BIM技术在地铁车站施工中的应用

杜玉奇，于振民

(1.天津市地下铁道集团有限公司 天津 300040；2.中国建筑第八工程局有限公司华北公司 天津 300450)

0 引 言

地铁工程周边环境复杂，交通流量大，与市政管线以及周边建筑物具有较大的干系，同时具有施工工序繁杂、结构物形式多样、施工组织困难、施工风险大等特点[1]。以天津地铁 4号线某车站项目为例，通过 BIM 技术辅助，实现地铁车站施工中前期的场地布置、主体结构施工中的方案优化，提前策划解决风险控制的重难点，确保地铁车站施工进度与质量，从而有效提高了施工效率。

1 工程概况及施工重难点

1.1 工程概况

天津地铁 4号线某车站项目为地下两层岛式站台车站，主体结构总长 190.4m，标准段宽 20.7m，高13.51m，大小里程端头井段宽24.7m，高15.21m，站台中心处底板埋深为 16.71m，覆土厚度约为 3.2m。车站采用现浇钢筋混凝土箱型结构型式，主体结构为两层三跨矩形框架结构，车站围护结构采用地下连续墙，明挖法施工；车站两端区间采用盾构法施工，大小里程端均为盾构始发井。

该车站项目附属及外挂区包含1号、2号风亭及A1、C出入口，基坑长度约 190m，基坑宽度不一，呈不规则形状，基坑自身风险等级为 4级。基坑标准段深 10.1m，通道部分局部加深段坑深为 12.3m。围护方式采用“SMW 工法桩+内支撑”形式，围护结构为SMW工法桩，共设两道支撑。

1.2 工程施工重难点

①周边环境复杂。基坑开挖过程中影响范围内包括：高压电塔，邮区中心局大楼，距离车站基坑东侧 1.6m 有一条输配水管(埋深 1.29m)、4.4m 有一条雨污合流管(埋深 3.66m)、8.9m 有一条天然气管(埋深 1.20m)，均对地铁车站顺利施工具有一定的制约。

②地铁车站南侧附属及外挂区为异形结构，由于节点复杂，细部处理存在困难，异形结构对于附属及外挂区围护结构钢支撑架设存在一定的难度，需要对各个支撑进行专项分析。

③工期紧张，施工任务重，车站西侧必须按照工期节点移交盾构，东侧必须按照工期节点进行场地还原并移交邮区中心局。

④地铁车站人防区域涉及过多的人防预埋件，且均需要一次预埋成型，对人防施工要求严格，同时人防门等设备安装与土建部分施工存在交叉作业问题，如果未提前进行合理的工序计划安排，容易出现窝工、怠工。

2 地铁车站施工BIM应用

BIM三维模型的建立是决定BIM技术应用的前提，天津地铁 4号线某车站项目依据 CAD设计图纸，采用 Revit软件对地铁车站进行了模型建立。通过创建地铁车站施工场地、既有道路、围护结构、支撑体系及结构主体的模型，进行施工过程中的工程部位参数化模拟和可视性展示达到对结构及施工工序的优化，减少不必要的返工，从而提高了工程进度、质量安全及成本管控能力[2]。

通过建立地铁车站施工场地布置模型图(图1)，并进行虚拟施工模拟，可以在进场之初(正式施工前)对施工场地进行更加合理的布置，避免施工过程中，因场地狭小及运输道路不满足运输要求等需要对施工场地进行重新布设，引起二次搬运等问题，有利于项目整体施工进度及生产成本的控制。

图1 地铁车站施工场地布置模型图Fig.1 Model diagram of metro station construction site layout

2.1 图纸审核

在模型创建过程中，发现大量图纸问题，包括设计存在缺陷，图纸出现错误，个别图纸遗漏等。具体包括：结构图纸与建筑图纸构件尺寸之间存在差异；平面图个别位置未绘制详细剖面图；建筑图与结构图中楼梯剖面图存在很大差异等。建模过程中，对各专业图纸进行了详细审核，过程管控全面到位，将过程中发现的问题进行汇总，及时与设计单位沟通反馈，减少了设计变更，避免了不必要的返工，在项目正式开工前就节约了大量生产成本。

2.2 BIM三维模型构建

建立基于 BIM 技术的地铁车站工程全专业模型，通过模型指导项目施工，对整个工程进行 4D施工模拟，能够反映整个施工过程的进度安排，建立BIM 模型与进度计划之间的关联，从而能够在项目初始阶段发现后期施工所要面临的一系列问题[3]。通过模拟施工，提前预判并进行事前控制，提出更加合理可行的施工方案，合理安排人员、材料、机械设备，最大限度实现资源的优化配置。

使用 Revit软件建立模型，地铁车站项目主体结构模型如图2—图4所示，地铁车站项目附属及外挂区围护结构和支撑体系模型如图5所示。利用模型可以对异形附属及外挂区围护结构工法桩构件以及水平支撑体系的钢支撑构件有更直观的认识，有利于现场对施工打桩以及架设钢支撑的施工质量控制。

图2 主体结构整体模型图Fig.2 Overall model diagram of main structure

图3 地铁车站内部柱子、洞口布置模型图Fig.3 Model diagram of pillars and openings in metro station

图4 地铁车站负二层上翻梁(带斜腋角)模型图Fig.4 Model diagram of upper turning beam(with oblique axillary angle)in second basement of metro station

图5 附属及外挂区围护结构和支撑体系模型图Fig.5 Model diagram of auxiliary and external area building envelope and support system

2.3 BIM技术应用效果

由于该车站周边环境复杂，地铁车站施工过程中必须加强监测，通过对模型、现场和监测信息三者的融合，来实现信息集成类的 BIM 应用。通过 BIM 技术模拟人防区预留预埋施工，可以提高施工单位与施工队伍之间的沟通效率；通过创建的预留预埋模型以及施工工艺模拟，可以对工人进行更加直观的交底，避免施工过程中出现遗漏，从而实现繁琐复杂的预留预埋施工技术简化。后期施工完毕，质量管理人员可以模型为基础对质量进行检查。

与传统施工管理模式相比，基于BIM技术的4D施工模拟能够精准计算出各施工阶段对原材料的需求计划，避免出现材料堆积，最大限度节省施工场地，解决因场地狭小所引起的一系列问题。与此同时，通过BIM技术精细化管理，合理安排土建施工与人防设备安装之间的交叉作业，实现人工、材料以及机械设备的合理配置，避免不必要的浪费[4]。

建模完成后项目部组织技术部、工程部、物资部对模型进行会审，将直观模型与现场实际施工经验融合，进一步优化施工方案，后期通过对施工工序进行模拟，提前验证已优化施工方案在实施过程中的可行性以及实施过程中可能面临的困难，有利于指导实际施工，切实提高施工效率，既解决了工期紧张的问题，同时保证了工程质量。

3 结 语

目前全国正在大力发展城市轨道交通建设，本文以天津地铁 4号线某车站项目为例，介绍了 BIM 技术在地铁车站施工中的应用。BIM 技术目前仍处于探索发展阶段，未来需不断总结其在轨道工程中的应用，拓展应用领域，促进城市轨道交通建设。