基于BIM的地鐵車站施工平臺管理研究

摘 要：為提升地鐵車站的信息化管理水平，提高車站地鐵施工組織效率，該文以地鐵車站設計施工為背景，對BIM施工的優(yōu)勢進行詳細介紹，基于BIM技術，對地鐵車站進行三維可視化建模，從施工管理平臺需求性出發(fā)，對地鐵車站施工平臺進行設計，提升車站施工的運行管理效率。

關鍵詞：BIM；施工管理；車站施工；信息平臺；地鐵

中圖分類號：TU921 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）22-0106-04

Abstract： In order to improve the information management level of subway station and improve the efficiency of subway construction organization， this paper introduces in detail the advantages of BIM construction based on the background of subway station design and construction， and carries on the three-dimensional visual modeling of subway station based on BIM technology. Based on the demand of construction management platform， the subway station construction platform is designed to improve the operation and management efficiency of station construction.

Keywords： BIM; construction management; station construction; information platform; subway

BIM全稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），可以直觀立體展示建筑的具體信息，是建筑信息的立體化模型，通過建立BIM，能夠提高施工信息化、智能化水平標準，可以協(xié)同設計、施工、運營等項目全周期的信息化管理，提高各個專業(yè)的信息共享，從而實現(xiàn)時間、技術等方面效率的提升。地下車站設計施工具有體量大、施工步驟繁多、施工工藝復雜和施工周期短等特點，對地鐵車站施工模型進行可視化處理，可以立體展示施工過程，協(xié)同各專業(yè)溝通效率，從而達到降本增效的目的。

陳慶周等[1]對地下空間3D模型設計與傳統(tǒng)模型的優(yōu)劣勢進行了比較分析。張忠良[2]通過對基坑施工進行三維建模，實現(xiàn)了基坑施工的信息化管理。張翠萍等[3]基于施工項目需求出發(fā)，通過BIM技術，實現(xiàn)了對于施工質(zhì)量與施工效率的合理把控。桑學文等[4]將BIM技術與GIS技術相結合運用到地鐵施工管理中，實現(xiàn)了對于風險的可視化管控。喬守江等[5]從BIM建模、施工方案審查、安全預警管控等方面實現(xiàn)了對于建筑施工的安全管理。戴修成等[6]將BIM模型引入到超高層建筑的設計與施工中，實現(xiàn)了對于復雜節(jié)點的碰撞分析、安全項目管理等。豐慧等[7]從項目的核心需求出發(fā)，對BIM平臺進行優(yōu)化，對BIM平臺架構進行優(yōu)化處理。王開等[8]通過BIM平臺實現(xiàn)對橋梁下部結構的精細化建模。王依寒等[9]將BIM技術引入到裝配式建筑裝修管理中，實現(xiàn)了項目的降本增效。官波等[10]將BIM技術引入城市軌道城市管理中，轉(zhuǎn)變工作模式，實現(xiàn)了管理向數(shù)字化、精確化方向發(fā)展。

可以看出，在建筑領域?qū)τ贐IM平臺的利用與開發(fā)已經(jīng)相對成熟，但對于地下工程的設計、施工、管理，BIM運用方面起步較晚，與傳統(tǒng)建筑行業(yè)相比，地鐵車站設計、施工過程往往存在設計專業(yè)多、工況復雜、地質(zhì)信息復雜等狀況，為了能夠節(jié)約施工成本、提升工程質(zhì)量、節(jié)省工程時間，實現(xiàn)全過程的信息共享，建立建筑信息模型還是十分必要的。

1 基于BIM的地鐵車站設計優(yōu)勢

1.1 信息可視化

BIM可以實現(xiàn)模型的三維可視化。傳統(tǒng)二維圖紙設計過程中，往往需要通過平面圖、立面圖、剖面圖等多種形式實現(xiàn)建筑構建的結構表達，對于一些復雜結構，單純靠二維圖形設計往往表達不出設計初衷，施工圖設計表述不清，往往會對施工者對于設計圖的施工意圖造成誤解，對于一些復雜構建，三維模型可以清晰地進行表達，有利于對施工圖紙的理解。通過BIM模型，可以更直觀立體地反應出施工過程中的重難點，對施工重難點有針對性地提出相應方案。

1.2 施工場地設計與優(yōu)化

地鐵車站修建附近經(jīng)常存在大量建筑，用地紅線緊鄰施工現(xiàn)場情況經(jīng)常出現(xiàn)，因此需要對施工現(xiàn)場進行合理布設。在車站BIM構建的過程中需要與周邊環(huán)境結合，對施工機械場地、施工臨時場地、大型設備安裝拆卸等問題都需要考慮在內(nèi)，通過周邊場地模型，實現(xiàn)施工場地的合理搭建。車站周邊環(huán)境施工模型如圖1所示。

1.3 施工碰撞模擬

在傳統(tǒng)平面圖設計過程中，施工如果出現(xiàn)管線交叉、施工圖缺陷等問題時，往往需要對設計圖紙進行重新修改，大大造成了人力、物力資源的浪費，影響施工進度。將設計好的BIM模型運用到施工過程中，可以對地鐵車站的施工全過程進行動態(tài)模擬，在模擬過程中，施工人員可以對施工過程中的錯項、漏項進行補充檢查，對設計的問題與缺陷進行改善也可對施工機電設施分布、管線分布等位置進行碰撞檢查，預先發(fā)現(xiàn)碰撞問題，規(guī)范設計方案，降低施工成本，加快施工進度。

1.4 BIM的協(xié)同信息共享

BIM的信息共享是BIM平臺相對于傳統(tǒng)設計、施工的另一項優(yōu)勢，在圖紙設計階段，可以實現(xiàn)各個專業(yè)的協(xié)同與溝通，施工階段可以根據(jù)現(xiàn)場施工反饋對設計圖紙進行進一步優(yōu)化，同時在運營管理階段也可根據(jù)設計施工模型，查找問題。同時通過搭建平臺，也可實現(xiàn)對于施工成本、施工進度、資源配置等的不斷優(yōu)化。

2 地鐵車站施工模型的需求性分析

2.1 數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化管理

隧道車站設計包括車站主體設計、地鐵隧道設計等，在車站設計階段，設計各專業(yè)需要對圖紙進行不斷交底、優(yōu)化并且隨著地鐵施工的進行，設計圖紙也會出現(xiàn)調(diào)整與變更情況，這就需要對設計、施工圖紙進行系統(tǒng)化管理，保證圖紙更新及溝通效率。在施工階段，地鐵車站、隧道的施工進度、監(jiān)測數(shù)據(jù)和工程日志等也會產(chǎn)生大量信息。因此地鐵車站項目工程體量大、參與單位多、施工時間長等都會伴隨著出現(xiàn)大量資料數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)紙字版資料缺乏系統(tǒng)管理性，存在規(guī)范性不高、查找不便等問題，對于查閱人員，也會因資料繁雜在提取有用信息時耗費大量精力。因此，車站地鐵等大型施工項目對于工程進行信息化管理還是非常必要的。

2.2 信息的動態(tài)傳遞

地鐵車站在施工過程中，周邊往往存在大量建筑、管線等設施，施工周邊環(huán)境復雜，與建筑行業(yè)不同，地鐵車站施工過程中對于地質(zhì)環(huán)境要求更高，特別是監(jiān)測量測單位，需要對施工階段的測量數(shù)據(jù)進行實時反饋，設計施工單位也可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對施工方案進行動態(tài)調(diào)整。對于施工單位管理者，也需要對施工項目的施工進度、施工成本、施工安全等多方面信息進行精確管理，因此在動態(tài)調(diào)整過程中如何保證數(shù)據(jù)的時效性與精確性，對于項目施工管理顯的尤為重要。

2.3 施工預警

地鐵車站施工過程中需要對周邊地表沉降進行控制，同時，在車站隧道施工前，需要對隧道前方地質(zhì)信息、富水程度等進行監(jiān)測，施工過程中需要對基坑的沉降、隧道的拱頂沉降等各個方面進行監(jiān)測，監(jiān)測的主要目的是預防施工過程中突發(fā)狀況產(chǎn)生，因此在施工過程中要對極易產(chǎn)生風險的施工過程、施工區(qū)域進行重點監(jiān)測，將施工過程中需要重點關注的施工薄弱環(huán)節(jié)通過立體展示、標注，可以清晰地看到施工的薄弱環(huán)節(jié)，施工管理、技術人員也可直觀發(fā)現(xiàn)問題，因此通過施工模型，對施工薄弱區(qū)進行施工標注，并根據(jù)施工動態(tài)反饋，可以起到動態(tài)施工預警的作用，在發(fā)生數(shù)據(jù)異常時，可以及時提出應對措施。

2.4 施工模擬與指導

地鐵車站與隧道的施工過程動態(tài)模擬主要通過Navisworks實現(xiàn)，將設計好的BIM模型文件導入Navisworks中，通過施工工序的設定，可以對施工工序進行調(diào)整與優(yōu)化，同時通過動畫模擬可以直觀展示工程施工過程，使施工人員對于施工過程具有清晰明了的把控。通過施工模擬，還可以對施工進度、材料需求等進行模擬分析，可將其應用于施工組織管理與分析過程中。

3 基于BIM的地鐵車站施工信息平臺搭建

基于BIM可實現(xiàn)地鐵車站的三維可視化建模，將BIM模型引入信息化管理平臺，可以實現(xiàn)地鐵車站從設計施工到監(jiān)測管理全方位的工作協(xié)調(diào)。管理平臺可分為數(shù)據(jù)的信息采集、車站及地鐵模型搭建、設計施工數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控量測信息監(jiān)測與預警4個方面。施工信息平臺架構圖如圖2所示。為方便施工人員登錄，系統(tǒng)采用B/S 架構，工程人員可以通過網(wǎng)頁登錄實現(xiàn)工程信息的實時獲取。

3.1 施工信息的采集

施工信息的數(shù)據(jù)采集包括勘測階段數(shù)據(jù)采集，勘測階段數(shù)據(jù)采集主要為地質(zhì)信息、富水程度、周邊環(huán)境和地下管線信息等方面的信息采集，將信息輸入到信息平臺，為后續(xù)的設計施工提供支撐。設計階段信息采集主要為地鐵站臺的施工圖設計、設計方案的修改與變更等信息的錄入。施工階段信息的采集主要包括施工日志、施工進度、施工預算等方面數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控量測主要為施工過程中地表沉降、超前地質(zhì)預報、隧道沉降等數(shù)據(jù)的采集。

3.2 平臺層模型的搭建

基于BIM技術，實現(xiàn)平臺三維可視化模型的搭建，模型按照各單位不同主要分為地質(zhì)勘探BIM三維模型搭建，勘測單位根據(jù)采集的地質(zhì)信息與周圍建筑物標高信息，實現(xiàn)工程地質(zhì)三維模型搭建。設計單位主要是根據(jù)施工圖對車站整體設計進行建模。施工單位可以通過系統(tǒng)實現(xiàn)對隧道施工三維動態(tài)展示、施工進度、施工安全等方面把控。監(jiān)控量測單位主要根據(jù)BIM模型，對地表以及隧道等監(jiān)測點進行標注，建立車站監(jiān)控量測數(shù)據(jù)模型。

3.3 平臺數(shù)據(jù)管理

平臺數(shù)據(jù)庫管理主要有地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫可對管線位置、建筑物標高、圍巖等級等信息進行獲取。設計數(shù)據(jù)庫主要為隧道BIM設計模型，可以對構件的尺寸、配筋等信息進行查詢。施工信息庫主要包含日常施工信息、進度、預算等信息的采集與查閱。監(jiān)控量測信息數(shù)據(jù)庫主要包括每日監(jiān)控數(shù)據(jù)、超前地質(zhì)預報信息的錄入與分析。各專業(yè)人員可以根據(jù)不同權限，查閱和修改數(shù)據(jù)庫的各相關信息。

3.4 施工平臺應用

通過施工平臺，可以實現(xiàn)多個單位的溝通協(xié)調(diào)與施工預警，監(jiān)測單位可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對施工異常區(qū)域向設計、施工單位進行預警，施工單位可以對施工過程中的施工進度、施工方案等進行合理把控，對于設計不合理的地方可以向設計單位反饋，對于地質(zhì)信息不符的地方也可向勘測單位反饋。根據(jù)反饋信息勘測單位對地勘進行補勘，設計單位可以對施工圖進行優(yōu)化、修改。

4 基于BIM的車站設計施工平臺應用

本文以青島某地鐵車站施工為例，基于BIM模型，搭建施工管理平臺，實現(xiàn)了地鐵車站施工的信息化管理。

4.1 車站文件庫的搭建

車站文件庫的搭建主要是通過以revit為基礎的族庫搭建，族庫的設計是設計師模型搭建構件所需要的重要資源，車站族庫的設計對于車站結構模型的搭建是必不可少的，通過族庫設計，可以整合構件資源，對于同類型構件，設計人員可以通過修改參數(shù)，從而提高作圖效率。圖3—圖6為族庫展示。

4.2 模型參考方式的選擇

對于各專業(yè)，在模型設計時需要提供基礎模型，對于基礎模型的選擇往往需要遵循共同性原則，即模型可為各個專業(yè)提供基礎數(shù)據(jù)支撐，結合地下施工工程特點，可將車站結構模型作各個專業(yè)的參考模型，如地質(zhì)模型設計時，可將地質(zhì)模型加載到結構模型中，對結構模型進行進一步設計優(yōu)化，可在結構基礎模型的設計基礎上進行項目成本控制。圖7為車站基礎模型。圖8為隧道施工模型。

4.3 動態(tài)施工管理

通過施工系統(tǒng)，可以實現(xiàn)施工工法的動態(tài)展示，施工人員也可根據(jù)三維施工模型，對施工工藝進行熟悉與掌握，通過管理系統(tǒng)可以查詢施工進度，實現(xiàn)施工進度實時管理。圖9為隧道施工進度模型展示。

5 結束語

本文基于BIM技術，對BIM三維施工的特點進行了分析，從需求端出發(fā)，總結歸納了信息平臺可以發(fā)揮的優(yōu)勢。對基于BIM的系統(tǒng)施工架構進行了詳細介紹，最后以青島地鐵某車站為背景，對地鐵車站的設計、施工、監(jiān)測等方面進行了展示。通過信息平臺，大大提高了施工過程中的協(xié)調(diào)與溝通效率，保證了車站的安全高效化施工。

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作者簡介：王緒洋（1989-），男，工程師。研究方向為建筑結構設計。