BIM技術(shù)在地鐵鋪軌施工中的應(yīng)用研究

文/王豐倉(cāng)、楊宮印

1 前言

BIM 技術(shù)的發(fā)展給城市軌道工程建設(shè)帶來(lái)了新的機(jī)遇，城市軌道建設(shè)中的施工單位、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位及監(jiān)理單位都不同程度地將BIM 技術(shù)應(yīng)用到各自的建設(shè)領(lǐng)域。對(duì)此，眾多研究者進(jìn)行了大量研究，如吳福居、林金華進(jìn)行將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地鐵車(chē)站施工進(jìn)度4D 模擬、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全等信息化管理實(shí)踐研究[1]。張志偉等基于BIM 技術(shù)的可視化和數(shù)據(jù)信息的集成化，開(kāi)發(fā)了地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)巡視APP 提高了風(fēng)險(xiǎn)管控能力[2]。李梅等進(jìn)行了BIM 技術(shù)在地鐵工程設(shè)計(jì)、建設(shè)等方面的應(yīng)用研究[3]。張康寧、劉志偉利用BIM 技術(shù)可視化的特點(diǎn)解決了地鐵施工管理信息離散性的問(wèn)題[4]。雷美玲等結(jié)合福州地鐵2 號(hào)線施工，將BIM 技術(shù)應(yīng)用地鐵土建施工過(guò)程中[5]。汲紅旗等利用BIM 技術(shù)對(duì)地鐵施工場(chǎng)地布置提出了DSLP 動(dòng)態(tài)場(chǎng)地布置法[6]。綜上所述，BIM 技術(shù)在城市軌道交通工程中的研究主要集中在土建施工方面，而在地鐵鋪軌工程中的應(yīng)用研究較少；另外，目前地鐵鋪軌施工存在施工空間有限、施工精度要求高、施工管理困難等問(wèn)題，試圖借助BIM技術(shù)解決上述問(wèn)題的研究也比較少。

2 工程概況

西安地鐵3 號(hào)線胡家廟-石家街區(qū)間全長(zhǎng)1477.282m，其中曲線長(zhǎng)830.299m，區(qū)間鋪軌施工涉及圓形隧道曲線段、馬蹄形隧道減振曲線段、矩形隧道直線段、車(chē)站地段道床等不同斷面上的各種類(lèi)型道床共21 種。地下線曲線段超高采用半超高，在緩和曲線內(nèi)側(cè)采用超高沿曲線方向遞減，在圓曲線兩端的直線段內(nèi)側(cè)超高值采用遞減順接。

3 地鐵鋪軌施工BIM 技術(shù)應(yīng)用技術(shù)路線

借鑒BIM 技術(shù)在建筑業(yè)的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，嘗試BIM 技術(shù)在地鐵鋪軌施工中應(yīng)用。由于鋪軌施工作業(yè)空間狹窄，大型機(jī)械不能使用，材料調(diào)度困難，且對(duì)鋪軌施工精度要求高，因此在BIM 軟件和平臺(tái)選擇方面提出了新的要求，本文對(duì)目前BIM 軟件和平臺(tái)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比分析。就建模應(yīng)用精度而言，航天領(lǐng)域的CATIA 軟件精度較高，同時(shí)該軟件系列還輔助有仿真軟件DELMIA，應(yīng)用平臺(tái)選擇了RBIM5D 建筑管理平臺(tái)。

本文以胡家廟-石家街區(qū)間為例，首先確定了BIM 實(shí)施目標(biāo)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在此基礎(chǔ)上，BIM 技術(shù)人員長(zhǎng)期駐場(chǎng)，結(jié)合施工圖紙，創(chuàng)建精細(xì)化施工模型，利用模型對(duì)圖紙?jiān)贂?huì)審以及碰撞檢查，并與設(shè)計(jì)單位合作，深化設(shè)計(jì)模型，最后將模型導(dǎo)入RBIM5D 施工管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的精細(xì)化管理。具體實(shí)施路線如圖1 所示。

圖1 地鐵輔軌施工BIM 技術(shù)應(yīng)用研究路線

4 BIM 技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

4.1 精細(xì)建模施工圖會(huì)審

根據(jù)施工線路分段建立BIM 施工模型，同一標(biāo)段內(nèi)按施工工藝劃分施工模塊，并根據(jù)施工模塊中的構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)件編碼。將鋪軌施工線路控制坐標(biāo)導(dǎo)入建模軟件，形成與施工現(xiàn)場(chǎng)完全一致的BIM 模型控制線。基于模型控制線和鋪軌施工圖，運(yùn)用CATIA 建模軟件，根據(jù)施工模塊構(gòu)建三維模型。利用CATIA 軟件進(jìn)行碰撞檢查，將其結(jié)果反饋給施工單位。BIM技術(shù)人員與施工方反復(fù)核對(duì)施工圖紙，最終確認(rèn)施工圖有21 處設(shè)計(jì)問(wèn)題。施工方將圖紙問(wèn)題，反饋給設(shè)計(jì)單位，雙方溝通后對(duì)施工圖紙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，BIM 技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)變更修改BIM 模型，最終形成鋪軌施工模型。

4.2 添加施工屬性

BIM 技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)是建立精確的鋪軌施工模型，而精細(xì)的模型則是將整個(gè)胡家廟-石家街區(qū)間施工的測(cè)量、材料、施工等信息集成到模型中。通過(guò)數(shù)據(jù)集成化，可隨時(shí)查詢鋪軌施工所涉及的曲線要素、空間控制參數(shù)、道床截面尺寸、空間坐標(biāo)、軌頂標(biāo)高等施工信息。將BIM 模型輕量化后，引入RBIM5D 施工管理平臺(tái)，通過(guò)信息關(guān)聯(lián)、信息調(diào)用等手段，實(shí)現(xiàn)鋪軌施工各方之間的協(xié)同管理。

4.3 可視化三維技術(shù)交底

工藝交底的目的在于向具體的操作人員傳達(dá)工程項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)意圖、施工技術(shù)要求和安全問(wèn)題的要求。一般情況下，施工前必須進(jìn)行技術(shù)交底，技術(shù)交底有書(shū)面交底、口頭交底和樣板交底等幾種常見(jiàn)形式，其中樣板交底效果最好，但有些工程在實(shí)際施工中并不具備樣板交底條件，而另外兩種較抽象的交底形式效果往往與設(shè)計(jì)要求有偏差。此外，地鐵鋪軌施工樣板的技術(shù)交底困難，由于施工區(qū)域道床截面形式較多，逐個(gè)制作樣板不經(jīng)濟(jì)、不現(xiàn)實(shí)。為此，施工單位嘗試采用BIM 技術(shù)解決胡家廟-石家街段交底的技術(shù)難題；運(yùn)用CATIA 建模軟件，根據(jù)實(shí)際鋪軌施工工藝要求，建立了鋪軌施工的三維模型，并用BIM 仿真軟件實(shí)現(xiàn)了鋪軌施工的可視化模擬。

將地鐵鋪軌施工BIM 模型導(dǎo)入DELMIA仿真軟件中，根據(jù)施工工藝交底文件，對(duì)鋪軌裝配、軌排吊運(yùn)和道床施工等施工過(guò)程進(jìn)行模擬，生成可重復(fù)使用的模擬動(dòng)畫(huà)。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底以三維模擬技術(shù)交底為主，借助BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)多維、多角度的三維技術(shù)交底。基于BIM 可視化技術(shù)，突破了書(shū)面交底和口頭交底的空間限制，為現(xiàn)場(chǎng)具體操作人員提供了詳盡、有針對(duì)性、操作性和表現(xiàn)力強(qiáng)的三維可視化技術(shù)交底。可視化BIM 施工能準(zhǔn)確記錄技術(shù)交底的全過(guò)程，使得施工更加方便、質(zhì)量更加可靠。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行地鐵鋪軌施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底主要分為三個(gè)階段，具體見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)BIM 技術(shù)三維交底統(tǒng)計(jì)表

4.4 項(xiàng)目施工進(jìn)度管理

將輕量化的BIM 模型上傳到RBIM5D 施工管理平臺(tái)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，從施工進(jìn)度管理、材料管理、安全管理等方面實(shí)施鋪軌施工精細(xì)化管理。進(jìn)度管理和物料用量控制是鋪軌工程項(xiàng)目成本控制的關(guān)鍵，采用RBIM5D 施工管理平臺(tái)，在施工前制定不同的施工計(jì)劃，通過(guò)施工總計(jì)劃、施工日計(jì)劃等來(lái)模擬施工，并將最終確定的施工計(jì)劃與BIM 模型關(guān)聯(lián)(如圖2)，便于施工后期對(duì)實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行比較，以此來(lái)監(jiān)測(cè)施工進(jìn)度。

圖2 施工總計(jì)劃

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)BIM 技術(shù)在地鐵鋪軌施工中的應(yīng)用以及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的BIM 建模軟件的應(yīng)用，可以解決地鐵鋪軌施工中的曲線、超高等精細(xì)建模問(wèn)題；另外，利用參數(shù)化的道床模型庫(kù)，建立了三維技術(shù)交底、標(biāo)準(zhǔn)化施工的施工過(guò)程仿真庫(kù)；通過(guò)插件對(duì)BIM 模型屬性進(jìn)行有效提取，并將輕量化BIM 模型導(dǎo)入RBIM5D 施工管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了鋪軌施工精細(xì)化管理。