BIM技术在地铁施工的应用

金 宝 刘付明 聂进兴

（济南城建集团有限公司，济南 250000）

随着我国基础建设的发展，地铁工程规模越来越大、体型越来越复杂，同时城市人口密集给地铁建设带来巨大的风险，因而地铁项目更需要合理的规划设计、科学的施工组织。BIM技术在建筑领域广泛应用，已在建筑工程管理中发挥显著作用，不仅可以加强管理者的进度控制能力，减少工程延误风险，而且能够节约施工时间，为项目进度管理带来方便，创造了巨大的效益。

1 工程概况

济南轨道交通R3线五标段含两站三区，其中王舍人站位于工业北路，王舍人站主体总长274m，标准段净宽19.7m，深18.6m，车站为地下二层岛式站台车站，主体结构采用明挖法施工，支护结构采用钻孔桩+旋喷桩止水+内支撑体系。王舍人站—裴家营站区间为双线单洞隧道，区间隧道右线全长2822.204m；隧道左线全长2800.504m。

车站施工与工业北快速路同期施工，高架桥梁、综合管廊、地铁、地面道路、地面桥梁、雨污水等配套工程交叉作业，施工作业空间及时间易相互影响，施工工序的合理布置、协同工作成为本项目的一个重点。

2 BIM技术应用

2.1 地铁车站综合管线中的碰撞检查

综合管廊、管线迁改与王舍人站同期施工，传统的设计中，地铁建设前的管线迁改会预先计划出一个管综方案，确定各专业管线的标高和位置。随着设计的深入，设计条件不断明确，受外部环境的影响，管迁设计与实际施工处在不断调整中，等设计结束后，设计管线与实际施工存在一定的出入。传统的二维图纸在高程上也难以做到空间避让，碰撞数量大大增加，缺少施工空间。

用BIM的三维技术在前期可以采用Navisworks软件对现有构筑物及管线进行碰撞检查，优化工程设计，减少建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工风险。管线冲突与解决方案如表1所示。

表1 管线冲突与解决方案

2.2 施工场地布置与优化

盾构施工三维场地布置如图1所示。本项目盾构施工阶段，工业北快速路高架桥主体结构已经建成，在进行场地布置时要考虑龙门吊、拌合站与高架桥的避让，同时龙门吊要在有效的工作范围内完成物资和渣土的转移工作，避免龙门吊运行效率低、吊装盲区等问题，如图2、图3所示。周转物资及耗材要最大限度缩短在场内的运输距离，特别是尽可能减少场内二次搬运。盾构施工前期场外存在交叉施工，后期工业北路通车后，为保障道路车辆的通行，要在保证施工顺利进行的前提下尽量少占施工用地。对于施工而言，少占施工用地，减少了场内运输工作量和临时水电管网，既便于管理又减少了施工成本。

图1 盾构施工三维场地布置

图2 地面设备与高架避让

图3 地面物资功能区设置

2.3 方案、交底可视化

王舍人站装井口尺寸为11.5m×7.5m，在盾构吊装过程中，由于始发井口与在建高架桥之间存在干涉，盾构机大件尺寸如表2所示，高架箱梁底部距地面为6m，在有限的空间内避开高架桥完成部件下井是此次吊装的关键。论证期间，按照实际尺寸建立模型，通过模拟吊装过程，直观地展现了盾构机吊装的过程，如图4所示，同时总结出盾构机吊装过程中需要注意的细节和需要把握的关键点。

表2 盾构机主要部件尺寸

图4 吊装方案模拟

盾构始发时托架、反力架及洞门翻版的模型安装布置如图5所示，按照实际尺寸创建三维部件模型，导入车站三维模型进行安装并加固，托架及反力架加固需要各类工字钢横撑、斜撑共计40余根，安装要求精度高，高程偏差应小于±5mm，轴线偏差应小于±10mm。按照三维效果图对施工进行技术交底，直观、精确。

同时，在导入反力架后，直观地表现出反力架掘进方向的右侧与车站结构之间的相对位置关系，找出反力架加固过程中的难点，对原有的加固方案进行针对性的改进。

图5 反力架、托架三维交底

2.4 钢筋、混凝土工程量统计

如图6所示，车站模型建立时，按照施工流程分仓、分段。基于BIM模型计算工程量，算量结果可视化，算量计算子目可追溯计算公式和模型。修改BIM模型后，其能够自动更新工程量清单。利用历史数据或模板数据，导入模型即可完成快速算量造价过程，统计钢筋、混凝土工程量，工程量计算能够反差追溯到每一个构件，并进行多专业的算量结果汇总。模型修改后，能自动识别符合原来属性的构件，可以单选构件或分类构件群，如钢筋、混凝土等，每个构件都有详细的工程量计算式。该模型可以分构件检查算量计算结果，精确对量。

图6 车站模型

2.5 进度模拟与资金计划

将进度计划（MS project、Excel进度计划）导入BIM模型中，将模型中的构件与施工进度计划进行挂接，并深度整合施工过程中涉及的资源（人力、材料、机械设备）、成本、安全等信息，从而实现多个维度的施工管理，形成5D模型，实现5D虚拟建造、动画播放，并与成本、工序维度关联，为相应资金准备提供依据。这样可以实现WBS模型进度、资金计划曲线的同步显示，直观了解进度，并且查看任意时间点的WBS进度、资金计划、人材、机计划等信息。

2.6 土方开挖量计算

车站土方开挖时，由于环保原因，土方无法及时外运，部分土方内倒在场内临时堆放。对于内倒的土方量现场无法可靠计量，运用BIM技术成功解决了该问题，得到了参建各方的一致认可。

传统土方计算方式有方格网法、等高线法、断面法、DTM法、区域土方量平衡法和平均高程法等，对于较复杂原地形或复杂结构基坑的土方量计算，其费时费力且不够精确。使用BIM模型进行土方量计算，直观、精确，按照任意开挖进度段统计量，包括原地貌至场平的土方量也可以精确得出，排除了人工计算的误差。人们可以通过Revit及Civil 3D实现精确建模，如图7所示。

图7 通过Revit及Civil 3D精确建模

2.7 三维模型展示

将建好的三维模型导入Fuzor，建立虚拟现实平台，配合VR设备进行漫游，如图8所示，以第一视角感受现场环境。同时，人们可以进行查看构件信息、测量内部尺寸以及为对象添加注释等操作，提高工程图面整合上的视觉便利性，使得建筑检讨呈现更加直觉化，减少与业主、建筑师之间的沟通时间。在工程施工前，人们可以在BIM三维模型中完成建筑模拟与规划整合，将图面问题做妥善的澄清与规划，切实提升建筑项目品质。

图8 车站VR漫游

3 结语

目前，地铁施工单位对BIM技术应用研究还处于初级阶段，面对软件及平台的不断推广和完善，未来设计与工程、制造与管理将进一步整合，施工智能化、信息化程度将进一步得到提高和完善。BIM技术不只要求人们安装使用软件，更要求整个地铁建设行业深入改革流程管理与公司制度。随着我国建筑行业的快速发展、BIM技术不断完善以及业主对工程项目建设要求的日益提高，BIM技术将会在过多地领域创造价值。