑法施工，暗挖最大斷面506㎡，共有17個出地面附屬結(jié)構(gòu)口。

2 BIM技術(shù)的快速發(fā)展

信息化的高速發(fā)展和應用推進了整個建筑行業(yè)的革新，基于對建筑數(shù)字化進一步深入地鉆研和嘗試，建筑施工技術(shù)和施工流程都迎來了全新變革。BIM技術(shù)近年來在我國建筑行業(yè)迅速發(fā)展，它被作為改變傳統(tǒng)建筑行業(yè)的一項關(guān)鍵技術(shù)進行推廣。BIM技術(shù)在我國被翻譯為建筑信息模型，它的核心思想是通過計算機信息技術(shù)打造和應用BIM模型，在工程中完成數(shù)字化工程信息的實時更新和共享，提高建筑行業(yè)的施工質(zhì)量和效率。隨著國內(nèi)建筑行業(yè)BIM技術(shù)的迅速發(fā)展，我國政府部門也出臺多項專項政策進行扶持，BIM技術(shù)的研究與應用開始大范圍推廣落地。

3 BIM正向設(shè)計方法

3.1協(xié)同設(shè)計

為實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計的目標，應保證地鐵車站各專業(yè)模型的一致性和同步性，因此需要建立各專業(yè)設(shè)計人員共同使用的協(xié)同設(shè)計平臺。Revit軟件是由Autodesk公司設(shè)計研發(fā)的一款BIM建模軟件，可以針對建筑、結(jié)構(gòu)、機電、暖通、給排水等專業(yè)進行三維模型構(gòu)建，支持CAD圖紙導入、創(chuàng)建構(gòu)件明細表、創(chuàng)建體量模型、創(chuàng)建參數(shù)化構(gòu)件、渲染、漫游及各類能耗分析等功能，并實現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計人員的協(xié)同設(shè)計。利用Revit軟件進行協(xié)同設(shè)計主要有2種方式：①文件鏈接方式，即在Revit軟件里建立一個中心文件夾，土建專業(yè)設(shè)計人員將其構(gòu)建的BIM模型放入其中，機電專業(yè)人員在建模時鏈接土建模型，以此類推，從而實現(xiàn)各專業(yè)間的模型共享，此方式適用于不同專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計;②工作集方式，即對中心文件進行設(shè)計任務和權(quán)限的劃分，各設(shè)計人員針對屬于自己的任務進行設(shè)計，其設(shè)計內(nèi)容可及時在本地文件與中心文件間進行同步，各設(shè)計人員之間可相互借用屬于對方構(gòu)件圖元的權(quán)限進行交叉設(shè)計，從而實現(xiàn)信息的實時共享和溝通，此方式適用于各專業(yè)內(nèi)部的分工和協(xié)同設(shè)計。

3.2模型搭建

由于地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)件種類繁多，包括冷水機組、風機、水泵、空調(diào)器、風閥等，因此搭建通風空調(diào)系統(tǒng)BIM模型所需的族文件數(shù)量眾多，需要根據(jù)通風空調(diào)系統(tǒng)涉及的族類型對項目樣板里的族庫文件進行全面完善和補充，以避免花費大量時間臨時制作某個族文件，從而提高BIM模型的搭建效率。地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)BIM模型搭建完成后，可以利用該模型和項目樣板里的提資模板，完成對電力、BAS、FAS等相關(guān)專業(yè)的互提資料，以保證通風空調(diào)設(shè)備、閥門的正常運行;可將影響車站裝修設(shè)計的通風空調(diào)設(shè)備、風口等三維模型資料提交給建筑裝修專業(yè)設(shè)計人員，供其在設(shè)計時參考;還可將該模型提交給車站綜合管線設(shè)計人員，便于其開展管線調(diào)整、碰撞檢查等工作。此外，施工單位可以利用相關(guān)BIM模型在施工前快速、全面、準確地檢查出設(shè)計圖紙中的錯誤、遺漏及各專業(yè)管線間的碰撞等問題，并據(jù)此對相關(guān)施工方案進行修改，從而有效地減少返工和控制成本。

4基于BIM的一體化協(xié)同模式

4.1內(nèi)容一體化協(xié)同

基于三維對象的參數(shù)化建模BIM作為各種建筑信息數(shù)據(jù)參數(shù)化集合的平臺，設(shè)計師在建模之前可以植入相關(guān)的建筑規(guī)范或者規(guī)則。例如，在自動生成建筑構(gòu)件時，新生成的構(gòu)件大小尺寸不合理，系統(tǒng)會實時報警并改正，保證構(gòu)件的準確性。2）不同應用程序間的交互性在實施地鐵車站建筑工程項目時，不同軟件的程序互通和文件交互格式成為主要問題。當前BIM數(shù)據(jù)模型主要以IFC標準為基礎(chǔ)，各參與方為了更好地進行數(shù)據(jù)交換，必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。IFC標準中明確了地鐵車站建筑項目中建筑物的所有組成部分，描述了建筑模型中的所有具體和抽象元素，為項目各參與者之間信息的共享和交換提供了基礎(chǔ)。

4.2多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的流程

在多專業(yè)協(xié)同設(shè)計流程中以BIM模型作為基礎(chǔ)，設(shè)計師在統(tǒng)一的標準和平臺下進行設(shè)計，各個專業(yè)的設(shè)計數(shù)據(jù)實時更新分享，同時BIM平臺還提供文檔的版本控制和交流溝通，模型和設(shè)計信息實時同步。在整個流程中實現(xiàn)多專業(yè)的無縫對接，打破時間、空間的界限，進行并行的設(shè)計，提高了整體的工作效率，減少設(shè)計環(huán)節(jié)的時間周期。在協(xié)同實施階段，主要流程是：①各專業(yè)分別建立BIM模型，利用可視化特點及模擬分析程序?qū)δＰ瓦M行深化，形成各專業(yè)初步設(shè)計模型;②將精確的各專業(yè)模型整合在一起，生成全專業(yè)模型;③將全專業(yè)模型進行碰撞檢測，并對碰撞問題進行處理及優(yōu)化，生成“零錯誤”的施工模型，指導生產(chǎn)及施工過程。

5 BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應用實踐

5.1圖紙審核

地鐵車站施工前需進行圖紙會審，提前發(fā)現(xiàn)施工圖設(shè)計中的漏洞、錯誤和按照設(shè)計圖紙無法完成的工程結(jié)構(gòu)等問題。由于該地鐵車站所處位置外界環(huán)境較為復雜，因此施工前進行圖紙會審尤為必要。根據(jù)業(yè)主方提供的施工圖紙，利用revit建模軟件完成地鐵車站的BIM模型。在完成建模工作的基礎(chǔ)上，利用BIM軟件的碰撞檢查功能，分別預判出了項目中存在的設(shè)計漏洞和碰撞點，進而出具圖審報告和預留洞口報告、預埋套管報告，共發(fā)現(xiàn)圖紙問題21處，其中主體結(jié)構(gòu)問題6處。

5.2 BIM模型的建立

利用三維建模軟件，根據(jù)施工圖紙，建立車站結(jié)構(gòu)的三維BIM模型。地下車站施工模型包括維護結(jié)構(gòu)、支撐體系、土方開挖、主體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)，通過整體建模以達到信息集成的目的。要求在工程項目開展的前中期，對施工中各個環(huán)節(jié)存在的風險進行模擬，對施工過程中存在的風險和質(zhì)量問題進行預測，在具體落實過程中著重監(jiān)控，減少施工過程中存在的安全隱患。車站結(jié)構(gòu)模型見圖1。

5.3工程量提取

通過創(chuàng)建車站建筑和結(jié)構(gòu)模型，采用BIM技術(shù)快速算量的功能，能夠按照施工需要快速生成分層、分區(qū)、分專業(yè)、分系統(tǒng)等部分的工程量清單，為項目材料采購、用料計劃提供了數(shù)據(jù)支撐。利用LB管理平臺實現(xiàn)施工過程中的材料管理，根據(jù)現(xiàn)場實際施工進度，分別對車站主體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的土建工程量和鋼筋工程量進行了統(tǒng)計，并出具工程量報表。將BIM模型計算出來的車站主體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋工程量與項目預算工程量進行對比分析，形成初步經(jīng)濟效益報告。利用BIM技術(shù)對該地鐵車站主體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)工程量進行對比分析，發(fā)現(xiàn)項目初期預算與BIM工程量存在一定差距，由此避免清方結(jié)算時發(fā)生多算少算現(xiàn)象，為項目節(jié)約經(jīng)費的目的。

5.4施工現(xiàn)場重難點工作監(jiān)控

對于該項目中施工過程的重難點，如地下連續(xù)墻的成槽、土石方開挖面積較大、主體結(jié)構(gòu)施工超大跨度結(jié)構(gòu)、地層圍巖穩(wěn)定性較差以及地下管線的遷改工作，需要重點進行監(jiān)控。尤其是在BIM建模過程中，對于重難點工作進行著重模擬。另外，在人員、機械、設(shè)備入場施工后，重難點工作施工的過程中要及時記錄施工數(shù)據(jù)，如有異常情況要及時進行反饋，確保工程項目的順利進行。

5.5對施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)和BIM信息比對做出響應

當現(xiàn)場人員將現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳至BIM信息化平臺之后，管理人員可以通過已經(jīng)完成的BIM模型信息與現(xiàn)場信息進行比對。如果信息出現(xiàn)偏差，要及時分析BIM信息與施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)存在誤差的原因，找出現(xiàn)場的不可控因素或建模中可能存在的問題，如果現(xiàn)場施工存在問題，可及時調(diào)整施工方案，并給出合理的解決方案。若由于特殊原因現(xiàn)場施工方案無法調(diào)整，則要對BIM建模信息進行及時更改，確保BIM信息與施工現(xiàn)場信息的統(tǒng)一。

5.6基于BIM技術(shù)的施工進度管控

在項目施工之前，相關(guān)設(shè)計人員可以通過BIM技術(shù)對施工項目進行模擬，詳細地對施工項目中的每個細節(jié)進行提前模擬，確保施工項目的合理性，對施工進度進行合理的安排。利用BIM技術(shù)建立建筑模型，給予相關(guān)人員可視化的體驗。還能用模型進行施工碰撞檢查，通過模型進行算量、施工以及運營維護，實現(xiàn)一個模型的多種用途。通過BIM技術(shù)可以建立預制構(gòu)件庫，通過預制構(gòu)件庫管理預制構(gòu)件的出入庫，詳細了解每類預制構(gòu)件的使用情況，可以清晰明了地掌握材料的使用情況，及時跟進每個施工項目的進度，從而更好地協(xié)調(diào)項目的施工進度。對施工項目進度的控制能力更強，降低了地鐵站施工錯誤率，提高了建筑施工的效率。通過研究發(fā)現(xiàn)：本次研究的BIM結(jié)構(gòu)模型提供了地鐵車站從施工設(shè)計到后期的運營維護整個施工流程的模擬，便于相關(guān)人員對施工進度的控制，保證了施工效率。同時有限元分析方法的使用可以對結(jié)構(gòu)的力學性能進行有效地分析，從而為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)，提高了地鐵車站整個施工流程的管理效率。

結(jié)束語

本項目通過引進BIM技術(shù)，實現(xiàn)了施工圖紙三維可視化，可根據(jù)施工要求，自動生成任意截面剖面圖，方便各類人員快速了解施工圖，有效地指導現(xiàn)場施工，減少返工造成的損失，同時利用BIM技術(shù)對施工模擬進行快速模擬和實時調(diào)整，大大提高了施工計劃的可行性和準確性。

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作者簡介：么學春（1988-），男，籍貫：黑龍江省，民族：漢族，職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：城市軌道交通車站裝飾裝修工程BIM技術(shù)應用研究