BIM技術在地鐵車站施工管理中的應用研究

□ 阮曉晨 袁龍泉

隨著城市化進程的加快，各城市的汽車保有量迅速增加，導致城市道路日益擁堵，汽車排放的尾氣也帶來了溫室效應、全球變暖等環境問題。為了緩解城市交通擁堵，改善空氣質量，許多城市開始發展城市軌道交通。在城市軌道交通的建設中，地鐵車站施工是非常重要的一個環節，明挖法施工在此得到了廣泛的應用。傳統的施工方法是通過二維CAD圖紙指導現場施工，但近年來BIM技術在地鐵施工中的應用已逐漸興起。

1 ??BIM技術簡介

BIM技術，其英文全稱為Building Information Modeling，其中文全稱為建立建筑信息模型，主要通過采集建筑工程項目中的各種相關工程信息數據，進行建筑模型的三維圖像建立，并運用信息數字化的三維幾何建模方式呈現建筑物的實際狀況。建筑三維立體模型通過將工程項目中從設計到施工運營整個過程所含有的數字信息、功能要求和性能等建筑信息整合集成，將數字信息化管理應用于整個建筑項目全生命周期中。在借助BIM技術前提下所構建出來的建筑設計形態屬于三維立體模型，可以最大限度地將實體建筑的各種信息予以全面地反映出來；而在應用表現方面，其所具有的特點不僅包括協調性、優化性及可出圖性，同時還包括可視化、模擬性。在工程項目各階段，都可借助BIM技術將項目未完成的部分繪制出來，從而將與之相關的數據信息反映出來，并基于數字化信息集成的管理思路來對工程項目前期設計、中期施工以及后期運營的全過程展開管理[1]。

從地鐵施工的實際流程來看，通過BIM技術構建專門的施工管理體系，使整個工程以更為安全的姿態運作，保證相應的職能人員以動態化的方式了解當下地鐵施工的全部情況，確保各項策略輸出更為安全可靠且高效。BIM技術應用在地鐵施工的流程中，不僅能在原有的基礎上加強安全性，還能不斷提高工程的效率和質量，控制施工成本，對潛在的施工隱患做到第一時間發現與優化，確保整個工序的穩定性。在地鐵項目立項以后，首先應當借助BIM技術繪制該項目的三維模型，然后基于這一模型所提供的數字化信息集成來對整個地鐵項目展開管理[2]。

2 ??工程概況

工程項目為廣州地鐵18+22號線番禺廣場站。番禺廣場站屬于大型換乘車站，從該車站的南部方位出發，可以換乘18號線，換乘車站名稱為橫瀝站；從該車站的北部方位出發，既可以換乘18號線，換乘車站名稱為南村萬博站，也可以換乘22號線，換乘車站名稱為祈福站；此外，通過該車站也可以換乘到地鐵3號線與17號線。該車站因入口處建設在廣州市番禺區的番禺廣場而得名。

就地下結構而言，番禺廣場站屬于典型的五層三柱四跨式的結構，車站的長度總計為540m；就標準段寬而言，則為52.25m。由于屬于換乘車站，所以建設有相應的換乘通道。供乘客進出車站口的總數量為4個；設有安全出入口7個；低風亭的數量為3組；冷卻塔數量為1座。值得一提的是，在車站的換乘通道當中，經過改造后連通了地鐵3號線的A號出入口，并且新增了排風口1個，車站的4個出入口均為側出。車站內的7個安全出入口中1—5號安全出口為主體結構頂出，6—7號安全口為側出。3組低風亭均為車站頂出，1座冷卻塔設置在負一層樓板上。

在番禺廣場站的主體基坑方面，開挖深度以標準五層段為準，為39.82m，盾構擴大頭段為41.7m；在基坑支護方面，既采取了五道內支撐式的支護技術，同時也建設了連續墻，規格為1200mm；墻的嵌固深度達到4.5m，長度達到了42m。

在支撐支護方面，為便于施工專門設置了臨時型鋼立柱的設計，立柱樁的直徑達到1600mm；其嵌固深度達到8m，長度達到48m。在車站主體施工方面，設計出明挖順法施工方案，在車站中間位置的縱向方位與橫向方位分別建設施工棧橋，其中縱向棧橋的數量為1道，其寬度達到12m；縱向棧橋的數量為3道，其寬度達到9m，在交叉棧橋的支撐下開展各項建設工作。

番禺廣場站的附屬結構在負三層與其主體結構相接，埋深達到22m，在支護方面與車站主體的結構設計大體一致，既采取了五道內支撐式的支護技術，同時也建設了兩種規格的連續墻，一種規格是1000mm，另一種規格是600mm。就墻的嵌固深度而言，在達到全風化巖層以后，再向前深入7.5m，進入中風化巖層約3.5m。換乘通道最低處，其地板的標準高度為-14.336m。其中，在負一層段同樣采取了臨時型鋼立柱的施工方案，立柱樁的規格為1200mm。

3 ??施工的重難點及保證措施

3.1 地連墻施工

由于地連墻厚度1200mm，且巖層強度大，成槽困難，需采用型鋼接頭。施工中先用成槽機挖至中分化花崗巖，再用雙輪銑施工成槽。

3.2 土石方開挖

番禺廣場站面積較大，為540m×52.25m。基坑開挖深度為40m，土方為46萬m3，石方為70萬m3，建筑面積為14萬㎡，工程量較大。開挖時可利用施工鋼棧橋，從橫向切入，以縱向開挖，分節段多個工作面同時開挖。

石方開挖巖層較硬，主要為中風化花崗巖，強度達到30MPa～50MPa，局部存在微風化花崗巖，強度達123 MPa。施工時采用靜態爆破、破碎錘配合液壓劈裂機和平地王施工配合作業，以保證工程進度。靜態爆破屬于高危作業，施工時必須由經過專業培訓，持證的專業人員操作。

3.3 車站主體

地鐵車站為三跨四柱五層結構，屬于超寬大跨結構，采用碗扣式腳手架施作主體，主體施工縫和結構防水數量多，處理困難。

3.4 暗挖區間

暗挖隧道斷面的面積較大，在150m2～220m2范圍內，且番祈區間下穿地鐵3號線，隧道結構離3號線僅有2m，巖層大部分為全風化花崗巖，圍巖自穩性差。需采用超前地質預報預測地質情況，確保施工順利進行。同時還要加強地下地上及周邊監控量測，發現特殊情況立即停工，并及時上報處理。

3.5 管線遷改

在番禺廣場站的北部方位，與清河東路連接；在車站南部方位，與東興路相鄰；在車站的西側方位，與廣場西路靠近；在車站的東側方位，與廣場東路瀕臨。此外，車站與廣州市政府的距離也比較近，車輛往來比較頻繁，周圍各種管線密布，且橫穿興泰路，管線遷改難度大。施工區域影響最大的為興泰路DN2000羅家涌與沙墟涌連接管（不與其他排水管道接駁，埋深約5.5m）和清河東路南側輔路番禺電信主干線路，施工時需提前做好管線交通疏解，對涉及范圍進行物探，并聯系各自管線產權單位標明該段管線走向，施工時開挖人工探槽，確保安全后方可施工。

4 ??BIM技術在施工管理中的應用

4.1 BIM模型的建立

利用三維建模軟件，根據施工圖紙，建立車站結構的三維BIM模型。地下車站施工模型包括維護結構、支撐體系、土方開挖、主體結構以及相關附屬結構，通過整體建模以達到信息集成的目的。要求在工程項目開展的前中期，對施工中各個環節存在的風險進行模擬，對施工過程中存在的風險和質量問題進行預測，在具體落實過程中著重監控，減少施工過程中存在的安全隱患。車站結構模型見圖1。

圖1 車站結構模型圖

4.2 建模軟件匯總

在建模軟件使用方面，可通過Infraworks、Civil3D等軟件對地形進行處理，以Revit、Bently對整體模型進行創建，用Navisworks進行碰撞檢查，借助3D Ma×、Lumion等進行圖形渲染，再用萬彩動畫大師等軟件進行動畫制作，最后依靠Audition、Premiere等軟件進行動畫視頻剪輯。不僅可通過三維制圖軟件將車站結構信息化，同時還可用視頻制作將車站結構和施工過程動態化，將BIM手段運用到項目開展的各個階段，使管理人員更加直觀準確地對項目的成本、進度、質量、安全進行管理。建模軟件匯總見表1。

表1 建模軟件匯總表

4.3 施工現場重難點工作監控

對于該項目中施工過程的重難點，如地下連續墻的成槽、土石方開挖面積較大、主體結構施工超大跨度結構、地層圍巖穩定性較差以及地下管線的遷改工作，需要重點進行監控。尤其是在BIM建模過程中，對于重難點工作進行著重模擬。另外，在人員、機械、設備入場施工后，重難點工作施工的過程中要及時記錄施工數據，如有異常情況要及時進行反饋，確保工程項目的順利進行。

4.4 施工現場實時數據收集比對

在進行BIM建模后，施工過程中要對現場的實時數據進行收集，以便與BIM信息進行比對，及時發現施工中可能存在的問題。為此，項目施工管理人員需每天在現場進行旁站，記錄施工過程中項目進度、質量及安全方面的實時信息。在地鐵工程施工質量管理中，應用BIM技術能夠通過相應的模型信息向第三方管理平臺輸入有關信息，以便實施施工管理。而管理人員僅需利用計算機或移動終端，便能夠收集與錄入工程質量管理的數據信息，并利用互聯網上傳相關數據信息至管理平臺。工作人員可以有效比較與識別該類信息和之前上傳到管理平臺的BIM模型，以便及時發現質量問題并給予解決。而不同部門的管理人員可以憑借其相應的賬號與密碼登錄管理平臺，以便能夠及時接收與查詢工程的相關質量信息。一旦出現任何質量問題，系統都會進行智能識別，并將這一信息自動反饋給專門負責該問題的人員，由后者處理。在處理問題的過程中，有專門有監督人員在旁負責全程監督，直到在工程質量不受影響的前提下將該問題全面解決[3]。如此一來，不但能夠有效提高工程質量信息的真實性與可靠性，而且還能讓工程施工質量問題在第一時間內獲得有效處理，確保整體工程施工質量。

4.5 對施工現場數據和BIM信息比對做出響應

當現場人員將現場數據上傳至BIM信息化平臺之后，管理人員可以通過已經完成的BIM模型信息與現場信息進行比對。如果信息出現偏差，要及時分析BIM信息與施工現場數據存在誤差的原因，找出現場的不可控因素或建模中可能存在的問題，如果現場施工存在問題，可及時調整施工方案，并給出合理的解決方案。若由于特殊原因現場施工方案無法調整，則要對BIM建模信息進行及時更改，確保BIM信息與施工現場信息的統一。

5 ??結語

通過BIM技術，利用計算機或移動客戶端將現場出現的質量問題精確定位記錄在建筑物的BIM模型上，可直觀查閱問題出現的位置和結構，同時管理人員還可以將在施工現場所收集的照片、錄音等信息全部輸入該系統當中，為相關人員借助該系統更加快速、有效地將問題予以識別出來提供了信息依據[4]。

利用軟件的模型和數據庫動態可視化功能，結合動態管理理論，能夠對地鐵工程較好地實現動態優化控制，并對工程項目施工建設的全過程展開全面化、立體化以及高效化的管控，包括對施工資源的合理配置、對施工質量與建設速度的合理控制等，盡可能地將項目建設的時間予以縮短，將項目建設的成本降到最低[5]，有效提高整個項目在成本管理方面、施工質量與安全管理方面、施工進度管理方面的效率水平。