基于BIM技術的盾構算量技術路徑研究

摘 要：該文著重探討城軌工程建設中盾構算量的問題及解決方案。通過研究基于BIM模型的算量系統，可以實現精準快速地導出工程量，減少人工干預和工程量偏差，確保工程量計算的準確合理。該文提出建立BIM算量建模規則、制定BIM算量編碼標準、規范工程量清單生成流程等解決方案。同時，加強全生命周期造價管理以及推動BIM模型包含算量功能的多場景應用也被認為是關鍵措施。這些舉措不僅可以提高工程量計算的準確性和合理性，還可以促進數據共享和工程質量管理的提升，為城軌工程的建設提供了可靠的技術支持和管理手段。

關鍵詞：BIM技術；算量系統；區間模型；盾構算量系統；技術路徑

中圖分類號：TU723.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）28-0174-05

Abstract： This report focuses on the issues and solutions of shield tunneling calculation in urban rail engineering construction. By researching a quantity calculation system based on BIM models， it is possible to accurately and quickly export engineering quantities， reduce manual intervention and engineering quantity deviations， and ensure accurate and reasonable calculation of engineering quantities. The article proposes solutions such as establishing BIM quantity modeling rules， developing BIM quantity coding standards， and standardizing the process of generating engineering quantity lists. Meanwhile， strengthening the quality management of cost engineering throughout the entire process and lifecycle， and promoting the integration of BIM models and quantity models are also considered key measures. These measures not only improve the accuracy and rationality of engineering quantity calculation， but also promote the improvement of data sharing and engineering quality management， providing reliable technical support and management methods for the construction of urban rail transit projects.

Keywords： BIM technology; quantity calculation system; interval modeling; shield calculation system; technical path

BIM（Building Information Modeling）算量技術在工程管理中具有重要性，其應用逐漸得到廣泛認可與采用。首先，BIM算量技術可以提供更為準確和可靠的工程量信息。傳統的工程量測算通常基于平面圖紙和手工計算，存在著信息不全、計算錯誤等問題，而BIM技術能夠通過數字化的建模方式將建筑、結構和設備等各個部分的信息集成在一起，實現對工程量的精確計算，避免了人為因素帶來的誤差。其次，BIM算量技術有助于提高傳統工程造價工作的效率。通過BIM軟件，工程師可以在建模過程中直觀地觀察到各個構件的空間關系和屬性信息，從而更加直觀地理解工程結構，減少了對設計意圖的誤解和溝通成本。同時，BIM技術還可以與項目管理軟件相結合，實現工程進度的動態跟蹤和資源的有效調配，提高了工程管理的響應速度和決策效率。最后，BIM算量技術有助于提升工程管理的質量和安全水平。通過BIM技術，工程師可以在設計階段就對工程施工過程進行模擬和優化，發現潛在的施工風險和沖突，并及時采取措施進行調整，從而減少了工程施工中的安全隱患和質量問題，保障了工程的順利實施和交付。綜上所述，BIM算量技術在工程管理中的重要性體現在提供準確的工程量信息、提高工程管理效率、提升工程管理質量和安全水平等方面，其應用也在不斷地得到完善和推廣。

1 BIM算量技術路徑研究

BIM算量技術通過對清單開項的梳理建立建模規則，通過對比分析，形成標準化文件，并通過軟件寫入數據庫，最后導出工程量清單。下文結合算量技術路徑的關鍵步驟進行闡述。技術路線如圖1所示。

1.1 清單開項及計算規則

首先，本研究需要從模型中提取幾何屬性，如管片的體積以及開挖的土石方的體積等。這些屬性可以直接通過模型的幾何信息進行提取，并作為清單的開項之一。

其次，基于模型構件的幾何信息，結合相應的計算規則進行導出。例如，對于防水材料的開項，可以通過讀取管片的幾何尺寸以及預先設定的公式進行計算生成，從而減少建模工程師的繁冗工作。

另外，對于模型中無法直接體現的信息，如盾構機的臺數或者吊裝的次數等我們通過在軟件界面進行人工錄入的方式，并且與模型中的其他信息進行關聯，確保清單的完整性和準確性。

綜上所述，清單開項及計算規則需要綜合考慮模型的幾何信息，屬性信息、計算規則以及其他相關信息，確保清單的全面性和準確性，為工程管理提供可靠的依據。

1.2 盾構及礦山法區間模型對應清單開項

盾構法區間模型（圖2）對應的清單開項包括多個方面。首先是管片，其中需要考慮到管片的防水情況、材料類型以及注漿等相關參數。其次，還需要考慮土石方的開挖情況，包括土、巖層以及復合地層等不同情況的開挖量。最后，清單中還需要包括跟蹤注漿及預注漿區域，特別是袖閥管的部分，這對于施工過程中的注漿工作至關重要。另外，還需考慮斷層破碎帶的情況，其中包括斷層處的注漿管等相關項目。綜上所述，盾構法區間模型對應的清單涵蓋了管片、土石方、跟蹤注漿、斷層破碎帶以及洞口環圈等開項，這些項目都是盾構施工過程中不可或缺的重要部分。

礦山法區間模型（圖3）對應的清單開項涵蓋了多個重要方面。首先是初期支護，包括初支鋼架、錨桿、鎖腳鉚管等項目，其中初支鋼架的砼等級、錨桿的規格等都是需要清單中明確的內容。其次是二次襯砌，這部分涉及到砼等級、拱墻、仰拱等項目，需要對這些構件的尺寸、材質、數量等進行清單開項，確保施工的準確性和可控性。最后是仰拱填充，其中包括踏步、測溝槽、蓋板等項目，這些都是礦山法區間施工中不可或缺的環節，需要在清單中進行明確。綜上所述，礦山法區間模型對應的清單開項涵蓋了初期支護、二次襯砌和仰拱填充等多個方面，每一項都對礦山工程的施工質量和進度起著至關重要的作用，因此需要按照相關的算量建模規則進行模型的創建。

1.3 導出工程量清單

這2種類型的工程量清單各自具有不同的用途和適用范圍。首先，第一種類型工程量清單最終表格（圖4）是直接交付給業主的，也用于清單招標和施工單位的計量結算。這個表格通常是按照項目的最終設計要求和施工實際情況編制的，包括所有施工項目的具體清單和數量，用于準確地核算工程成本和支付工程款項。其次，第二種類型（圖5）則是針對第一類表格每一項開項的子項展開，適用于概算和預算的編制。通過這種分項展開，可以更清晰地了解每個工程項目的成本組成，有助于提前發現潛在的成本風險和優化成本結構。綜合而言，這2種工程量清單的設計和編制相輔相成，一方面滿足了業主和施工單位的實際需求，另一方面為概算和預算的編制提供了更為詳盡的數據支持，共同促進了工程項目的順利進行和成本控制。

2 BIM算量技術在軌道交通五期27、29號線試點項目的應用

本研究選取27號線民康站—民寶站區間，29號線白石洲站—白石洲北站區間作為試算區間。

2.1 BIM算量技術在軌道交通五期27號線試點項目的實際應用

民康站—民寶站區間（圖6）線路出民康站沿龍華大道梅龍路向北敷設，側穿1棟15層房屋，側穿梅龍路橋樁，區間下穿5號線暗挖區間，下穿深惠城際明挖區間，下穿1棟6層房屋，側穿梅龍民旺天橋后接入民寶站。區間全長912 m。

本盾構區間覆土厚度約12.6～22.5 m。區間的最大縱坡為25‰。區間采用盾構法施工。民寶站始發，民康站接收。區間設一座聯絡通道兼泵房。民康站—民寶站區間試算清單如圖7所示。

本次試算除了計算規則不統一而導致的誤差外，其他開項無誤差，具體試算誤差分析如下。負環段（75%），計算規則不同，由于咨詢考慮負環段的四次攤銷，軟件未按此邏輯；管片鋼筋（14%），計算規則不同，設計模型與咨詢的含鋼量不統一，設計為170 kg/m3，咨詢為145.8 kg/m3。同步注漿及二次注漿（-12%；32%），計算規則不同，設計模型與咨詢的注漿系數不統一，設計按模板注漿系數未修改；遇水膨脹止水條及傳力墊：計算規則不同，設計模型與咨詢單位未統一單位，設計模型按長度導出，咨詢按隧道環數導出；隧道洞口環圈（-37%），設計模型與咨詢計算規則不同

2.2 BIM算量技術在軌道交通五期29號線試點項目的實際應用

白石洲站—白石洲北站區間（圖8）線路整體為南北走向，線路出白石洲站后沿沙河街道向北敷設，先后側穿深圳灣畔、金三角大廈、沙河街居委會、僑城豪苑和白石洲城市更新項目后到達白石洲北站。區間右線起訖里程為右CK2+185.878～右CK2+771.285，左線起訖里程為左CK2+185.845～左CK2+771.285，含短鏈3.599 m。區間右線全長585.407 m，左線全長581.841 m。本區間無聯絡通道及泵房。

區間隧道最大縱坡為7.451‰，豎曲線半徑最大為5 000 m。隧道洞身主要穿越全風化粗粒花崗巖、砂土狀強風化粗粒花崗巖。洞頂埋深16.7～20.0 m。圍巖等級為Ⅲ～Ⅴ級，區間采用盾構法施工，盾構選用復合土壓平衡盾構。白石洲站—白石洲北站區間試算清單如圖9所示。

區間模型其他開項誤差均在6‰以內。具體試算誤差分析如下。疏散平臺（4.32%）：模型問題，由于存在前后梯道，該梯道不計入疏散平臺長度，設計及咨詢計算為隧道通長×疏散平臺寬度，故模型導出量小于設計及咨詢算量。

2.3 BIM算量結果的可行性和效益評估

試算問題主要源于BIM三維模型計算與傳統二維算量的差異，導致模型導出量較傳統算量更大。這種差異性導致了試算的綜合誤差。為解決這一問題，項目組已經提出了一系列建議方案。首先，針對建模賦屬性操作繁瑣的問題，項目組正在開發通過中心里程線批量賦予管片模型注漿系數功能模塊。這樣的功能模塊將極大地簡化建模過程，提高工作效率。其次，針對洞口環圈涉及不同工況和設計人員理解差異的情況，項目組已在模板中給出參數化的洞口環圈模型，并建議設計人員根據實際情況進行模型的參數化調整。同時，建議統一計算規則，特別是對于柔性接縫環的計算規則，以確保設計人員在不同材料情況下的一致性。為此，項目組正在針對不同材料開項進行軟件更新，以提高建模的準確性和一致性。這些建議方案將有助于解決試算問題，并進一步優化建模過程，提升工作效率和成果質量。

本次試算主要針對29號線白石洲站—白石洲北站區間及27號線民康站—民寶站區間進行試算，試算結果見表1。

3 結論與展望

3.1 推廣算量技術路徑的必要性

推廣算量技術路徑的必要性在于其能夠提升工程管理的效率、準確性和可持續性。首先，算量技術路徑的推廣可以實現工程量的自動化計算和清單的快速生成，大大減少了人工計算的時間和錯誤率，提高了工程管理的效率。其次，通過算量技術路徑，可以實現對工程量數據的精細化管理和實時監控，有利于及時發現和解決工程施工過程中的問題，降低了工程管理的風險，提高了工程的質量和安全性。此外，算量技術路徑的推廣還能夠促進信息共享和協同工作，實現設計、施工、監理等各個環節之間的無縫連接，加強了團隊間的溝通和協作，提高了工程管理的整體效能。最重要的是，算量技術路徑的推廣有助于推動工程管理向數字化、智能化方向發展，適應了工程管理的現代化需求，為建設更加智慧、高效的工程項目打下了堅實基礎。因此，推廣算量技術路徑是提升工程管理水平、推動工程行業轉型升級的必然選擇。

3.2 進一步研究方向和未來發展趨勢

進一步研究BIM算量方向的未來發展趨勢是在BIM技術基礎上更深入地挖掘其在工程管理中的潛力，以實現更高效、更精確和更可持續的建設項目管理。首先，未來的研究可以聚焦于提升BIM算量的智能化和自動化水平。這包括開發更高級的算法和工具，實現對工程量數據的自動識別、提取和分析，從而減少人工干預，提高數據處理的速度和準確性。其次，可以進一步研究BIM算量在建設項目全生命周期中的應用，包括設計階段的算量、施工階段的進度管理和成本控制、運營階段的維護管理等，實現從設計到運營的全過程管理和信息共享。另外，未來的研究還應該關注BIM算量技術與其他相關技術的融合應用，如人工智能、大數據、物聯網等，以實現更智能、更高效的工程管理模式。此外，也可以結合可持續發展的理念，研究如何通過BIM算量技術優化設計和施工過程，減少資源消耗、降低碳排放，實現工程行業的可持續發展。綜上所述，未來BIM算量方向的研究應該是多方位、多層次的，既要關注技術本身的提升和創新，也要結合行業需求和社會發展，探索更廣闊的應用領域和發展路徑。

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