BIM技術在地鐵車站施工中的應用

杜玉奇，于振民

(1.天津市地下鐵道集團有限公司 天津 300040；2.中國建筑第八工程局有限公司華北公司 天津 300450)

0 引 言

地鐵工程周邊環境復雜，交通流量大，與市政管線以及周邊建筑物具有較大的干系，同時具有施工工序繁雜、結構物形式多樣、施工組織困難、施工風險大等特點[1]。以天津地鐵 4號線某車站項目為例，通過 BIM 技術輔助，實現地鐵車站施工中前期的場地布置、主體結構施工中的方案優化，提前策劃解決風險控制的重難點，確保地鐵車站施工進度與質量，從而有效提高了施工效率。

1 工程概況及施工重難點

1.1 工程概況

天津地鐵 4號線某車站項目為地下兩層島式站臺車站，主體結構總長 190.4m，標準段寬 20.7m，高13.51m，大小里程端頭井段寬24.7m，高15.21m，站臺中心處底板埋深為 16.71m，覆土厚度約為 3.2m。車站采用現澆鋼筋混凝土箱型結構型式，主體結構為兩層三跨矩形框架結構，車站圍護結構采用地下連續墻，明挖法施工；車站兩端區間采用盾構法施工，大小里程端均為盾構始發井。

該車站項目附屬及外掛區包含1號、2號風亭及A1、C出入口，基坑長度約 190m，基坑寬度不一，呈不規則形狀，基坑自身風險等級為 4級。基坑標準段深 10.1m，通道部分局部加深段坑深為 12.3m。圍護方式采用“SMW 工法樁+內支撐”形式，圍護結構為SMW工法樁，共設兩道支撐。

1.2 工程施工重難點

①周邊環境復雜。基坑開挖過程中影響范圍內包括：高壓電塔，郵區中心局大樓，距離車站基坑東側 1.6m 有一條輸配水管(埋深 1.29m)、4.4m 有一條雨污合流管(埋深 3.66m)、8.9m 有一條天然氣管(埋深 1.20m)，均對地鐵車站順利施工具有一定的制約。

②地鐵車站南側附屬及外掛區為異形結構，由于節點復雜，細部處理存在困難，異形結構對于附屬及外掛區圍護結構鋼支撐架設存在一定的難度，需要對各個支撐進行專項分析。

③工期緊張，施工任務重，車站西側必須按照工期節點移交盾構，東側必須按照工期節點進行場地還原并移交郵區中心局。

④地鐵車站人防區域涉及過多的人防預埋件，且均需要一次預埋成型，對人防施工要求嚴格，同時人防門等設備安裝與土建部分施工存在交叉作業問題，如果未提前進行合理的工序計劃安排，容易出現窩工、怠工。

2 地鐵車站施工BIM應用

BIM三維模型的建立是決定BIM技術應用的前提，天津地鐵 4號線某車站項目依據 CAD設計圖紙，采用 Revit軟件對地鐵車站進行了模型建立。通過創建地鐵車站施工場地、既有道路、圍護結構、支撐體系及結構主體的模型，進行施工過程中的工程部位參數化模擬和可視性展示達到對結構及施工工序的優化，減少不必要的返工，從而提高了工程進度、質量安全及成本管控能力[2]。

通過建立地鐵車站施工場地布置模型圖(圖1)，并進行虛擬施工模擬，可以在進場之初(正式施工前)對施工場地進行更加合理的布置，避免施工過程中，因場地狹小及運輸道路不滿足運輸要求等需要對施工場地進行重新布設，引起二次搬運等問題，有利于項目整體施工進度及生產成本的控制。

圖1 地鐵車站施工場地布置模型圖Fig.1 Model diagram of metro station construction site layout

2.1 圖紙審核

在模型創建過程中，發現大量圖紙問題，包括設計存在缺陷，圖紙出現錯誤，個別圖紙遺漏等。具體包括：結構圖紙與建筑圖紙構件尺寸之間存在差異；平面圖個別位置未繪制詳細剖面圖；建筑圖與結構圖中樓梯剖面圖存在很大差異等。建模過程中，對各專業圖紙進行了詳細審核，過程管控全面到位，將過程中發現的問題進行匯總，及時與設計單位溝通反饋，減少了設計變更，避免了不必要的返工，在項目正式開工前就節約了大量生產成本。

2.2 BIM三維模型構建

建立基于 BIM 技術的地鐵車站工程全專業模型，通過模型指導項目施工，對整個工程進行 4D施工模擬，能夠反映整個施工過程的進度安排，建立BIM 模型與進度計劃之間的關聯，從而能夠在項目初始階段發現后期施工所要面臨的一系列問題[3]。通過模擬施工，提前預判并進行事前控制，提出更加合理可行的施工方案，合理安排人員、材料、機械設備，最大限度實現資源的優化配置。

使用 Revit軟件建立模型，地鐵車站項目主體結構模型如圖2—圖4所示，地鐵車站項目附屬及外掛區圍護結構和支撐體系模型如圖5所示。利用模型可以對異形附屬及外掛區圍護結構工法樁構件以及水平支撐體系的鋼支撐構件有更直觀的認識，有利于現場對施工打樁以及架設鋼支撐的施工質量控制。

圖2 主體結構整體模型圖Fig.2 Overall model diagram of main structure

圖3 地鐵車站內部柱子、洞口布置模型圖Fig.3 Model diagram of pillars and openings in metro station

圖4 地鐵車站負二層上翻梁(帶斜腋角)模型圖Fig.4 Model diagram of upper turning beam(with oblique axillary angle)in second basement of metro station

圖5 附屬及外掛區圍護結構和支撐體系模型圖Fig.5 Model diagram of auxiliary and external area building envelope and support system

2.3 BIM技術應用效果

由于該車站周邊環境復雜，地鐵車站施工過程中必須加強監測，通過對模型、現場和監測信息三者的融合，來實現信息集成類的 BIM 應用。通過 BIM 技術模擬人防區預留預埋施工，可以提高施工單位與施工隊伍之間的溝通效率；通過創建的預留預埋模型以及施工工藝模擬，可以對工人進行更加直觀的交底，避免施工過程中出現遺漏，從而實現繁瑣復雜的預留預埋施工技術簡化。后期施工完畢，質量管理人員可以模型為基礎對質量進行檢查。

與傳統施工管理模式相比，基于BIM技術的4D施工模擬能夠精準計算出各施工階段對原材料的需求計劃，避免出現材料堆積，最大限度節省施工場地，解決因場地狹小所引起的一系列問題。與此同時，通過BIM技術精細化管理，合理安排土建施工與人防設備安裝之間的交叉作業，實現人工、材料以及機械設備的合理配置，避免不必要的浪費[4]。

建模完成后項目部組織技術部、工程部、物資部對模型進行會審，將直觀模型與現場實際施工經驗融合，進一步優化施工方案，后期通過對施工工序進行模擬，提前驗證已優化施工方案在實施過程中的可行性以及實施過程中可能面臨的困難，有利于指導實際施工，切實提高施工效率，既解決了工期緊張的問題，同時保證了工程質量。

3 結 語

目前全國正在大力發展城市軌道交通建設，本文以天津地鐵 4號線某車站項目為例，介紹了 BIM 技術在地鐵車站施工中的應用。BIM 技術目前仍處于探索發展階段，未來需不斷總結其在軌道工程中的應用，拓展應用領域，促進城市軌道交通建設。