BIM技术在地铁车站深基坑中的应用研究

阚浩钟

（安徽理工大学土木建筑学院 安徽淮南 232000）

随着城市建设的发展和人民生活的需求，地铁工程建设越来越多并已成为一个衡量城市建设水平的重要象征。由于地铁工程建设一般都在城市的繁华路段，所以地铁车站深基坑设计与施工管理会面临更多的挑战。传统的地铁车站深基坑设计与施工管理一般都是依赖于二维信息模型，但随着工程建设的复杂性，二维模型已无法满足深基坑工程建设有关进度、质量、安全等方面的要求。BIM技术作为建筑行业领域的第二次革命，它可以将传统的二维思维转向三维化。BIM技术现阶段应用效果最好的是民用建筑行业，而在轨道交通行业，尤其在地铁车站深基坑设计和施工管理等方面尚处于初级阶段。基于此，本文对BIM技术在地铁车站深基坑设计、施工管理及现场监测三个方面的应用进行了分析和研究。

1 BIM在设计阶段中的应用

BIM技术在地铁车站深基坑设计中的应用主要是创建深基坑信息数据库的过程，数据库主要包含深基坑本身及其周围环境等所有相关数据信息。由于地铁车站深基坑项目的实体与功能均储存在一个数据库中，因此有利于各专业设计人员间的信息交流与共享，进而实现整个项目在设计阶段的协作与配合。在地铁车站深基坑设计过程中使用BIM技术，有利于设计系统校核、施工深化指导、控制工程量，可以提高深基坑工程的集成化程度，使深基坑设计及后续施工过程的效率和质量得到显著提高[1]。

1.1 构建地铁车站深基坑BIM模型

地铁车站深基坑BIM模型的构建首先需建立深基坑的环境模型，该模型信息主要包括工程地质条件、周边特殊建筑物、地下管线及建筑物地基基础等信息，基于这些环境信息进行地铁车站深基坑支护的初步选型与计算分析。其次是对基坑支护结构3D模型进行构建，确保支护结构设计的合理性与科学性。由于地铁车站通常在城市的一些繁华地段，各种影响因素较多，导致深基坑设计方案与现场施工存在区别，因此利用BIM模型的可视化，可以对施工方案进行直接优化，提高设计的合理性和施工的进度。

1.2 协同与深化设计

地铁车站深基坑支护设计时可以利用BIM技术及相关的三维软件为深基坑工程所涉及的各专业设计人员构建一个共享平台，通过设置深基坑工程项目中心文件来实现协同设计，减少因沟通原因造成的不必要设计变更。另外，地铁车站深基坑工程项目的人员可以通过BIM技术对复杂节点（如格构柱、节点处钢筋等）进行深化设计。深基坑中的复杂构件在BIM软件中通过参数化设计生成一种新的组件，该组件类似于CAD中的块文件，不但可以在模型中随意布置，还可以通过参数的调整进行快速修改并统计不同情况下所需的材料总量，有助于施工动态管理和工程成本控制。

1.3 基坑支护结构分析计算

基坑支护结构分析计算传统方法是先利用有限元软件对地铁车站深基坑支护结构的整体受力与变形进行分析，然后由二维绘图软件对二维施工图进行绘制。而采用BIM技术的基坑支护结构计算分析方法可以将物理模型输进相应的结构分析软件中，然后程序对基坑支护结构进行分析计算，同时返回结果，并对物理模型和施工文档自动进行实时更新。

1.4 碰撞检查

传统采用CAD手段检查碰撞由于人工检测的局限性，检查结果通常会有遗漏，而且有些情况只有到现场施工时才会发现。目前BIM技术最成熟的应用就是通过三维模型中构件的空间数据利用Naviswork软件进行碰撞检查，可以有效地避免了人工检测的遗漏。通过BIM技术进行碰撞检查，可以把深基坑支护结构中立柱桩、格构柱、工程桩、地下室结构及水平支撑等构件间的空间位置关系直观的反馈给设计人员，提高了设计的质量。

2 BIM在施工管理中的应用

2.1 场地布置规划

地铁车站深基坑项目通常位于繁华地段，场地较为狭小，对工程所需材料的堆放与施工机械放置有严格的要求。利用BIM技术可以对现场布置方案进行展示与优化，指导场地布置，以确保现场场地处于动态管控状态下，保证项目的工期节点要求。同时可以通过BIM仿真模型，向周边受到工程建设影响的居民展示各阶段的施工场地布置，使居民更加全面的理解工程建设[2]。

2.2 土方开挖模拟

土方开挖施工是地铁车站深基坑与其他建筑工程最大不同之处，由于受周围环境、支撑体系等限制，土方开挖施工方案是基坑工程施工中需重点考虑的部分。通过BIM技术进行4D施工过程模拟，可以将土方开挖方案充分展现，进而增强沟通，提高工作效率。

2.3 工程量统计

由于工程项目在施工过程中图纸频繁变更，对现场预算工作提出更高的要求。BIM模型中储存了所有组成模型的数据库及各个构件的完整信息，通过BIM的软件可以自动统计并汇总生成设备材料表，进而可以对材料用量进行准确的统计，在施工过程中实现材料消耗和成本的实时监控。

2.4 施工进度管理

传统施工进度管理，通常仅采用Project进行进度计划编制，容易造成进度计划不够形象直观和缺乏准确的任务工作量等问题。而BIM技术的4D进度管理，是以工程量为依据，估算任务工期，同时可以实时查看计划的形象进度，在虚拟的3D空间中及时发现工程工序的合理性。另外，对地铁车站深基坑工程施工管理人员和工人进行进度交底时，可以直接利用从4DBIM模型中导出的虚拟施工动画，比较直观且易于理解[3]。

3 BIM在现场监测中的应用

BIM技术在地铁车站深基坑工程监测方面的应用，主要是利用BIM技术的可视化、参数化、模拟化等优势来实现：①根据地铁车站深基坑工程监控需求，在车站深基坑BIM模型基础上建立监测点专用的族库；②按监控类型在BIM模型中布置三维变形监测点，通过在测点添加参数方式将监测数据与模型进行关联；③利用4D技术即在BIM模型中通过添加时间轴进行实时监控，并根据监测点色彩变化实现深基坑监测的预警功能。另外，将BIM模型与相应开发的Web数据系统相结合，可以实现地铁车站深基坑工程的远程监控与信息化管理[4]。

4 总结

BIM技术是现代建筑业信息化发展的一个重要组成部分，而BIM技术的三维特性与地铁车站深基坑工程的空间工作状态相符合，因此BIM技术在地铁车站深基坑工程中的应用更具有优越性与适用性。由于BIM技术在地铁车站深基坑工程中的应用起步较晚，没有制定统一的BIM技术标准等原因，因此BIM技术在其中的应用更多体现在设计与施工方面，现无法应用于项目的全生命周期管理。但从本文对BIM技术在地铁车站深基坑工程中的应用进行阐述与分析来看，相信BIM技术的应用能更好地促进深基坑工程技术的发展。