BIM技術在地鐵施工的應用

金 寶 劉付明 聶進興

（濟南城建集團有限公司，濟南 250000）

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

1 工程概況

濟南軌道交通R3線五標段含兩站三區，其中王舍人站位于工業北路，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，主體結構采用明挖法施工，支護結構采用鉆孔樁+旋噴樁止水+內支撐體系。王舍人站—裴家營站區間為雙線單洞隧道，區間隧道右線全長2822.204m；隧道左線全長2800.504m。

車站施工與工業北快速路同期施工，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，施工作業空間及時間易相互影響，施工工序的合理布置、協同工作成為本項目的一個重點。

2 BIM技術應用

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，傳統的設計中，地鐵建設前的管線遷改會預先計劃出一個管綜方案，確定各專業管線的標高和位置。隨著設計的深入，設計條件不斷明確，受外部環境的影響，管遷設計與實際施工處在不斷調整中，等設計結束后，設計管線與實際施工存在一定的出入。傳統的二維圖紙在高程上也難以做到空間避讓，碰撞數量大大增加，缺少施工空間。

用BIM的三維技術在前期可以采用Navisworks軟件對現有構筑物及管線進行碰撞檢查，優化工程設計，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 施工場地布置與優化

盾構施工三維場地布置如圖1所示。本項目盾構施工階段，工業北快速路高架橋主體結構已經建成，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完成物資和渣土的轉移工作，避免龍門吊運行效率低、吊裝盲區等問題，如圖2、圖3所示。周轉物資及耗材要最大限度縮短在場內的運輸距離，特別是盡可能減少場內二次搬運。盾構施工前期場外存在交叉施工，后期工業北路通車后，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，減少了場內運輸工作量和臨時水電管網，既便于管理又減少了施工成本。

圖1 盾構施工三維場地布置

圖2 地面設備與高架避讓

圖3 地面物資功能區設置

2.3 方案、交底可視化

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

表2 盾構機主要部件尺寸

圖4 吊裝方案模擬

盾構始發時托架、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交底，直觀、精確。

同時，在導入反力架后，直觀地表現出反力架掘進方向的右側與車站結構之間的相對位置關系，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。利用歷史數據或模板數據，導入模型即可完成快速算量造價過程，統計鋼筋、混凝土工程量，工程量計算能夠反差追溯到每一個構件，并進行多專業的算量結果匯總。模型修改后，能自動識別符合原來屬性的構件，可以單選構件或分類構件群，如鋼筋、混凝土等，每個構件都有詳細的工程量計算式。該模型可以分構件檢查算量計算結果，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、機械設備）、成本、安全等信息，從而實現多個維度的施工管理，形成5D模型，實現5D虛擬建造、動畫播放，并與成本、工序維度關聯，為相應資金準備提供依據。這樣可以實現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，由于環保原因，土方無法及時外運，部分土方內倒在場內臨時堆放。對于內倒的土方量現場無法可靠計量，運用BIM技術成功解決了該問題，得到了參建各方的一致認可。

傳統土方計算方式有方格網法、等高線法、斷面法、DTM法、區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構基坑的土方量計算，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，建立虛擬現實平臺，配合VR設備進行漫游，如圖8所示，以第一視角感受現場環境。同時，人們可以進行查看構件信息、測量內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，使得建筑檢討呈現更加直覺化，減少與業主、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劃整合，將圖面問題做妥善的澄清與規劃，切實提升建筑項目品質。

圖8 車站VR漫游

3 結語

目前，地鐵施工單位對BIM技術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技術不只要求人們安裝使用軟件，更要求整個地鐵建設行業深入改革流程管理與公司制度。隨著我國建筑行業的快速發展、BIM技術不斷完善以及業主對工程項目建設要求的日益提高，BIM技術將會在過多地領域創造價值。