BIM技術在地鐵工程中的應用研究

馮小江 婁運達 劉洋 周真真

摘 要：【目的】為了解決傳統地鐵施工信息化程度低，建模效率低的問題，研究建筑信息模型技術在地鐵工程中的應用。【方法】本研究利用BIM技術，建立西安地鐵八號線某標段模型，實現地鐵模型的參數化設計。【結果】利用Revit二次開發技術，提高了地鐵模型在Revit中的構建效率，完成地鐵模型BIM技術交底。優化地鐵施工場地管理，使得場地規劃更加合理。【結論】利用互聯網技術，實現了地鐵智慧工地可視化關系平臺構建，提高了施工管理的信息化水平。

關鍵詞：信息化技術；地鐵工程；BIM應用

中圖分類號：TU92? ? ? ?文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2023）09-0088-04

Abstract： [Purposes] In order to solve the problems of low informatization and low modeling efficiency in traditional subway construction， the application of building information modeling technology in subway engineering is studied. [Methods] In this study， BIM technology was used to establish a section model of Xi 'an Metro Line 8 to realize the parametric design of the subway model. [Findings] The secondary development technology of Revit is used to improve the construction efficiency of subway model in Revit and complete the BIM technical disclosure of subway model. And the technology optimizes the management of subway construction site，making the site planning more reasonable. [Conclusions] By using Internet technology， a visual relationship platform for subway intelligent construction site has been realized to improve the informatization level of construction management.

Keywords： information technology; metro engineering; BIM application

0 引言

BIM是利用數字信息技術實現信息化建筑模型，從而輔助設計施工的一種技術。對于施工企業，BIM技術多用于效果展示、場地規劃，施工技術交底等。因地鐵屬于線性工程，建模相對復雜，故BIM技術在房屋建筑領域應用較多，在城市軌道交通領域應用較少［1］。本研究基于西安地鐵八號線某標段工程，利用Revit二次開發技術，研究Revit在地鐵項目中的應用，為BIM的全生命周期應用提供參考。

1 工程背景

西安地鐵八號線某標段共包含兩站兩區間，其中芙蓉東路站、芙雁區間及雁新區間由二分部負責施工。芙蓉東路站車站長度為192.28 m，主體結構形式為三層雙柱三跨、局部三柱四跨的現澆鋼筋混凝土箱型框架結構，共設兩組風亭和三個出入口。芙雁盾構區間長1.5 km，線路縱坡形式為單邊坡，最大縱坡28%，設兩處聯絡通道。雁新暗挖隧道長0.8 km，線路縱坡形式為單面坡，最大縱坡為26%。

1.1 周邊環境復雜

隧道沿寒窯路地下敷設，側穿萬科金域曲江，以小半徑下穿南三環及繞城高速并與植物園西路斜交，之后側穿西安市民政曲江小區，以小半徑側穿減災救災教育館，下穿規劃法院進入南三環并沿南三環地下敷設，側穿雁翔橋、上穿DN1200熱力管線后到達雁翔路站。其中涉及熱力管道的遷改和交通導改。施工需要協調的管理單位眾多，協調困難。

1.2 施工作業面有限

暗挖區間豎井（41.424 m）埋置深度大，采用倒掛井壁工法施工，施工空間狹窄（4.6 m×6.9 m），聯絡通道馬頭門施工難度大。車站施工圍擋區域狹小且基坑開挖深度大，便道最寬為3 m，材料轉運只能采用龍門吊。

1.3 施工風險高

該項目的隧道施工方式有暗挖、盾構兩種，專業施工隊伍多，工期緊，任務重。盾構接收的暗挖段長達26 m，需要空推出洞，且區間和主體在水位線以下，易出現滲漏水、涌水等問題。區間隧道下穿南三環U型擋墻，需細化施工措施，加強施工過程中的施工量測及監控量測。區間隧道距離預應力樁基礎水平凈距約為2.65 m，交叉作業面多，暗挖區間施工土方外運、工作面施工材料吊裝運輸均由洞口豎井桁吊完成，且暗挖區間正洞四個掌子面同時施工，交叉作業較多，豎井桁吊功效嚴重制約暗挖正線進尺效率，施工難度大，風險高。

為解決地鐵施工難題，采用BIM技術對項目進行數字化管理。利用Revit二次開發技術進行地鐵模型的建立，提高了建模效率。利用BIM技術進行施工安裝模擬，方便施工人員理解相關工藝流程。同時還利用BIM技術進行了數字化管控、場地管理及管線遷改優化，實現了BIM的多方位運用。

2 BIM模型的建立

2.1 采用Revit建模的優點

Revit作為我國房建領域使用最廣的建筑信息模型軟件，也可用于城鎮軌道交通領域，采用Revit構建地鐵模型主要有以下優勢。

2.1.1 易于算量。Revit自帶明細表功能，可以讀取建筑信息模型的相關工程信息，方便導出項目的工程量清單，造價人員可以根據此清單進行計算，也可以將信息導入第三方算量軟件進行工程量的計算。

2.1.2 參數化設計方便模型的構建。參數化建模是Revit的一大特點，在Revit中可以針對模型進行參數化設計。將可變的參數賦予模型，同類型的模型都可以通過更改參數來生成，從而方便模型的構建。在BIM項目中引入參數化設計可以提高模型的設計效率。

2.1.3 方便上手。Revit與CAD同屬于歐特克公司的軟件。CAD主要應用于二維、三維圖形設計，而Revit則應用于三維建筑模型設計。兩款軟件的操作界面及操作邏輯都是相通的。熟悉CAD的設計人員也很容易上手操作Revit，實現從二維設計到三維設計的轉換［2］。

2.2 基于Revit二次開發的地鐵建模

在以往的BIM應用經驗中，Revit多被運用在房建領域中。這是由于Revit包含了許多成熟的關于房建的系統族，用戶可以十分方便地調用，從而提高建模效率。而類似地鐵這種線性工程則缺乏相應的系統族，這就造成了用戶在Revit中構建地鐵模型效率低，成本高的問題。陳燁等［3］通過對模型特點的研究，制定新型建模方法，添加構件參數信息，建立參數化族庫。對Revit軟件進行二次開發，將原有的建模方法系統化，形成一套連續的建模流程。因此針對地鐵工程模型在Revit中實現的難點，需要研究地鐵模型在Revit中的Ribbon拓展界面，從而提高地鐵模型在Revit中的構建效率。

Revit允許用戶通過API定制自己的Ribbon界面［4］。Revit API也提供了相關面板控件的創建。Revit API目前支持的控件有：RibbonTab、PushButton、SplitButton、TextBox、RibbonPanel、PulldownButton、Combobox等。本研究利用IExternalApplication外部應用接口實現了地鐵Ribbon界面的拓展，同時利用IExternalCommand外部命令接口實現了相應按鈕功能。將常用參數化族集成在Ribbon上方便調用，從而提高地鐵工程建筑信息模型的構建效率。常用的地鐵參數化族在Revit Ribbon上的集成如圖1所示。建成的地鐵車站模型效果如圖2所示。

3 BIM信息化平臺及應用

依托西安地鐵八號線項目，結合地鐵施工特點，開展地鐵項目BIM應用研究，結合建筑信息模型進行施工安裝模擬、地鐵施工的數字化管控、BIM場地管理，實現全方位BIM應用。

3.1 施工安裝模擬

車站主體基坑圍護結構采用圍護樁+內支撐的支護方式，圍護樁采用直徑1.2 m、間距1.5 m的鉆孔灌注樁，嵌固深度為基坑底以下8.5～10 m，樁長為31.8～36.1 m，共計304根。

在傳統的施工過程中容易交底不充分，從而在施工中造成許多問題，采用BIM技術進行交底，可以提前發現施工過程中存在的不合理現象，避免其影響正常施工。BIM技術將傳統的交底文件轉換為形象生動的三維交底文件和施工動畫，將施工工藝形象生動地展示在被交底人面前，提高交底效率。由格構柱交底動畫可知，格構柱與鋼筋籠之間應焊接牢固，其加工除滿足設計要求外，還應符合下列規定：格構柱采用分節制作，由角鋼和鋼綴板焊接而成。為了吊裝安全，每節格構柱長度不超過10 m。最后格構柱焊接完成之后對格構柱整體下放，下放過程中應定位準確，格構柱方向平行于基坑，不得傾斜、偏移，地鐵格構安裝模擬如圖3所示。

3.2 地鐵施工的“數字化管控”

西安地鐵八號線是中國關中平原城市群大都市圈軌道交通線網中最為重要的骨干線路和換乘線路，也是目前西安在建的唯一一條環線。施工環境復雜，施工方式多樣，施工風險高。通過智慧工地決策系統來及時獲取施工狀態，對設備進出場情況異常進行預警，保證地鐵施工安全、規范。對地鐵施工數據進行可視化整理，合理安排大型設備，勞務進出場時間，避免出現窩工現象以及因窩工現象造成的利潤損失。采用BIM快速建模、BIM施工技術交底、大型設備進出場管控、三維場地規劃等數字化工地技術，提高了西安地鐵施工的信息化水平，實現了智慧工地的信息化、智能化。

基于BIM的地鐵智慧工地可視化系統平臺是一款集成了現場施工數據收集、分析、輔助決策等功能的智能系統。該系統提供了現場數據收集、分析、應用的標準模式。基于BIM平臺的質量檢查將傳統的施工質量檢查信息化，用戶將質量檢查資料上傳至平臺并關聯模型，系統將工程質量問題按不同部位進行統計，以使工程的問題部位充分暴露，并推送至負責人處進行處理。

由于地鐵車站位于居民區附近，工地施工環境也會影響周邊居民居住的舒適度。為了實現綠色文明施工，平臺實現了環境監測功能的集成。將工地周邊的揚塵傳感器、噪聲傳感器數據接入地鐵智慧工地可視化系統平臺，實現噪聲動態監測，揚塵智能治理。揚塵噪聲監測系統與噴淋系統共同鏈接到BIM模型上，可在線實時查看監測數據，當現場環境監測值達到預警值后，噴淋自動開啟。

本項目施工現場布控30余個視頻監控，并將所有視頻監控歸集到指揮平臺，通過網頁或手機查看現場情況，同時通過AI圖像識別程序進行實時分析和預警，通過安全帽識別、周界入侵識別、車輛識別、火焰識別、反光衣識別、夜間施工識別、煙霧識別等，讓工地更安全、高效、規范、智慧，施工信息可視化如圖4所示。

3.3 基于BIM的場地管理

建立不同施工階段的場地布置建筑信息模型，區別于利用CAD來進行二維場地規劃，BIM技術將場地規劃變得更加立體直觀，更方便對各個施工階段進行場地規劃，避免因發生作業面重合而造成沖突、窩工［5］。

車站總體施工劃分為三個階段：圍護結構施工階段、基坑土方開挖與主體結構施工階段和盾構施工階段。目前地鐵車站主體已完成施工，施工場地布置已完成布設轉換，場地布設主要集中于圍擋內東西兩端頭及南北側施工便道上，場地布置根據現場施工動態布置，臨時設施合理布設滿足安全、經濟、合理、適用要求，臨水、臨電、排污滿足生產需要，并充分考慮文明施工和環境保護要求，滿足標準化施工，地鐵施工場地布置如圖5所示。

利用BIM技術可視化的特點，進行三維立體施工規劃，包括辦公區、生活區、材料堆放區、材料加工區、倉庫、現場道路等。可以直觀地反映施工現場狀況，合理優化材料堆放，有效避免施工過程中多個工種在有限場地內相互干擾，減少施工現場材料的二次搬運，有效控制現場成本支出。通過確定最優路徑的方法，保證道路暢通，整齊有序。利用BIM模型來驗證施工方案是否合理，對材料的堆放，設備的進退場路線，各個工序的穿插銜接進行分析，提前發現施工方案中的不合理因素［6］。

3.4 基于BIM的管線遷改優化

利用BIM技術對地下管線、地下構筑物和車站結構創建BIM模型，整合模型并做碰撞檢測，精確定位對車站結構施工有影響的管線，優化管線遷改設計方案，并通過模型提取管線位置、標高、工程量等信息。基于BIM可視化特點，可以提高施工單位與各管線產權單位的溝通效率，進而合理優化遷改方案、減少返工、加快進度、降低項目成本［7］。在管線回遷時應同步跟進模型，為項目提供相關運維資料［8］。

4 結語

該項目將BIM技術與地鐵工程相結合，利用Revit二次開發優化地鐵模型，拓展了Revit的Ribbon區。利用BIM技術進行三維可視化建模，直觀展示設計內容，提高溝通協調效率。實現基于BIM的場地管理，更加直觀地展現各階段場地布置方案，更有利于提前發現問題。通過拓寬BIM的應用范疇，解決了地鐵施工因場地管理不當而造成的工期延誤。利用BIM技術進行施工工藝模擬，直觀地演示現場的現有條件、施工順序及解決重難點問題的施工方案，從而達到降低安全風險、節約成本、保證安全施工的目的。實現了BIM技術全方位、多角度應用，為同類型工程提供參考。

參考文獻：

［1］白婧. 建筑工程項目BIM應用效益評價的研究［D］.大連：東北財經大學，2019.

［2］陳文寶，魏志松，張航，等.BIM技術在裝配式橋梁工程中的應用［J］.北京交通大學學報，2019，43（4）：65-70.

［3］陳燁，周佶，徐秀麗.現澆箱梁在REVIT中的新型建模方法［J］.江蘇建筑，2016（6）：86-87.

［4］沙名欽. 基于BIM技術的橋梁工程參數化建模及二次開發應用研究［D］.南昌：華東交通大學，2019.

［5］張濤，李鴻杰，陳超環.BIM在施工場地管理中的應用研究［J］.建筑技術開發，2021，48（4）：98-100.

［6］段波，甘林，熊滿勛.BIM技術在施工各階段場地布置中的應用分析［J］.智能建筑與智慧城市，2021（9）：68-69.

［7］李芳芳.機電工程管線安裝管理存在的問題及BIM技術的應用［J］.中國高新科技，2022（12）：58-59.

［8］饒艦，韓佳，王亞旭.BIM技術在市政工程管線遷改中的應用［J］.施工技術（中英文），2022，51（11）：45-48.