BIM+3D掃描技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)中的運(yùn)用

摘 要：本文針對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)過程中出現(xiàn)的周期長(zhǎng)、偏差較多等問題，分析了該問題存在的原因，并介紹了地鐵車站結(jié)構(gòu)點(diǎn)云BIM模型建立的原理、實(shí)測(cè)內(nèi)容、點(diǎn)云BIM模型與設(shè)計(jì)BIM模型對(duì)比成果分析及后續(xù)處理的方法，提出了BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)中的可視化性、全面性、便利性、準(zhǔn)確性及可優(yōu)化性。最后展望了BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)中的運(yùn)用前景。

關(guān)鍵詞：地鐵車站結(jié)構(gòu)；實(shí)體實(shí)測(cè)；BIM技術(shù)；優(yōu)勢(shì)；前景

引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵車站土建工程的建設(shè)工期愈發(fā)緊張，施工過程中存在些許偏差在所難免。因此結(jié)構(gòu)交驗(yàn)前對(duì)車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體實(shí)測(cè)是重要的，也是必要的。而傳統(tǒng)自檢方式不僅周期長(zhǎng)，易遺漏且偏差率較高，因此針對(duì)這一問題，本文提出了BIM技術(shù)運(yùn)用于車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)的方法，為后續(xù)相似工程提供一定參考。

一、傳統(tǒng)地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)

地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)中，實(shí)體結(jié)構(gòu)位置及尺寸檢測(cè)傳統(tǒng)方式為測(cè)量人員使用測(cè)量?jī)x器對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)再與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此達(dá)到車站結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)的目的。但根據(jù)以往情況，在車站結(jié)構(gòu)驗(yàn)收過程中，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏差情況，更有甚者，在車站結(jié)構(gòu)移交機(jī)電安裝及車站裝修后，因車站土建結(jié)構(gòu)偏差過大，需土建施工單位重新進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行整改。究其原因：

一是傳統(tǒng)方式檢測(cè)為抽取斷面測(cè)量，或按單個(gè)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行實(shí)測(cè)。實(shí)體結(jié)構(gòu)測(cè)量不全面，出現(xiàn)遺漏情況[1]。

二是部分內(nèi)容不在實(shí)體測(cè)量范圍內(nèi)，因此未對(duì)其進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)偏差問題無法被發(fā)現(xiàn)。如人防門檻高度等。

三是車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)全過程均為測(cè)量人員操作，數(shù)據(jù)繁多，人為偏差發(fā)生概率較高。

針對(duì)以上原因，特在廈門地鐵6號(hào)線（林埭西站至華僑大學(xué)站）工程林埭西站實(shí)體實(shí)測(cè)中運(yùn)用BIM技術(shù)。林埭西站為地下二層、局部三層島式車站，車站外包全長(zhǎng)493.55m，共計(jì)62軸。共設(shè)3組主體頂出風(fēng)亭、8個(gè)出入口。車站主體及附屬均采用明挖順筑法施工。

二、BIM運(yùn)用技術(shù)

（一） BIM運(yùn)用原理

采用三維激光掃描儀（見圖1）對(duì)車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描，獲取車站結(jié)構(gòu)完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，之后運(yùn)用專業(yè)軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精化配準(zhǔn)、去噪分類和整理，整理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Revit軟件形成點(diǎn)云BIM模型。再將點(diǎn)云BIM模型和設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)分析，輸出偏差分析點(diǎn)云圖（其中色譜圖顏色與誤差值成正比）以及量化的偏差值。檢查偏差較大的部分結(jié)構(gòu)，排除現(xiàn)場(chǎng)除結(jié)構(gòu)外的干擾后，記錄并生成指導(dǎo)報(bào)告[2]。

（二）BIM技術(shù)實(shí)測(cè)內(nèi)容

三維掃描儀可全方面將地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行掃描記錄。相比傳統(tǒng)檢測(cè)方式，不僅可將車站墻、板、柱等主要結(jié)構(gòu)的尺寸及位置關(guān)系數(shù)據(jù)確定，更能將其他相對(duì)復(fù)雜、細(xì)小而繁多的結(jié)構(gòu)位置關(guān)系和尺寸全部以三維立體的方式展現(xiàn)，例如車站內(nèi)部樓梯（見圖2）、設(shè)備夾層、大小孔洞、預(yù)埋套管、站臺(tái)板內(nèi)部結(jié)構(gòu)、人防結(jié)構(gòu)等。

（三）模型對(duì)比分析

點(diǎn)云BIM模型建立完成后，上傳至已搭建完成的BIM協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平臺(tái)，與設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行對(duì)比分析（見圖3）。分析結(jié)果以兩種形式體現(xiàn)，一種為云圖的形式，另一種為數(shù)據(jù)量化說明的形式，最后將兩者形成指導(dǎo)報(bào)告[3。

圖中A、B及C區(qū)域代表車站實(shí)測(cè)模型與設(shè)計(jì)模型由低至高的偏差程度[4]。A區(qū)域?yàn)槠钶^小，在可控范圍內(nèi)，B區(qū)域?yàn)槠钶^大，臨近結(jié)構(gòu)可允許偏差極限值，C區(qū)域?yàn)槠钸^大，已超出結(jié)構(gòu)可允許偏差值。

（四）問題分析及處理

地鐵車站結(jié)構(gòu)BIM模型對(duì)比及指導(dǎo)報(bào)告中出現(xiàn)的問題，大致可分為四種情況，根據(jù)四種不同情況，采取不同的處理措施。

情況一：實(shí)測(cè)模型中沒有的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際有。

原因分析：掃描遺漏導(dǎo)致實(shí)測(cè)模型缺失。

處理措施：針對(duì)該結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行掃描，并形成新的點(diǎn)云BIM模型與設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行對(duì)比分析。重新生成對(duì)比模型及指導(dǎo)報(bào)告。

情況二：點(diǎn)云BIM模型中有的結(jié)構(gòu)，但設(shè)計(jì)BIM模型中沒有。

原因分析：施工中結(jié)構(gòu)發(fā)生變更、施工錯(cuò)誤。

處理措施：核對(duì)施工過程中是否存在結(jié)構(gòu)變更情況。若非上述原因，則需聯(lián)系設(shè)計(jì)單位對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定結(jié)果為無影響，則按實(shí)測(cè)模型修改設(shè)計(jì)模型，并由設(shè)計(jì)單位出具相關(guān)文件進(jìn)行說明[5]。評(píng)定結(jié)果為影響較大，則施工單位按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行整改。

情況三：設(shè)計(jì)BIM模型中有的結(jié)構(gòu)，但點(diǎn)云BIM模型中沒有。

原因分析：結(jié)構(gòu)施工過程中，發(fā)生結(jié)構(gòu)變更；結(jié)構(gòu)施工過程中，因施工人員失誤造成施工遺漏。

處理措施：首先判斷是否為后續(xù)施工結(jié)構(gòu)，例如軌排井后澆結(jié)構(gòu)板、盾構(gòu)出土孔等結(jié)構(gòu)。若非后續(xù)施工結(jié)構(gòu)，則梳理施工過程中的設(shè)計(jì)變更文件，核對(duì)是否施工過程中存在結(jié)構(gòu)變更情況。若上述情況均不存在，則設(shè)計(jì)單位對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果為無影響，則按點(diǎn)云BIM模型修改設(shè)計(jì)BIM模型，并由設(shè)計(jì)單位出具設(shè)計(jì)相關(guān)文件進(jìn)行說明。評(píng)定結(jié)果為影響較大，則施工單位按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行整改，見圖4。

情況四：對(duì)比結(jié)果中出現(xiàn)大面積紅色、黃色區(qū)域。

原因分析：未考慮現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施影響、結(jié)構(gòu)允許偏差值較小。

處理措施：核對(duì)車站結(jié)構(gòu)對(duì)比模型中是否過濾現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施影響。因施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施較多，若未進(jìn)行過濾，則偏差將過多。其次核對(duì)是否設(shè)置允許偏差值，或允許偏差值設(shè)置是否過小，如過小則按要求進(jìn)行調(diào)整，見圖5、圖6。

三、 BIM技術(shù)運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

（一）BIM技術(shù)的可視化性

與傳統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)相比，BIM技術(shù)具有可視化性優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)繁雜，而且易出現(xiàn)偏差。隨著地鐵車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)形式也越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)測(cè)量實(shí)測(cè)的方式已經(jīng)很難滿足地鐵車站結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)的要求。而BIM技術(shù)能夠做到“具體真實(shí)展現(xiàn)事實(shí)”，可有效提升車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)的有效性。

（二）BIM技術(shù)的全面性

與傳統(tǒng)測(cè)量抽取斷面檢測(cè)相比，BIM模型具有全面性優(yōu)勢(shì)。隨著地鐵車站功能性日益增多，車站結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，對(duì)車站結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性要求也越來越高。而傳統(tǒng)測(cè)量抽取斷面檢測(cè)已無法滿足車站結(jié)構(gòu)檢測(cè)要求。而BIM技術(shù)卻可對(duì)整個(gè)車站連續(xù)性地、全面性地進(jìn)行實(shí)體實(shí)測(cè)，可有效地避免遺漏部分結(jié)構(gòu)的測(cè)量，有效地降低結(jié)構(gòu)后期返工整改的頻率。

（三） BIM技術(shù)的便利性

與傳統(tǒng)的車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)的大量的結(jié)構(gòu)物尺寸和空間位置測(cè)量、數(shù)據(jù)梳理、數(shù)據(jù)復(fù)核相比，BIM技術(shù)具有良好的便利性。BIM模型僅需人工安裝三維激光掃描儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)掃描，后續(xù)的模型生成及對(duì)比均由專業(yè)設(shè)備及軟件完成。整個(gè)過程具有操作簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)。

（四）BIM技術(shù)的準(zhǔn)確性

與傳統(tǒng)的測(cè)量人員進(jìn)行大量的測(cè)量檢測(cè)相比，BIM技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的測(cè)量檢測(cè)通過測(cè)量人員大量的測(cè)量檢測(cè)，數(shù)據(jù)整理，然后與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。過程中對(duì)測(cè)量人員的專業(yè)能力有較高的要求，且在大量的重復(fù)測(cè)量、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)對(duì)比過程中，易出現(xiàn)操作失誤的情況，且失誤不易被察覺，導(dǎo)致影響最終的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。而BIM技術(shù)全程大部分均由設(shè)備及軟件進(jìn)行處理，人為參與較少，檢測(cè)結(jié)果誤差率較小。且因?yàn)榫哂锌梢暬裕`差易被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步提高了車站結(jié)構(gòu)實(shí)體實(shí)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市軌道的發(fā)展勢(shì)如破竹，地鐵車站的規(guī)模與時(shí)俱增，使用功能逐步完善，車站結(jié)構(gòu)也隨之錯(cuò)綜復(fù)雜。傳統(tǒng)的車站結(jié)構(gòu)實(shí)體測(cè)量已逐步無法滿足項(xiàng)目的要求。而BIM技術(shù)相比傳統(tǒng)的測(cè)量方法，具有可視化、全面性、便利性及更高的準(zhǔn)確性的優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)成為地鐵車站施工過程中不可或缺的技術(shù)指日可待。

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