BIM技術在軌道交通車站施工管理中的運用

彭 展

(中鐵磁浮交通投資建設有限公司，湖北 武漢 430061)

城市化進程中，軌道交通工程建設規模持續擴大。車站是軌道交通工程建設的重要內容，因車站施工過程中存在大量風險因素，導致安全事故發生概率較大，不僅會造成大量資源損失，而且會影響工程進度。BIM技術是一種集數據采集、分析功能為一體的技術，可以打造可視化模型，動態展現軌道交通車站施工過程，控制施工風險管理，提高施工管理效果。因此，探究BIM技術在軌道交通車站施工管理中如何應用具有重要意義。

1 工程概況

某軌道交通車站工程位于市區，工程主體結構為地下3層混凝土箱式結構，主體凈長度為115m，標準段寬度為28m，基坑深度為22m，平均覆蓋土體厚度為3.6m。工程上方穿越城市交通干道，下方主要為全新人工填土、上更新沖積層、燕山晚期侵入花崗巖(強風化巖帶與全風化巖帶)。站址內土層厚度較大，巖石帶賦水性較差，地下水賦存方式為塊狀基巖裂隙水、松散巖類孔隙水、大氣降水，基坑開挖后每日最大用水量為1 625.25m3/d，地下水對整體結構具有輕微腐蝕性。

2 BIM技術的優勢

2.1 高效信息集成

高效信息集成是BIM技術核心優勢，可以數字化表達全面設施信息，如三維幾何信息、拓撲關系、工程建設過程信息等，實現不同專業、不同階段的信息集成。同時BIM技術可以向前與物聯網集成，向后與云計算、虛擬現實、預制加工等模塊集成，連接規劃、設計、施工、運行維護等多個環節，并以BIM為載體完成數據交流，為解決施工過程問題提供充足信息支持[1]。

2.2 信息可視化呈現

可視化呈現主要建立在BIM模型基礎上，從多個方面以各種方式展示，可用于施工安全教育、施工過程管理等方面。比如，根據不同區間值，以可視化方式表現構件內所附帶溫濕度、監測數據等抽象化數據，直觀展示構件安全狀態。同時在施工過程中，將時間維度增設到建筑工程施工三維模型中，以動畫形式展示施工方案，在可視化環境中開展工程分析決策，推動施工方案持續優化。

2.3 多方信息互用

多方信息互用是BIM技術的突出優勢，可以將BIM模型導入工程分析軟件中進行結構分析，實現多版本產品信息互用，有效挖掘工程內部海量數據信息，為施工管理水平提升提供依據。比如，可以一次性采集并輸入各類安全管理數據，在不同安全管理模塊之間互用數據信息，規避因工程安全管理信息類型雜、來源廣、存儲散、數量大等引發的信息互用程度低問題。

3 BIM技術在施工管理中的運用

3.1 模型建立

在三維環境內，利用面向對象的參數化建模方式，建立軌道交通車站施工模型。案例中軌道交通車站設置有3個出入口，模型尺寸與實際設計相符，長為115m，寬度為28m，頂板標高為-3.6m。車站整體結構為3層箱式框架結構，各層參數與功能見表1。

表1 框架結構模型參數及功能

在軌道交通車站模型參數確定后，以載入“族”方式，構建工程所在場地模型，完成場地恢復操作。為了確保軌道交通車站BIM模型的統一性，可以依據美國建筑師學會制定的建筑信息模型深化等級LOD300嚴格要求，將模型單元等同于深化施工圖層次，利用功能鍵創建系列構件。如車站站廳層、站臺層結構墻名稱為結構墻_站臺層(C1)_現澆鋼筋混凝土$C40$P10_800通過墻功能創建，高度到達底板，不勾選“啟動分析模型”；車站站廳層、站臺層結構柱名稱為地鐵土建結構_永久結構_站臺層(C1)_現澆鋼筋混凝土$C40_800，通過柱功能創建，不勾選“啟動分析模型”；車站站廳層、站臺層結構梁名稱為框架梁_站臺層(C1)_現澆鋼筋混凝土$C40_1 000*600， 通過“族”或“內建模型”創建，不勾選“啟動分析模型”。

3.2 可視化呈現

軌道交通車站的可視化呈現需利用3D/4D(three-dimensional four-dimensional，三維/四維)協助設計檢視軟件——Navisworks，先完成軌道交通車站導入操作，再開展施工模擬[2]。具體操作時，利用視點法，先選擇恰當角度進行視點保存，再以添加第三人方式串聯各個視點，形成軌道交通車站模型外部環境、內部場景漫游模擬，直接展示車站選址合理性、出入口位置恰當性以及車站內部空間與柱間距相對合理性。在這個基礎上，添加貼圖、燈光、材質等信息，形成可清晰展現案述軌道交通車站進站大廳檢票口布局、旅客候車座椅、自動扶梯可視化模型，便于后期現場操作以及整體規劃部署。

3.3 方案優化

在案述軌道交通車站施工期間，向專業軟件內導入BIM三維模型，開展碰撞檢測，確定管線碰撞點(具體見表2)。

表2 案述軌道交通車站管線碰撞點(局部)

表2中碰撞均為硬碰撞，公差為0.001m。根據碰撞類型及位置，可以進行相關管道標高調整，解決碰撞問題，確保施工質量。

在碰撞檢測基礎上，施工管理人員還可以根據可視化呈現結果與施工標準、專業要求差異，進行調整。比如，經可視化呈現結果與標準對比得出案述軌道交通車站長寬比較大，旅客經中間樓梯前往站臺層耗時較長，加之車站所在位置人流密度較大，中間樓梯位置擁堵風險較高，擬將兩處樓梯對稱設置在案述軌道交通車站中部。

3.4 進度控制

直觀表現施工進度計劃變化情況，是BIM技術在案述軌道交通車站工程施工進度管理中應用的關鍵。根據案述軌道交通車站工程施工進度管理需求，可以引入4D模擬技術，將時間軸增設到原BIM模型中[3]。因案述軌道交通車站工程是在不影響既有線路正常運營下進行施工，工程可以劃分為幾個階段進行過渡。在既有線路施工前，鏈接案述軌道交通車站三維模型與既定施工進度信息，動態展現整體過渡方案。同時以關鍵施工節點為對象，提前預演施工方案，全盤審視案述軌道交通車站工程施工過程，調整編制不合理工期計劃。

具體操作過程中，需要先利用選擇集(或搜索集)的方式，建立集合，標識案述軌道交通車站施工順序[4]。進而借助軟件自帶Time Liner功能，選取存在差異的若干集合，與Project進度模塊相關聯，完成案述軌道交通車站4D施工過程動畫播放，完整演示案述軌道交通車站施工過程，進行不同專業施工進度精準化、全面化描述。比如，對于車站主要構件蓋挖逆作法施工過程，以動畫形式直觀展示車站主要構件施工順序以及各施工環節計劃日期、時長，為案述軌道交通工程施工過程進度安排合理調整提供依據。

在直觀展現軌道交通車站施工進度計劃基礎上，錄入現實施工進度，借助BIM 4D動態虛擬構造推演功能，直觀對比進度計劃、實際計劃偏差，發出滯后提醒，根據提醒信息調整人員、設備等資源，縮小實際與計劃進度偏差。

3.5 安全控制

軌道交通車站工程具有施工安全事故類型多、影響范圍大、危險程度高、情況復雜等特點。因此，應依據系統管理理論，集成BIM技術與傳感器、射頻識別、三維激光掃描等先進數據采集技術，實現安全數據自動化采集、安全集成化管理與信息可視化表達。并根據軌道交通車站安全管理內容差異，進行若干安全管理模塊劃分，突破安全管理盲區，確保安全管理作業高效率開展[5]。

具體操作過程中，根據既定軌道交通車站施工方案，在施工前期規劃場地，建立交通軌道車站與臨時建筑設施、周邊建筑物、施工機械、施工通道等構件的三維模型，直觀對比軌道交通車站、周邊建筑物間關系，模擬既定施工通道范圍內施工機械運行情況，提前發現物體沖突碰撞問題，提前策劃安全問題防控方案，降低安全事件負面影響。同時借助BIM技術，模擬軌道交通車站現場危險源標識、洞口臨邊設施、安全防護設施、樓梯圍擋等模塊，預先分析、評測相關模塊安全風險，根據分析評測結果制定安全管理計劃，確保安全管理作業高效率開展。在這一基礎上，從案述軌道交通車站施工過程著手，開展施工現場安全監督檢查，并借助移動智能終端拍攝現場施工安全實況圖片，將相應圖片上傳到安全管理后臺并填寫安全問題信息，實現安全問題實時追蹤，如環型冠梁上雜物過多存在落地傷人隱患、施工現場未制定消防安全制度、管線范圍內挖土作業無專人監護等。根據安全問題實時追蹤效果，開展基于BIM三維模型的施工人員安全培訓。比如，借助BIM模型可視化漫游功能，操作鍵盤WASD功能鍵，引導施工人員以第一人稱查看案述軌道交通車站內部結構與布局，確保施工人員可以切身體會案述軌道交通車站環境安全風險，提高安全管理意識；再如，借助BIM模型庫，引導施工人員查看車站空間結構形式、建設原因、車站地理位置等信息，并附注分項工程施工方案與施工注意事項，促使施工人員了解更多施工細節信息與安全盲區。除此之外，借助前期搭建的BIM模型，可以動畫形式展示案述軌道交通工程開展階段存在高空墜物、火災爆炸、坍塌傷害等，提前警示施工人員出現概率較高堆放安全問題，并第一時間發布安全應對方案，降低安全問題發生概率。

4 結 語

綜上所述，BIM技術具有高效信息集成、信息可視化呈現、多方信息互用、精確導出信息等優勢，可以滿足軌道交通車站施工進度、安全管理需求。因此，軌道交通車站工程管理人員應發掘BIM技術優勢，搭建車站工程三維模型，在模型中進行動畫漫游，及時發現軌道交通車站工程施工問題并及時解決，為軌道交通車站工程施工效益全面提升提供依據。