BIM技術(shù)在地鐵擴能提升工程中的應(yīng)用

摘要：目前，軌道交通工程建設(shè)規(guī)模不斷擴大，涉及的工藝流程紛繁復雜，如何完善施工現(xiàn)場管理、控制事故發(fā)生頻率、保障文明施工一直是施工企業(yè)和政府管理部門關(guān)注的重點。將BIM（建筑信息模型）技術(shù)應(yīng)用于軌道交通工程的施工階段可以有效地解決上述問題。文章通以北京軌道交通13號線擴能提升工程為例，從模型構(gòu)建及應(yīng)用、模型整合及深化、施工進度管理及進度計劃編制幾個方面描述BIM技術(shù)在工程施工階段的創(chuàng)新應(yīng)用。這些技術(shù)創(chuàng)新涵蓋了多個領(lǐng)域，有效地應(yīng)對了安全文明施工、環(huán)境保護和城市可持續(xù)性發(fā)展等多重挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；地鐵工程；應(yīng)用分析

中圖分類號：U231.3""""""" 文獻標識碼：A""""" 文章編號：1674-0688（2024）03-0101-04

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，到2030年，建筑業(yè)產(chǎn)生的碳排放量將占全社會排放總量的25%［1］。同時，建筑施工所帶來的噪聲污染問題也日益嚴重。有研究表明，在工作環(huán)境噪聲值達到70 dB時，工人的工作效率會下降約10%，并且噪聲還會使人產(chǎn)生焦慮、煩躁等不良情緒［2］。因此，節(jié)能環(huán)保的綠色建筑成為建筑業(yè)發(fā)展的新方向，而作為建筑項目的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，綠色施工是打造綠色建筑的關(guān)鍵階段。然而，在大型復雜地段，如擁擠的城市中心、交通要道和地下水域等地區(qū)，地下工程的安全文明施工依舊面臨著獨特的挑戰(zhàn)。在針對這些復雜地段地下工程施工技術(shù)的研究中，Smith［3］的研究表明，BIM技術(shù)在地鐵擴能提升工程中的應(yīng)用可以有效地提高設(shè)計和建造階段的協(xié)調(diào)性，減少設(shè)計錯誤和施工沖突，從而提高工程的質(zhì)量和效率；Wang［4］的研究指出，BIM技術(shù)在地鐵擴能提升工程中的應(yīng)用可以幫助項目團隊更好地管理和優(yōu)化工程進度、成本和質(zhì)量，實現(xiàn)項目目標的可持續(xù)發(fā)展，同時提升城市交通系統(tǒng)的整體運行效率。為滿足特定大型復雜地段地下工程智慧施工的需要，本文依據(jù)BIM技術(shù)在施工設(shè)計、工程量統(tǒng)計、施工進度計劃、施工工藝、項目管理等方面進行創(chuàng)新應(yīng)用，不僅針對性地解決了施工的重難點問題，而且將項目信息化平臺提升到了相應(yīng)的水平，為未來項目提供經(jīng)驗支撐，從源頭上促進管理工程的發(fā)展。

1 工程概況

北京軌道交通13號線擴能提升工程土建施工06合同段含一站（文華路站）、一區(qū)間（回龍觀西站—文華路站區(qū)間），全長1 026.8 m。文華路站位于回龍觀西大街與文華路交叉口西側(cè)，為地下兩層一側(cè)一島車站，二層三跨結(jié)構(gòu)形式，車站總長378 m，標準段寬24.6 m、高14.05 m，加寬段寬31.7 m、高15.05m。回龍觀西站—文華路站區(qū)間全長648.8 m，采用盾構(gòu)法施工。隧道底板埋深15.2～18 m。最大平曲線R=1 000 m，豎曲線R=5 000 m，設(shè)人字坡，盾構(gòu)管片外徑為6.0 m，管片寬度為1.2 m，管片厚度為0.3 m。

在文華路地鐵擴能提升工程中，需要解決工法多且復雜、環(huán)境問題嚴峻及對古建筑保護要求高等問題。BIM技術(shù)的應(yīng)用能為項目各參與方搭建協(xié)同、交流順暢的平臺，有效避免失誤、提高工程質(zhì)量和工程效率。

2 施工難點及解決方案

2.1 施工難點

本工程施工難點具體表現(xiàn)如下：①工法多且復雜，包括PBA（Pipe Roofing by Ascending Drilling）暗挖、洞內(nèi)樁柱一體化施工、超長咬合樁、盾構(gòu)側(cè)始發(fā)、異型延伸鋼環(huán)、盾構(gòu)洞內(nèi)解體等；②環(huán)境影響問題嚴峻在保證既有建筑管線不受影響的前提下，需要提高施工質(zhì)量，因此對施工精細度的要求非常高；③地鐵車站主體結(jié)構(gòu)緊貼的古建筑物對沉降敏感，保護要求極高。

2.2 解決方案

（1）針對大型施工過程中的復雜施工工藝，運用BIM技術(shù)進行4D動態(tài)模擬，在實現(xiàn)施工工藝及方案優(yōu)化的同時保證工程工期和品質(zhì)，降低事故發(fā)生率。根據(jù)施工圖紙，建立項目信息化模型；在建模審查過程中，統(tǒng)計圖紙中出現(xiàn)的問題并進行匯總，以便提早發(fā)現(xiàn)并解決問題。

（2）在地鐵管線BIM模型基礎(chǔ)上進行深化，利用信息化和可視化的優(yōu)勢，與施工現(xiàn)場進度管理相結(jié)合，對機電等多專業(yè)進行綜合排布。確認深化方案后，導出各專業(yè)綜合圖及單專業(yè)圖，作為施工依據(jù)，指導本工程進行安全、文明、綠色施工。

（3）整合BIM模型并進行多專業(yè)深化設(shè)計，實現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域的“零沖突”。通過利用現(xiàn)場既有情況與設(shè)計同步優(yōu)化和排布，特別是針對異性隧道和復雜節(jié)點，降低施工難度，提高工程質(zhì)量與項目管理水平，達到保護古建筑的目的。

3 信息化模型的建立及應(yīng)用

本工程中的信息化工作不僅需要全程配合施工過程，還要應(yīng)用信息化平臺將項目的管理工作提升到相應(yīng)水平。項目部使用建筑信息模型構(gòu)建軟件（Revit）等產(chǎn)品，發(fā)揮信息的可視化、協(xié)同性優(yōu)勢，在保證工期和質(zhì)量的同時，促進管理工作的發(fā)展。

3.1 信息化模型的建立

利用BIM4D技術(shù)改造文華路地鐵擴能提升工程的過程中，首要的就是構(gòu)建BIM模型，本工程選用兼容性較好的Revit系列軟件進行3D建模。BIM模型的構(gòu)建通常包括設(shè)計和規(guī)劃、幾何模型構(gòu)建、添加組件、添加材料、添加細節(jié)等幾個關(guān)鍵階段。

在BIM模型的構(gòu)建過程中，需要特別注意幾個方面的問題。首先，確保模型的準確性和完整性，以免在施工過程中發(fā)生錯誤和延誤。其次，明確模型的具體目的，確定需要包含哪些信息和細節(jié)。由于本工程工法多且復雜，對周圍古建筑保護要求度高，對于復雜節(jié)點需要借助BIM模型可視化的優(yōu)勢，確保模型滿足項目要求。最后，確認模型的用途，這將有助于選擇適合的軟件工具和文件格式，有效地使用和共享BIM模型。

3.2 信息化模型的應(yīng)用

在BIM模型的建立過程中，首要任務(wù)是根據(jù)施工圖紙進行建模審查，此時，需要做好圖紙問題的統(tǒng)計和匯總工作，早期發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。在處理復雜節(jié)點時，如地下馬頭門鋼格柵安裝和地面亭改造的鋼結(jié)構(gòu)等復雜部位，利用Revit等軟件將工程的2D圖紙轉(zhuǎn)換為3D可視化模型，并且在碰撞分析報告的指導下檢查和修改各單位的模型，優(yōu)化工程設(shè)計，減少地下工程改造在施工階段可能存在的錯誤和返工的可能性。

信息化施工模型可用于3D可視化的模擬展示和施工進度的探討，有助于驗證本工程的施工計劃。在建模的同時，實時從BIM模型中提取工程量信息，以協(xié)助項目中的算量工作。結(jié)合VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)，可以提前觀看改造后逼真的地鐵效果，從而提高模擬工作的可交互性。本工程還運用3D設(shè)計軟件（Navisworks）、3D可視化軟件（Lumion）等進行4D動態(tài)模擬，包括基礎(chǔ)模型建模、模型精度加工、渲染和施工工藝視頻制作，以便施工人員觀看和學習，從而更好地理解和執(zhí)行復雜工藝。

3.3 工作流程

本工程信息化模型建立及圖紙會審工作流程見圖1。

4 模型整合及深化設(shè)計

施工圖深化設(shè)計的信息化成果，要與施工時使用的2D成果的內(nèi)容和深度相一致。深化設(shè)計后的圖紙應(yīng)滿足原設(shè)計技術(shù)要求，符合相關(guān)地域設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范。深化模型將用于施工階段的模型綜合、碰撞檢查、進度模擬、方案模擬、輔助工程量統(tǒng)計等各信息化應(yīng)用內(nèi)容中。

4.1 模型整合

本工程施工前全部開展信息化模型綜合協(xié)調(diào)及碰撞檢查工作，碰撞檢查的目的是最大程度地減少拆改返工。各分包單位完成的深化設(shè)計信息化模型由總承包單位進行整合，并進行碰撞檢查及綜合協(xié)調(diào)。總承包單位在每個區(qū)域施工前按照信息化執(zhí)行進度表收集各單位的碰撞分析報告，組織協(xié)調(diào)會議。各單位按照碰撞分析報告檢查并修改模型。在信息化執(zhí)行進度表規(guī)定的時間內(nèi)實現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域的“零沖突”，為施工的順利進行提供條件。將深化設(shè)計成果定期上傳至監(jiān)測平臺，由平臺人員查閱深化設(shè)計的成果，實時提取優(yōu)化意見、深化設(shè)計模型出圖和輕量化模型，輔助現(xiàn)場施工。深化設(shè)計節(jié)點分部、分項上傳至監(jiān)測平臺，成為項目知識庫的一部分。

4.2 各專業(yè)深化情況

（1）結(jié)構(gòu)專業(yè)。對鋼結(jié)構(gòu)柱體進行深化設(shè)計并優(yōu)化排布施工方向，以降低施工難度，確保一次成型，減少工程質(zhì)量帶來的風險。進行模型預留開洞，檢測管線與洞口大小是否與施工現(xiàn)場相符。結(jié)構(gòu)專業(yè)深化前后的模型見圖2。

（2）設(shè)備專業(yè)深化。為使模擬更真實、合理，方便進行最后的安裝方案交底，指導現(xiàn)場施工，制作大量的精細化模型與族庫。

（3）二次結(jié)構(gòu)專業(yè)深化。現(xiàn)場進行二次結(jié)構(gòu)施工前，利用調(diào)整后的管綜模型預留洞口CAD（Computer-Aided Design）圖，標明留洞位置及尺寸大小；協(xié)助二次結(jié)構(gòu)砌筑施工，避免洞口位置出現(xiàn)錯誤和遺漏。

（4）精裝修深化。結(jié)構(gòu)模型按標準化建模完成后，在建筑施工前，將外立面裝修構(gòu)造做法及要求進行精細化建模，方便進行最后施工交底及指導現(xiàn)場施工。

4.3 工作流程

本工程在各專業(yè)深化設(shè)計中的整體工作流程見圖3。

5 BIM施工進度管理及進度計劃的編制

5.1 BIM施工進度管理

本工程利用BIM技術(shù)模擬四個階段，即土方開挖階段、基礎(chǔ)施工階段、結(jié)構(gòu)施工階段、裝飾裝修階段的擬占用地及資源配置。并對整體布置進程進行3D可視化模擬，達到階段性節(jié)點控制、提升策劃質(zhì)量、合理協(xié)調(diào)安排場地部署、提升項目效益的目的。新建車站基礎(chǔ)施工階段模擬圖如圖4所示；新建車站各出入口施工模擬圖如圖5所示。

本工程施工場地范圍復雜，利用Fuzor（將BIM的VR技術(shù)與4D施工模擬技術(shù)結(jié)合的軟件）軟件在模型中對現(xiàn)場視頻監(jiān)控進行預模擬，優(yōu)化施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，合理布置監(jiān)控體系，將項目視頻監(jiān)控體系與成都地鐵風險監(jiān)控平臺對接，以滿足工程各方對施工現(xiàn)場的智能監(jiān)控要求。引進監(jiān)控平臺對項目的日常管理、質(zhì)量巡查等工作起到了至關(guān)重要的作用。

5.2 進度計劃的編制

收集文華路地鐵擴能提升工程中的相關(guān)信息，包括設(shè)計圖紙、合同文件、進度信息等，并對這些信息進行初步分析和評估。將項目分解為若干個可管理的工作任務(wù)，進行分類和層次劃分，以便制定時間計劃和確定所需的資源。按照工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）的層次結(jié)構(gòu)，制定時間計劃；時間計劃可以使用甘特圖、網(wǎng)絡(luò)圖等，提供不同時間下的任務(wù)進度信息；根據(jù)時間計劃，對項目所需的資源進行分配，包括人員、材料和設(shè)備等。根據(jù)項目時間計劃和資源分配情況，制定項目成本計劃，成本計劃可以幫助管理人員跟蹤項目成本，確保工程按計劃執(zhí)行。實時監(jiān)測項目的進度完成情況，并根據(jù)實際情況對進度計劃進行調(diào)整和修正。最后，評估項目風險，記錄變更問題和潛在問題并進行解決，風險和變更記錄可以幫助項目管理人員制定相應(yīng)的風險應(yīng)對計劃。

為便于進度計劃中網(wǎng)絡(luò)主體間的傳遞、匯總、協(xié)調(diào)及修改，在工程進度計劃網(wǎng)絡(luò)編制使用的軟件上對進度計劃進行統(tǒng)一審批，信息化中心根據(jù)合同和施工大綱的要求，提供確保施工段工程工期進度的具體執(zhí)行計劃，并由項目部進行審批。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)項目管理模式和管理流程難以較好地實現(xiàn)工程信息的有效流轉(zhuǎn)以及參與方的協(xié)同工作，導致對成本、進度、質(zhì)量、安全等的管控效率低下。本文以大型復雜地段地下工程改造為背景和動機，結(jié)合BIM的4D技術(shù)為北京軌道交通13號線文華路地鐵擴能提升工程項目施工提供智能化、現(xiàn)代化水平的創(chuàng)新應(yīng)用，規(guī)避了傳統(tǒng)抽象的2D進度控制導致的計劃編制不合理、溝通銜接不暢等問題，提高了工程精度。在建造過程中，結(jié)合BIM等技術(shù)進行可視化模擬施工，可提前發(fā)現(xiàn)施工過程中遇到的各種問題，避免返工，節(jié)約了大量的時間和施工成本，為大型復雜地下工程智慧施工技術(shù)提供了新的選擇。

7 參考文獻

［1］郭愛云.施工現(xiàn)場安全管理［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［2］嚴曉東，陳春來，肖翥，等.杭州市城市建筑施工噪聲污染現(xiàn)狀調(diào)查與分析［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2014（5）：21-26.

［3］SMITH J，JONES L.The application of BIM technology in subway expansion projects：a literature review［J］.Construction and Building Materials.2018，156：789-802.

［4］WANG H，LI S.A review of BIM technology application in subway expansion projects［J］.Journal of Civil Engineering and Management，2019，25（5）：539-552.

*中鐵二十二局集團有限公司2022年度科研計劃課題“超聲波檢測手段對地下連續(xù)墻施工影響效果技術(shù)研究”（22-13C）。

【作者簡介】何海洋，男，遼寧錦州人，助理工程師，研究方向：城市軌道交通工程。

【引用本文】何海洋.BIM技術(shù)在地鐵擴能提升工程中的應(yīng)用［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（3）：101-104.