基于BIM技術的交通樞紐基坑群施工進度管理方法*

摘要：隨著城市交通樞紐建設規模不斷擴大，工期緊、任務重的基坑開挖項目逐漸增多，控制基坑群同步施工進度成為一項重要的挑戰。以松江南站項目為例，利用Navisworks進行4D施工模擬，建立精細化模型，提出一種基于BIM技術的交通樞紐基坑群施工進度管理方法。該方法提供基坑群施工進度計劃調整方案，以實現施工進度的精確控制和優化管理。研究結果表明，BIM技術能夠有效提高交通樞紐基坑工程施工進度管理的效率和準確性，為項目相關方提供實時的進度信息和決策支持，保證施工項目的安全性和可靠性。

關鍵詞：

BIM技術；交通樞紐；施工進度管理；基坑群；同步施工

0引言

隨著城市化進程的加速，交通樞紐已成為城市交通的重要節點及城市交通系統的重要組成部分。然而，傳統的施工進度管理方法在面對基坑群施工的復雜性時存在著諸多挑戰，如施工進度難以控制、信息不準確、溝通不暢、決策滯后等，BIM技術的應用為解決這些問題提供了新的途徑[1]。

BIM技術是建筑工程中所有幾何和非幾何特征的數字化表達，貫穿于項目的規劃、設計、施工及運營維護等各個階段，促進項目利益相關方、設計院、施工單位、監理單位之間的協同。BIM技術具有可視化、協調性、仿真性、優化性和可成像性五大優勢[2]。隨著經濟的提高，我國的交通基礎設施建設發展迅速，鐵路、公路、橋梁[3]、水利[4]和城市地下空間開發[5]等領域涌現出許多相關研究。同時，在交通樞紐建設[1，67]、施工[8]及運維管理[9]中，BIM技術可以提供更加全面、準確的信息，為決策者提供更好的支持，從而提高交通樞紐的建設質量和管理效率。

根據一些文獻[1012]的研究，BIM技術已經在地鐵基坑工程、大型水質凈化廠超大超深基坑工程及超高層建筑深基坑工程中應用，但針對交通樞紐基坑群的研究較少。本文將BIM技術應用于交通樞紐基坑群工程，模擬施工方案，并對施工進度進行調整，以提高交通樞紐基坑群的施工效率。

1工程概況及重難點分析

11工程概況

本項目基坑開挖總面積約39 992m2，其中北廣場及周邊配套工程基坑開挖面積約34 450m2，挖深200m～1330m，站房及相關工程基坑開挖面積約2520m2，挖深775m～880m。承軌層及相關工程基坑開挖面積約3022m2，挖深約320m。N1區為北廣場地下二層，N2區為坡道一，N3區為坡道二；W1、W2和W3區為南北聯通道。基坑平面布置圖，如圖1所示。

12工程重難點

本工程有“一線二基坑”三項工程重點，分別為管線改遷、南北聯通道、北廣場地下空間工程。

北廣場基坑與南北聯通道基坑、進站及換乘廳與服務中心基坑屬基坑群，相鄰基坑支撐布置形式需結合基坑施工順序綜合考慮，由于工期需要，需同步施工。基坑支撐布置形式需與設計溝通對接，確保基坑同步施工。

北廣場地下空間基坑工程，地質條件較差，基坑超長超寬，面積大、支撐密集，基坑各層結構需全部施工完成換撐并達到強度后，方能拆除對應支撐，施工下層結構，工期緊，任務重。傳統的基坑施工支撐布置形式及結構分段施工方式嚴重制約工期推進。施工總體計劃如下：

（1）先開挖施工W1區。

（2）待W1區（鄰N1區20m范圍內）施工完成后，開挖N1區。

（3）待W1區完成后，開挖W3區。

（4）待N1區地下室結構施工完成后，開挖W2區、N3區。

（5）待W2區地下結構施工完成后，開挖N2區。

2建立BIM施工模型

本工程項目應用Revit核心建模軟件的Structure模塊對基坑的圍護結構及支撐建模，如圖2所示。在應用軟件預載的梁、柱、板、樁及墻等族進行建模的基礎上，為了更好地反映真實的工程實體并滿足工程特點，建立了一些參數化族，如格構柱和混凝土支撐，格構柱組建模如圖3所示。

為依照施工圖樣模擬土方開挖的過程，從基坑群開挖施工數據中獲取開挖順序和開挖深度數據，根據不同土方開挖數據，構建與每個基坑對應的開挖模型。依據圖樣中的分塊開挖方法，并按照字母數字順序，依次開挖土塊及施工支撐。Revit中土方建模如圖4所示。

3BIM技術在基坑群同步施工進度的應用

交通樞紐施工進度管理是交通樞紐建設中的一個重要環節，關系到交通樞紐建設的質量和進度。傳統施工進度管理方法主要依據二維平面圖樣和表格，難以全面、準確地反映交通樞紐施工狀態，而BIM技術可以將建筑物各個方面的信息集成到一個模型中進行管理，從而得到更全面、準確的信息，為決策者提供更好的支持[13]。

BIM技術在基坑工程施工進度的應用如圖5所示，其分為施工進度的模擬、優化和管理。首先，BIM技術用于施工進度的模擬。通過BIM軟件進行施工過程的模擬。根據定義的施工邏輯和時間要求，模擬軟件自動生成施工進度，并將其在時間軸上進行可視化展示；其次，BIM技術用于施工進度的優化。通過BIM技術實時監控施工進度的執行情況，并對施工進度進行調整，從而保證工程順利執行，同時，基于模擬結果，對施工過程進行優化。通過調整活動順序、資源分配和時間安排等，可以最大限度地提高施工效率，減少工期和成本；最后，BIM技術用于施工進度的管理。通過BIM技術對施工進度進行預警和風險管理，及時發現并處理施工進度中的問題，減少施工風險。最終生成可視化的模擬結果，包括進度圖表、時間軸動畫等，用于與項目團隊和相關方的溝通和共享，以支持決策制定和進度管理。

31應用Project編制工程進度計劃

交通樞紐基坑施工工序復雜，工程量大，需要編制三級進度計劃：總工期計劃、年度工期計劃、月度工期計劃[8，14]。首先，利用項目計劃工具Project進行計劃編制，如圖6所示。然后，直接將進度計劃導入四維進度信息管理平臺，并在Navisworks中進行施工進度管理，如圖7所示。

32模擬優化

一般地，工程實際活動應嚴格按照計劃執行，以在預定期限內完成相應工作，但由于初始進度計劃是由工程管理人員依據以往工程經驗及對本工程具體情況進行預估的，而地鐵工程施工具有高度不確定性[13]，工程變更難以避免。參考無錫地鐵某號線項目，其現場管理人員將實際進度信息記錄在4D模型中[15]。

在本項目中，項目管理者通過審閱4D模型，發現進度計劃未能按照既定目標進行，決定對后期工作進行調整，即對原定計劃進行最優的動態調整，以保證工程順利開展和實現預期計劃目標，進度計劃變更如圖8所示。借助4D模型，項目管理者可以準確地了解當前施工進度，并與既定目標進行對比。基于這一信息，項目管理者可采取動態調整的措施，對原定計劃進行最優化調整，并根據實際施工進展和資源可用性，重新安排工作順序、調整工期和資源分配等，以確保進度計劃與項目實際情況相匹配。基于BIM，項目管理者詳細了解施工資源的分配和利用情況，并通過優化資源分配和管理，確保每個工序都能夠得到充分的支持和供應，有助于提高施工效率，減少資源瓶頸和浪費，從而推動工程按計劃順利進行。

33模型碰撞檢測

支撐結構的碰撞是一種常見的施工問題，會對施工安全和結構穩定性產生負面影響。因此，項目組與設計單位保持密切溝通，及時共享發現的碰撞問題，并討論解決方案。這種協作和溝通有助于確保問題得到及時解決，以減少潛在的安全隱患，并確保支撐結構的正確安裝和穩定性。

基于碰撞檢測和支撐結構優化的結果，項目組對施工方案進行優化，以確保施工效率和質量。通過BIM模擬，項目組能夠評估施工方案的可行性和有效性，提前發現問題并采取相應措施，以確保設計的準確性和施工的順利進行。

在本項目中，項目組使用模型進行碰撞檢測（圖9），發現支撐結構發生碰撞。因此，項目組及時與設計單位進行溝通，確定碰撞是否會造成安全隱患，并及時進行調整，確保了施工的安全性和順利進行。

4施工進度計劃調整及管理建議

41施工進度計劃調整

在本項目中，基坑的施工進度不斷變化。基坑施工進度計劃調整如圖10所示，主要步驟如下：

（1）收集項目相關信息。收集項目的實際情況、目標和要求，以及任何可能影響進度的因素，如天氣、資源供應等。通過與項目相關方進行會議、檢查項目文檔和數據、實地考察等方式完成信息收集，以確保對項目的整體情況和現狀有清晰了解。

（2）評估當前進度計劃。仔細審查當前的進度計劃，包括工序、工期、資源分配等，確定是否需要進行調整。評估過程中使用進度管理工具和技術，如甘特圖、關鍵路徑法等，對進度計劃進行分析和優化。

（3）識別調整需求。根據項目情況和目標，確定需要進行調整的方面，包括延長或縮短工期、調整工序順序、增加或減少資源等。通過與項目團隊成員和相關方的討論和溝通，識別出調整的具體需求。

（4）分析影響和風險。評估調整可能帶來的影響和風險，包括對其他工序的影響、資源調配的變化等。通過綜合考慮各種因素，做出合理的決策，并制訂相應的調整方案。

（5）制訂調整方案。根據評估結果，制訂詳細的調整方案，包括具體的調整內容、時間安排及資源調配等。確保調整方案能夠實施，并與項目團隊成員和相關方進行充分的內外部協調和溝通。在方案制訂過程中，須考慮項目目標、資源可用性及風險管理等因素。

在評估當前進度計劃時，根據資源不變的假設，找到最短工期。目標函數和約束條件[16]公式如下

式中，Rd為最大供應量；Ri，d（t）為資源總量；i為工序編號；n為項目工序的數量；h為緊前工作中的工序編號；Dh為工序h的持續時間；Ti為工序i的實際開始時間。

基于BIM技術的進度計劃動態調整可納入進度計劃平臺，BIM技術的信息化和可視化優勢可用于快速審查最初的項目進度信息。在本項目中，N1基坑開挖原本計劃102d，在根據上述步驟調整后，預計80d完成。

42施工進度管理建議

面對大型基坑群項目時，考慮到施工工期緊、任務重等特點，合理的施工進度管理尤為重要。施工進度管理建議如下：

（1）全面收集項目的相關信息并分析項目的重難點，制訂初步施工進度安排表。

（2）動態調整是關鍵，進行同步施工模擬時，合理利用BIM技術對計劃的更迭進行記錄，利用BIM可視化的特點進行預判并調整施工進度。

（3）在評估當前進度計劃時，可選擇合理的數學模型，并將結果納入BIM進度計劃動態調整平臺。

5結語

本文以交通樞紐基坑施工為背景，成功地將BIM技術應用于該領域，并以松江南站項目為例進行研究。通過對BIM可視化特點的探討，闡述了參數化建模和施工進度模擬的過程，針對基坑開挖方案和施工進度調整等關鍵技術進行了全面分析，并提出相應的解決方案，具體如下：

（1）在建模方面，以格構柱為例，將其建模歸納為一組格構柱族，從而提高了建模效率，并減少了后續建模工作量。

（2）通過創建4D模型，實現了基坑土方開挖和支護階段施工進度的可視化。4D模型的靈活性使得項目組能夠根據現場變化隨時對計劃進行調整，從而更好地滿足實際施工需求。

（3）對涉及基坑施工進度調整的BIM技術進行歸納和總結，并提供一套可供參考的解決方案。

參考文獻

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收稿日期：20240506

作者簡介：

王強（通信作者）（1980—），男，高級工程師，研究方向：BIM施工管理。

段羅（1987—），男，高級工程師，研究方向：地下工程施工。

孫懷杰（1989—），男，工程師，研究方向：市政工程施工。

劉于暉（1990—），男，工程師，研究方向：市政工程施工。

盧河錫（1988—）男，工程師，研究方向：市政、民建施工。

張偉（1993—），男，助理工程師，研究方向：市政施工。

*基金項目：中鐵二局集團有限公司科技研發項目“松江南站樞紐工程施工關鍵技術研究”（（23）GP026）。