地铁区间盾构法BIM建模标准研究

檀业霖，饶 剑，吴松榕，周 红

（1.中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳 518000；2.厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361005）

1 引言

盾构法因掘进速度快、开挖安全的优势，成为城市轨道交通建设中的首选。盾构施工机械化程度高，施工方案相对复杂且施工过程中管理难度较大，随着我国地下工程建设发展以及BIM 技术的推广，地下城市轨道建设工程BIM 技术应用已成为技术热点。现阶段BIM 技术与盾构施工技术相结合建立模型方面的研究较少，尚缺乏盾构法地铁施工的相关标准。

对此，本文针对地铁区间盾构法的建模标准进行研究，首先按照WBS 分解原则，对盾构工序进行拆分，并按照工程的实际需要，确定需要在BIM 模型中体现的构件，对其进行编码，使每个构件都具有唯一、不同的编码，再根据模型精细度的要求对构件进行建模，使模型信息更加有效的表达，以期为盾构法建模中的BIM 技术应用提供参考。

2 盾构法施工模型构件拆分

2.1 构件拆分原则

城市轨道交通建设领域目前仅有部分地市对分部分项工程划分标准进行了规范的总结，例如北京市《轨道交通分部工程和分项工程划分标准》，现有的工程分类和构件拆解方式主要是通过分部分项工程进行划分，但现行标准较不统一。

地铁区间施工按施工过程进行拆分，如图1所示，首先根据工法对施工阶段进行划分，再按照施工过程进行分部分项工程的分解。

2.2 工序分解

结合实际工序及WBS 理论，对盾构法进行工序分解。先按施工顺序将盾构法施工划分为盾构始发、掘进、到达三个过程。再据施工过程，对三个施工阶段划分具体工序。最后对划分的具体工序中构件进行建模。分解过程见表1。

图1 构件拆分示例

2.3 构件类型

据模型构建过程中涉及的具体构件，将各工序构件对应补充。对各工序具体构件进行建模，在实现有效模拟盾构法各施工工序的同时，也能够通过具体模型达到对施工阶段进行可视化动态管控的效果。具体的构件类型如表2 所示。

3 盾构法施工模型构件编码

对构件进行编码，如图2 所示，前四级构件编码采用层次码，将每一个施工构件层层定位至其具体分部分项工程，每一个层级均用两位数字表示，与分类体系对应，第五级构件编码里程是通过缩写的里程表示定位构件具体位置，第六级构件编码流水号用于区分同一里程码的不同构件，仅体现构件的顺序，不包含属性信息，因而用从小到大顺序递增表示，采用四位流水号的递增顺序码，对同一里程码的构件由0001 向上递增以区分表示。

表1 工序分解表

表2 盾构法各工序的构件类型

图2 编码格式

考虑到编码的可扩充性，采用“90～99”作为补充编码，用于定义表中未包含的构件或施工设备，部分盾构法施工构件的编码示例见表3。

4 盾构法施工模型构件建模细度

建筑行业的模型精细度LOD（level of development）是指BIM 模型构件包含信息的全面性、细致程度及准确性，而对于工程而言，不同阶段所需表达的信息内容及详细程度会根据需要而有所不同。2008 年，美国建筑师协会（AIA）发布了AIA E202 建筑模型信息协议增编，根据模型元素的精细度将发展水平（LOD）分为LOD100 至LOD500 五个等级。住建部在2017 年的《建筑工程施工信息模型应用标准》中对LOD规范新增LOD350 等级进行补充，详细定义具体的模型信息。

4.1 盾构法施工模型精细度分析

《建筑工程施工信息模型应用标准》中，将施工过程的LOD 等级分为LOD300、LOD350、LOD400 三个等级，根据等级对构件几何信息与非几何信息的要求，定义构件模型精细度。以始发加固和支撑系统分部工程为例，模型具体构件建模细度如表4。

4.2 盾构法BIM建模精细度选择

LOD300 能够反映物体的实际形状，主要用于施工模拟以及碰撞检查等工作；LOD350 增加了构件连接处的接口信息，用于构件连接复杂的部分；LOD400 附加模型生产、运输等施工信息，用于施工过程成本控制及构件的制作安装等。由于施工阶段的主要任务是依据已有设计图纸或模型进行施工，主要考虑施工质量和安全，对应构件的价格、安装工艺及项目施工进度信息。故选用LOD400为地铁区间盾构法BIM建模的精细度。

表3 盾构法构件编码表（部分）

5 案例分析

5.1 工程概况

厦门地铁三号线过海通道工程起于五缘湾站，穿越海底隧道，终至刘五店站。采用泥水盾构施工的区间长度为1 419.928m。工程的位置示意图及工法区间见图3。

图3 厦门本岛至翔安过海通道工程

5.2 盾构法BIM建模标准应用

对构件进行建模及建模细度详解，精细度选择LOD400，模型在Bentley 中构建，构件模型、构件几何信息和非几何信息在图中示意。

过海通道区间环状管片分为六块，管片构件几何信息包括角度、轴向长度、内弧里程等，非几何信息包括管片的类型、材质等。盾构始发托架、螺栓及钢丝刷等构件几何信息包括重量、轴向长度、横向宽度、所处位置里程等，非几何信息包括构件类型、材质、编号、属性、生产厂商、安装工艺等。

管片模型如图4，模型的颜色选用灰色（RGB值：192，192，192），与实际混凝土颜色相符。

图4 管片示意图

盾构始发托架模型如图5，颜色选用实际颜色黑红色（RGB 值：116，0，0），相邻托架单元之间用螺栓进行连接。

图5 始发托架示意图

5.3 应用效果分析

在厦门地铁三号线过海通道项目中，应用盾构法BIM 建模标准，为地铁工程的施工阶段提供了各分部分项工程构件的具体型号、尺寸、安装方法等信息，实现了动态可视化的施工风险管理。同时，BIM 模型也包含了各分布分项工程构件的具体类型、负责人、价格、生产厂商以及试运行记录等信息，BIM 模型随着施工过程不断地更新和积累，为三号线地铁工程的设计和运维阶段提供了数据支持，满足各个参与方对项目不同信息的需求，有利于信息交流与掌握，改善了BIM 技术应用局限于设计和交付阶段的现状，在厦门市地铁建设中发挥了应有的作用。

此外，盾构法BIM 建模标准是以现有的建筑信息模型分类及编码体系为依据进行构建的，与国内工程量清单等编码体系较为相近，指导施工的同时，还能够与工程量、造价计算等工作实现较好的信息交互，有利于标准在项目不同阶段的推广应用。

6 结论

本文建立了地铁区间盾构法BIM 建模标准，将其应用于厦门地铁三号线工程。从施工阶段的信息需求出发，通过BIM 模型的创建，解决了分部分项工程与工序不匹配的问题，能够与设计和运维阶段的地铁施工BIM 模型标准共同组成全寿命周期均统一的标准，有助于提高施工和管理效率，促进BIM 技术在地铁项目及企业中的应用。

本文构建的地铁区间盾构法BIM 建模标准仍存在不足：①地铁区间施工包括盾构法、矿山法等多种施工方法，本文构建的是地铁区间盾构法BIM 建模标准，对盾构法工程进行应用与分析，下一步需要对各个工法将标准完善并推广至整个轨道交通领域；②此标准在信息技术的应用上，主要利用了BIM 技术。而随着多样化信息技术在实际工程中的不断应用，多种信息技术的有效集成将会使建模技术愈加便捷且准确。如在工程规划阶段可与GIS 技术进行集成应用，在运维阶段与运维软件的交互等。因此，集成其他信息技术，并考虑BIM 与其他信息技术软件的兼容性，将是下一步的研究与实践工作。