基于BIM 的既有地鐵車站改擴建數字化全過程管控技術

應宇墾 ，李文 ，徐勇敏 ，趙昕

（1 上海慧之建建設顧問有限公司，上海 200090； 2 同濟大學 土木工程學院，上海 200092；3 上海申通地鐵資產經營管理有限公司，上海 200092 ）

0 引言

隨著城市建設進程的不斷加快，城市軌道交通在解決城市中心區交通問題中日益發揮著不可替代的作用[1]，既有地鐵車站的改擴建項目日益成為政府和開發商關注的焦點。由于現有技術以及人為因素等影響，以往的既有地鐵改擴建項目往往需要停運地鐵車站，停運將嚴重影響人們的出行，造成較大的社會影響。

為了有效解決這一問題，本文將BIM 技術應用于地鐵改擴建項目。在不停運的情況下，采用BIM 技術管理的組織模式，充分利用移動互聯網、云計算、BIM 技術、無人機三維掃描、大數據技術、人工智能、物聯網、社交網絡、視頻/環境監測等技術，建立一套完整的數字化技術應用管理組織系統， 以提高管理效率和水平，提高安全管控可靠性及全過程建造數字化技術，確保管控過程中車站的正常運行，以及管控的全面性、高效性和準確性[2-3]。在不停運的前提下升級改造，實現車站改造商業一體化，實現對既有簡單車站和附屬區域的再利用，充分發揮地鐵站區域的商業價值。

同時，與以往應用于新建項目的BIM 技術應用相比，將應用于既有地鐵車站的改擴建項目的BIM 技術， 涵蓋了拆除改建內容，形成了“全生命周期”應用，應用場景更加豐富，BIM 應用點更加多樣，新技術的應用更加全面。

1 BIM 數字化技術

BIM 數字化技術即“建筑信息模型技術”，可以理解為建筑工程項目由規劃到設計再到施工，直到拆除的全生命周期，對于工程數據管理與分析的技術載體與過程[4-5]。

該技術是使用BIM 建模軟件構建建筑信息模型，進行虛擬設計和施工，實現項目協同管理，可減少錯誤、節約成本、提高效益和質量。 工程竣工后，利用建筑信息模型實施建筑運維管理，提高運維效率[6-8]。

1.1 基于BIM 的全過程數字化管控平臺

全過程數字化管理平臺是整個既有車站不停運改擴建的數據匯總和處理中心（圖1）。

圖1 全過程數字化管控平臺

（1） 項目信息：呈現項目地點、工期、工程面積等基本信息（圖2）。

圖2 界面呈現

（2） 工程動態：呈現工地新聞、獎懲動態等信息。

（3） 文檔管理：根據權限設立目錄，實現項目文檔上傳、下載、在線閱讀。

（4） 模型管理：實現模型瀏覽、漫游、批注、協調溝通。

（5） 交通模擬：根據交通模擬，以及交通流線關鍵部位的視頻接入，實現交通模擬和現狀分析（圖3）。

（6） 人流模擬：根據人流模擬，將出入口的視頻接入，實現人流模擬和現狀分析。

1.2 基于BIM 的全過程數字化技術的管理應用

既有車站不停運改擴建的全過程管理既包括絕大多數新建軌道交通車站的BIM 全過程應用，同時又體現了不停運改擴建的特點，其應用框架圖見圖4，各階段應用要點和主要內容見表1。

圖4 基于BIM 的全過程數字化技術的管理應用框架圖

表1 各階段應用要點及主要內容

2 蓮花路站的應用實例

本文將基于BIM 的既有地鐵車站改擴建數字化全過程管控技術應用于蓮花路站項目，選取蓮花路車站在不停運改擴建過程中的應用點進行闡述。 蓮花路地鐵站為上海地鐵1 號線的既有車站，總面積49995m2，1999 年竣工后使用至今，2018 年開始進行不停運改擴建(圖5)。

圖5 上海地鐵站1 號線

2.1 現場數據分析

2.1.1 現場數據收集

利用數字化設備對現場進行勘測，為建立現場數字模型做準備。 在拆改場地規劃設計和建筑設計的過程中，提供可視化的模擬分析數據，作為評估拆改設計方案選項的依據。

2.1.2 現場影響因素分析

整理現場數據，建立可以體現周邊人流場地實況信息的現場模型，形成車站不停運現場分析報告，包含現場模型圖像（圖6）、場地分析結果，以及對場地設計方案或工程拆改設計方案的場地分析數據對比。

2.2 施工工藝模擬

利用深化設計模型對改擴建過程中施工工藝復雜、結構形式特殊、 專業施工交叉密集及施工風險突出的工程關鍵點進行施工方案模擬。 土方工程方案模擬應綜合分析土方開挖量、開挖順序、開挖機械數量、車輛運輸能力等因素，考慮項目所在地對土方外運的限制，優化確定大型設備及構件的到貨安裝時間節點、吊裝運輸路徑、預留洞口等內容。 垂直運輸施工方案模擬應依據施工組織方案，綜合分析運輸需求、垂直運輸器械的運輸能力等因素，結合施工進度優化確定垂直運輸組織計劃（圖7）。

圖6 現場模型圖像

通過在模型的基礎上附加建造過程、施工順序、 施工工藝等信息，進行施工過程的可視化模擬，實現施工方案的可視化交底。 對重點施工方案和關鍵部位的施工工藝，使用BIM 數字化軟件進行模擬和分析，優化施工方案及施工工藝，并進行多方案比選論證，從而選擇最佳的施工方案。對現場工序進行3D 指導，在施工前預判問題、解決問題，降低工程返工風險。

圖7 建造技術數字化模擬應用

2.3 安全風險管理

以深化設計模型為基礎，根據施工安全風險管理體系增加風險監測點模型和風險工程等信息，建立安全風險管理模塊，利用BIM 數據集成與BIM 信息化建設管理平臺建立環境模型與安全風險監測數據的關聯關系，實現對施工安全風險的可視化動態管理。 集模型集監測對象、監測點、監測方案和檢測數據等功能于一體，實現監測數據可視化預警和自動推送。

安全風險管理應形成適用于既有車站不停運改擴建工程的專項施工方案、技術交底方案、設計交底方案、危險源辨識計劃、施工安全策劃書等。

2.3.1 施工安全模擬

運用數字化技術，依據施工現場的實際情況，實時更新施工安全設施配置模型，對危險源進行動態辨識和動態評價。

通過對實際施工方案、實施過程模擬進行交底，直觀展示各施工步驟、施工工序之間的邏輯關系，使現場技術人員、施工人員對工程項目的技術要求、質量要求、安全要求、施工方法等有透徹理解。

對施工人員進行安全教育， 對高發危險事件進行預演模擬，結合系統中預先設置好的人員疏散路線信息、 救援路線信息、攝像頭位置點信息、救援設備位置點信息等，在人員疏散逃離及救援人員進入現場時給予正確的處置參考信息， 便于科學組織施工，提高施工人員安全意識，避免技術質量事故的發生。

2.3.2 施工監測管理

施工監測管理是利用信息傳感設備、視頻監測設備，或其他數字化監測手段對施工現場環境進行監測的管理方式。 對于人流量密集區域、車站商業連接區域或其他危險區域進行重點跟蹤監測。

采用互聯網云技術， 及時將現場存在的問題反饋至模型，便于檢查驗收、整改責任認定和跟蹤解決。 施工安全設施配置模型應完善安全防護等安全設施配置信息，除不停運改擴建工程信息外，還應包括腳手架防護、基坑支護、模板工程、消防疏散分區、安全通道平面布置、施工升降安全、塔吊、起重吊裝安全、施工機具安全、施工現場文明生產安全等信息。 同時，由模型輸出相關的視圖照片、問題跟蹤記錄輔助編制施工質量檢查與安全分析報告。

3 結論

BIM 數字化管控技術在蓮花路站不停運改造項目的應用，雖然實現了對既有地鐵車站不停運改擴建施工安全風險自動識別和預警，同時平臺中存儲的BIM 模型和相關項目、安全信息數據也會為今后工程建設的安全風險識別和預警提供有效支持，但是目前BIM 技術在建筑工程的應用還處于初始階段[10]，需要各專業在建筑工程領域的共同努力和合作，應加深對BIM 技術的分析和探索，使BIM 技術能夠更廣泛地應用在建筑工程中。

未來，基于人工智能和大數據分析的人臉識別技術、語音識別技術，甚至工廠或現場機器人技術，已經或正在加快進入行業的視野，試圖更加深入、更加廣泛地解決工程項目管理的問題。 今后的研究將在BIM 數字化管控平臺的應用激勵機制以及BIM 與其他技術集合等方面進行深一步探討和完善，以期為城市軌道交通不停運改擴建提供參考，促進工程建設的發展，為社會經濟效益最大化做出貢獻。