BIM技術(shù)在無(wú)錫地鐵車站綠色施工中的應(yīng)用研究

陳朝陽(yáng)，王冰，趙鵬程，張偉

（1.中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 230001；2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，日益擁堵的交通促使城市軌道交通得到快速發(fā)展。地鐵車站建設(shè)大多穿越城市中心地帶，其周邊環(huán)境十分復(fù)雜同時(shí)施工過(guò)程中對(duì)周邊建筑物沉降控制要求嚴(yán)格、技術(shù)難度大、工程造價(jià)高，確保地鐵車站建設(shè)過(guò)程中的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等施工指標(biāo)對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工具有重要意義。國(guó)內(nèi)外關(guān)于BIM在地鐵工程方面已有相關(guān)研究[1-4]，而B(niǎo)IM在車站穩(wěn)定性方面研究仍需繼續(xù)深入[5-8]。

本文為解決無(wú)錫地鐵車站綠色施工問(wèn)題，基于BIM技術(shù)對(duì)無(wú)錫地鐵3號(hào)線長(zhǎng)江路站利用Revit構(gòu)建車站模型，并進(jìn)行碰撞檢查和臨建場(chǎng)地優(yōu)化。同時(shí)結(jié)合Midas軟件數(shù)值模型完成對(duì)車站整體施工各工序下的實(shí)時(shí)管控；通過(guò)Navisworks對(duì)車站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行4D進(jìn)度管理；基于BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)研究；基于BIM技術(shù)的車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究。

2 基于BIM技術(shù)與數(shù)值分析的車站施工管控

2.1 工程概況

無(wú)錫地鐵長(zhǎng)江路車站為地下二層11m島式車站，明挖順作施工。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式：800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度：29.8m（標(biāo)準(zhǔn)段），32.7m（小里程段盾構(gòu)井），32.7m（大里程右線段盾構(gòu)井），34.3m（大里程左線段盾構(gòu)井）。附屬基坑深度：11.5m。附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式：SMW工法樁。附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度：23m（SMW工法樁）。

2.2 地鐵車站數(shù)值模型與Revit模型構(gòu)建

地鐵車站數(shù)值模型利用Midas有限元軟件對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行簡(jiǎn)化，保留車站梁板柱等重要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行建模，并設(shè)置施工階段：①基坑分層開(kāi)挖支護(hù)；②車站底板、柱、頂板等結(jié)構(gòu)施工；③基坑回填，根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果依次查看各工序下位移應(yīng)力變化情。Revit模型創(chuàng)建地連墻、梁、板、地層等一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)族，參數(shù)化程度較高。將Revit模型導(dǎo)入Navisworks中，進(jìn)行漫游并做碰撞檢查，用于指導(dǎo)施工和深化設(shè)計(jì)。模型見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 MIDAS模型

圖2 Revit車站模型

3 基于BIM技術(shù)的施工4D進(jìn)度管理

施工進(jìn)度是一個(gè)動(dòng)態(tài)管理的過(guò)程，根據(jù)項(xiàng)目制定好的進(jìn)度計(jì)劃在已有三維模型的基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)時(shí)間達(dá)到對(duì)施工過(guò)程的4D管理。通過(guò)4D進(jìn)度管理可以清晰的展示各工序之間的銜接，避免不必要的返工造成經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤。通過(guò)將創(chuàng)建的車站模型導(dǎo)入到BIM的Navisworks中，關(guān)聯(lián)Project進(jìn)度文件后進(jìn)行進(jìn)度模擬，如圖3，根據(jù)模擬結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃。

圖3 4D車站施工進(jìn)度模擬

4 基于BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)研究

BIM是三維數(shù)字信息模型，在模型中所有構(gòu)件都是由參數(shù)構(gòu)成。在項(xiàng)目中利用BIM技術(shù)進(jìn)行地鐵車站工程量統(tǒng)計(jì)，是以Revit模型為載體通過(guò)設(shè)置相關(guān)參數(shù)選項(xiàng)例如物理材質(zhì)、長(zhǎng)度、型號(hào)等，軟件自動(dòng)生成結(jié)果。同時(shí)當(dāng)模型中某一項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化之后，統(tǒng)計(jì)結(jié)果亦能自動(dòng)更新，具有精度高、速度快的特點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)容易出錯(cuò)的問(wèn)題，為工程項(xiàng)目預(yù)算、采購(gòu)、決算提供了可靠依據(jù)。

在Revit軟件視圖選項(xiàng)卡中創(chuàng)建混凝土工程量明細(xì)表并選擇混凝土類別，在“字段”下選擇“總計(jì)、結(jié)構(gòu)材質(zhì)、體積”點(diǎn)擊確定便可自動(dòng)生成混凝土對(duì)象的工程統(tǒng)計(jì)表。將軟件統(tǒng)計(jì)結(jié)果導(dǎo)入到EXCEL中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，即可得到詳細(xì)的混凝土工程量清單。

5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究

5.1 MIDAS模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

利用有限元分析軟件Midas對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，以地連墻的水平位移為例，結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)地連墻的水平位移進(jìn)行對(duì)比分析基坑墻體的變形性狀，相互印證做到及時(shí)預(yù)警指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。從圖4地連墻的水平位移云圖可以看出，基坑開(kāi)挖具有明顯的空間效應(yīng)，由于基坑開(kāi)挖長(zhǎng)邊的卸載面較大，在坑外土壓力的作用下導(dǎo)致基坑中部地連墻的水平位移最大。因此，在基坑開(kāi)挖方案制定的過(guò)程中，采用“先兩端后中間、隨挖隨撐”的明挖順作法對(duì)基坑進(jìn)行施工作業(yè)。

5.2 基于BIM技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)可視化

本基坑工程的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地下連續(xù)墻深層水平位移監(jiān)測(cè)、墻頂水平和豎向位移監(jiān)測(cè)、周圍地表沉降監(jiān)測(cè)、墻后土體深層水平位移監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、立柱沉降監(jiān)測(cè)以及地下水位監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容在Revit平臺(tái)上建了監(jiān)測(cè)點(diǎn)通用族庫(kù)，比如：水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)族、降水水位監(jiān)測(cè)井族、支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)族等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)通用族的建立過(guò)程與自定義族的建立過(guò)程基本相同，都是采用常規(guī)模型族樣板進(jìn)行創(chuàng)建。本文中監(jiān)測(cè)點(diǎn)族建立運(yùn)用的預(yù)警判斷條件如下：當(dāng)監(jiān)測(cè)判定值為“a”時(shí)，說(shuō)明監(jiān)測(cè)值處于安全狀態(tài)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)族的顏色為綠色；當(dāng)監(jiān)測(cè)判定值為“b”且橙色警戒值為“c”時(shí)，說(shuō)明監(jiān)測(cè)值處于橙色預(yù)警，監(jiān)測(cè)點(diǎn)族的顏色變?yōu)槌壬划?dāng)監(jiān)測(cè)判定值為“b”且橙色警戒值為“c”且紅色警戒值為“d”時(shí)，說(shuō)明監(jiān)測(cè)值處于紅色預(yù)警，監(jiān)測(cè)點(diǎn)族的顏色變?yōu)榧t色。

通過(guò)Revit軟件將BIM模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換格式，并在Navisworks中對(duì)模型的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行集合并組，根據(jù)預(yù)警級(jí)別及相應(yīng)的報(bào)警顏色設(shè)定任務(wù)類型，將監(jiān)測(cè)結(jié)果用if函數(shù)進(jìn)行判斷預(yù)警情況，確定施工過(guò)程是否安全。使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)模型三者有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)基坑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可視化，讓施工管理人員更加直觀的查看基坑開(kāi)挖過(guò)程的安全狀況。

6 結(jié)論

通過(guò)引入BIM技術(shù)對(duì)無(wú)錫地鐵3號(hào)線長(zhǎng)江路站進(jìn)行模擬和分析，可以得到如下結(jié)論：

①基于BIM技術(shù)與數(shù)值分析相結(jié)合，詳細(xì)建立了長(zhǎng)江路地鐵車站的有限元模型與Revit模型，通過(guò)有限元模擬分析各施工階段下基坑與車站主體結(jié)構(gòu)的變形情況，為現(xiàn)場(chǎng)施工存在重大風(fēng)險(xiǎn)部分給予理論指導(dǎo)，并就Revit模型提供的漫游功能為項(xiàng)目施工提供更加直觀的可視化體驗(yàn)，同時(shí)對(duì)于優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)臨建設(shè)施的安置具有重要指導(dǎo)意義；

②基于BIM技術(shù)4D進(jìn)度管理、工程量清單統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的研究，對(duì)于項(xiàng)目施工過(guò)程中優(yōu)化施工方案合理安排各工序時(shí)間進(jìn)度，控制成本、保障施工安全有著顯著效果。

混凝土工程量表 表1