BIM技术在吉隆坡地铁车站施工中的应用

(中交二航局第三工程有限公司，镇江 212003)

引言

BIM以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行模型建立[2-3]，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，从而实现对项目全生命周期的管理[4-6]。近年来，BIM作为建筑行业新技术在我国得到了快速发展[7-12]，公司为适应建筑业信息化发展趋势，也积极开展了各项BIM技术的应用。本文以马来西亚吉隆坡MRT 2号线地铁车站项目为例，结合国外BIM发展模式和体系规范[13-14]，介绍了地铁车站施工过程中BIM技术在施工模拟[15]、进度管理[16]、碰撞检查与协调[17]、土石方开挖作业模拟[18]、钢筋模型建立等方面的应用情况。

1 工程概况

马来西亚吉隆坡MRT2号线地铁项目是我国在“一带一路”沿线的重要合作项目。地铁线全长52.2km，分为4个段落，本项目主要实施地下段的车站和逃生井。车站为三层矩形框架结构，长201.3m，标准段宽度为24.6m，开挖深度29.7m，采用盖挖逆作法施工，基坑的围护结构主要采用地连墙(墙厚1.2m，标准幅宽6m)加钢支撑。逃生井为两层结构，长25.2m，宽17.5m，开挖深度14.5m，采用明挖顺作法施工，基坑的围护结构采用咬合桩加钢支撑。平面位置如图1。

图1 车站与逃生井平面位置

2 BIM技术应用重点

本项目实施BIM信息化管理模式[19]，建立建筑信息模型，利用数字技术(包括CAD、可视化、参数化、GIS、精益建造、互联网、移动通讯等)表达建设项目的几何、物理和功能信息，为项目生命周期建设、运营、管理决策提供技术和方法支持。利用BIM的可视化、模拟性、优化性、协调性、可出图性技术手段[20]，针对项目施工组织特点，开展BIM辅助施工技术应用及BIM辅助进度计划与控制，实现施工技术方案的最优化和进度管理的有效化，提升项目施工技术能力和进度管理水平。具体的应用点如下：

(1)以BIM辅助施工的技术类应用为主，进行施工图深化设计和施工技术方案编审；

(2)在施工阶段重点开展BIM技术的3D施工方案模拟和4D施工模拟在进度计划、控制、管理中的应用；

(3)多专业协同[21]，主要进行机电各专业之间以及与结构专业间的碰撞检查。根据碰撞检查报告，对现场可能发生的工作交叉面和碰撞点进行施工方案的调整，以提高施工方案的可施工性，以及优化管线综合排布；

(4)模型信息的完善，根据施工信息完善模型使其达到竣工模型交付标准；

(5)通过岩探数据，建立车站内土石方模型，提前估算土方与石方量，方便施工准备；

(6)建立车站结构主要节点钢筋模型，进行三维模型交底[22]以指导现场设计。

3 BIM技术阶段应用成果

在施工准备和施工过程中，运用BIM技术合理安排施工顺序和制定进度计划，合理布置施工场地，优化配置人力、物力、财力、技术等生产要素，协调各方面的工作，使得施工有计划、有节奏，达到施工在质量、进度、安全、文明等方面的要求，从而取得良好的经济效益、社会效益和环境效益。本项目BIM技术应用如下：

3.1 车站施工模型建立

本项目的设计施工图是根据BIM设计模型所出，与国内根据设计院CAD图纸做BIM翻模不一样，其设计图纸出现前后不一致的情况是不存在的，因此也不存在通过建立3D模型来做图纸检查，出现设计变更只需要在模型里面修改，其相应图纸随即改变，并且都保存在模型中，各个专业通过相关的三维设计软件协同工作，能够最大程度地提高设计速度,减少图纸传递错误，保证工作的准确性，属于BIM的正向设计。

施工方所做的模型是在设计模型的基础上，为方便施工所做的合理协调变动更新到施工模型中，并做好记录，完善相关信息，方便施工结束后出竣工图纸，其地连墙施工模型如图2所示。

图2 车站地连墙施工模型

在图2中，地连墙施工模型较设计模型，其分幅宽度、顶标高、底标高都有许多不一致，是因为在地连墙实际施工过程中会有所变动。因此，根据现场施工的实际统计数据，结合设计模型，将施工变动及数据更新到模型中，不断完善施工模型。

本项目用BIM记录每幅地连墙的信息，生成明细表，在明细表中记录了每幅地连墙的标高、尺寸、混凝土方量、各工序开始完成时间等；并用不同颜色表示每周地连墙施工情况，记录施工过程，如图3，其中灰色表示已完成地连墙，蓝色表示还未完成，绿色表示本周正在施工中的地连墙，橘色表示本月已经完成地连墙，并有相应的明细表显示这些地连墙的信息，每周都生成一张图纸保存在Revit文件中，形成一个3D的施工台账，方便信息的保存与传输，作为BIM信息集成的一部分。

图3 地连墙3D施工台账

3.2 施工工艺流程模拟

为方便施工现场人员理解施工过程，对于施工流程和特殊施工工艺，可以通过BIM做相应的施工模拟，如图4、图5所示。

图4 顶板土方开挖模拟

图5 顶板混凝土浇筑顺序模拟

本项目在顶板以上土方开挖前，根据施工方案做了土方开挖过程施工模拟，通过模拟可以直观地看到土方开挖分区、开挖顺序及一次开挖范围，同时对开挖过程中土体放坡情况也一目了然，如图4；在第一块顶板混凝土浇筑前，对混凝土分层浇注逐步推进的流程进行模拟，通过动画进行交底让现场工人更容易理解，提高工作效率。

如图6所示，考虑到顶板整体结构安全性，在浇筑顶板时未能将全部永久性洞口开洞，在后期施工中需要对其洞口位置混凝土进行切割开洞，通过Revit软件进行建模分块，计算每次吊装混凝土的重量，并通过Navisworks后期模拟混凝土开洞吊装过程，保证施工的安全可行。

图6 顶板永久性洞口开洞过程示意

3.3 4D进度管理

在Revit建立的3D模型基础上，结合施工进度计划，就能实现4D的施工模拟，达到4D进度管理的目的[23-24]。4D施工模拟是严格按照施工时间节点进行模拟，现场工程师可以将现场施工进度与4D模拟进度安排进行对比，实时了解工程进度是否存在偏差，并采取积极措施及时纠正偏差，保证项目进度正常。

如图7，对车站顶板以上土体开挖及顶板浇筑进行了4D施工模拟，通过模拟过程我们能直观地了解能同时进行的工作面数量，为组织投入合理的资源提供了依据，并且通过模拟施工方案提前发现可能出现的问题，编制有效的预防措施方案，做到先模拟再施工，降低施工风险，减少资源浪费，有效控制成本。

图7 顶板以上4D进度模拟

3.4 碰撞检查与协调

可以通过BIM做建筑工程各专业的碰撞检查，不仅可完成机电(MEP)内部各专业(包括CWS、DRS、ECS、ELE、FPS、PLM)之间自碰撞，还可以对机电模型综合与结构模型(CNS)之间进行碰撞检查，有助于结构施工过程中对机电设备、管线的洞口预留，如图8，做了车站部分区域(Entrance C)的碰撞检查。

图8 Entrance C结构与机电碰撞检查

根据碰撞检查结果，分析每个碰撞产生的原因，对不合理的碰撞进行标记说明并出具碰撞检测报告，配合设计单位进行模型的修改。对Entrance C的碰撞进行分析结果如表1。

表1 碰撞分析结果

如表1，因为一些机电管道要穿过结构墙体，所以在碰撞结果中有部分碰撞是合理的，我们需要对结果进行逐一分析，并做好记录，与设计单位沟通减少施工过程中可能存在的碰撞。

3.5 土石方量模拟

本车站在前期岩探过程中，勘探得知从地下负一层板开始就有大量的岩石存在，对于地底岩石存在的形态以及具体方量是比较难以确定的。因此，结合岩探数据，采用BIM技术进行地下岩石模型的建模，如图9，同时根据模型对地下岩石方量进行估算，方量见表2，为确定岩石凿除方案做好准备。

在保障基坑周边建筑物以及车站站体本身安全抗震的条件下，依据岩石在车站内的分布情况以及岩石围岩等级，采取岩石机械凿除与毫秒延期控制爆破相结合的方式进行爆破，由于爆破属于高危作业，需要大量准备工作，在BIM技术的支持下，我们提前了解到工作的难度，为准备工作预留了足够的时间，保证了工程施工的正常进行，节省了大量的施工成本。

3.6 钢筋模型建立

本项目进行了车站地连墙钢筋模型的建模，如图10，和板钢筋模型的建模，如图11。

通过结构钢筋模型的建立不仅可以快速地得到钢筋的工程量，还可以对复杂节点处钢筋进行建模做3D可视化交底，方便现场施工人员更加直观地了解钢筋布置方式、尺寸、搭接、锚固形式等。目前，用Revit建立钢筋模型主要解决复杂节点的交底，梁板柱大体量的钢筋用Revit建模仍然存在工作量大、文件大操作慢、灵活度不好等缺陷，对于大体量钢筋模型的建立应结合其他软件，例如：广联达GTJ2018、GGJ2013、鲁班钢筋等，使其模型轻量化，从而解决钢筋算量问题。

4 结论

基于BIM技术的现场施工管理，需要我们根据现场施工工艺及管理要求，对设计施工图模型进行信息更新、添加、完善，最终得到满足施工要求的施工模型。利用BIM技术，借助互联网技术实现施工现场可视化、虚拟化的协同管理，可以实现BIM技术对现场施工的统一管理，实现施工现场信息高效无误的传递与实时共享，提高项目的管理水平。

城市地铁车站施工一般都属于地下工程，地质和水文条件较复杂,不确定性较大，通过BIM技术不仅能对项目进行施工模拟、进度管理、碰撞检查等应用，还能模拟地下不同地质的分布情况。本文根据实际项目在此方面所做的初步尝试与探究，由于还未形成自己的BIM统一管理平台，在许多方面仍存在局限。因此，企业BIM团队要负责收集、贯彻国际、国家及行业的相关标准，并研发出适应企业自身的BIM相关平台，为公司积累工程数据库，为今后的工作提供参考依据。

表2 岩石最终计算方量

图9 地下岩石BIM模型

图10 地连墙钢筋建模

图11 顶板钢筋建模