基于BIM 的既有地铁车站改扩建数字化全过程管控技术

应宇垦 ，李文 ，徐勇敏 ，赵昕

（1 上海慧之建建设顾问有限公司，上海 200090； 2 同济大学 土木工程学院，上海 200092；3 上海申通地铁资产经营管理有限公司，上海 200092 ）

0 引言

随着城市建设进程的不断加快，城市轨道交通在解决城市中心区交通问题中日益发挥着不可替代的作用[1]，既有地铁车站的改扩建项目日益成为政府和开发商关注的焦点。由于现有技术以及人为因素等影响，以往的既有地铁改扩建项目往往需要停运地铁车站，停运将严重影响人们的出行，造成较大的社会影响。

为了有效解决这一问题，本文将BIM 技术应用于地铁改扩建项目。在不停运的情况下，采用BIM 技术管理的组织模式，充分利用移动互联网、云计算、BIM 技术、无人机三维扫描、大数据技术、人工智能、物联网、社交网络、视频/环境监测等技术，建立一套完整的数字化技术应用管理组织系统， 以提高管理效率和水平，提高安全管控可靠性及全过程建造数字化技术，确保管控过程中车站的正常运行，以及管控的全面性、高效性和准确性[2-3]。在不停运的前提下升级改造，实现车站改造商业一体化，实现对既有简单车站和附属区域的再利用，充分发挥地铁站区域的商业价值。

同时，与以往应用于新建项目的BIM 技术应用相比，将应用于既有地铁车站的改扩建项目的BIM 技术， 涵盖了拆除改建内容，形成了“全生命周期”应用，应用场景更加丰富，BIM 应用点更加多样，新技术的应用更加全面。

1 BIM 数字化技术

BIM 数字化技术即“建筑信息模型技术”，可以理解为建筑工程项目由规划到设计再到施工，直到拆除的全生命周期，对于工程数据管理与分析的技术载体与过程[4-5]。

该技术是使用BIM 建模软件构建建筑信息模型，进行虚拟设计和施工，实现项目协同管理，可减少错误、节约成本、提高效益和质量。 工程竣工后，利用建筑信息模型实施建筑运维管理，提高运维效率[6-8]。

1.1 基于BIM 的全过程数字化管控平台

全过程数字化管理平台是整个既有车站不停运改扩建的数据汇总和处理中心（图1）。

图1 全过程数字化管控平台

（1） 项目信息：呈现项目地点、工期、工程面积等基本信息（图2）。

图2 界面呈现

（2） 工程动态：呈现工地新闻、奖惩动态等信息。

（3） 文档管理：根据权限设立目录，实现项目文档上传、下载、在线阅读。

（4） 模型管理：实现模型浏览、漫游、批注、协调沟通。

（5） 交通模拟：根据交通模拟，以及交通流线关键部位的视频接入，实现交通模拟和现状分析（图3）。

（6） 人流模拟：根据人流模拟，将出入口的视频接入，实现人流模拟和现状分析。

1.2 基于BIM 的全过程数字化技术的管理应用

既有车站不停运改扩建的全过程管理既包括绝大多数新建轨道交通车站的BIM 全过程应用，同时又体现了不停运改扩建的特点，其应用框架图见图4，各阶段应用要点和主要内容见表1。

图4 基于BIM 的全过程数字化技术的管理应用框架图

表1 各阶段应用要点及主要内容

2 莲花路站的应用实例

本文将基于BIM 的既有地铁车站改扩建数字化全过程管控技术应用于莲花路站项目，选取莲花路车站在不停运改扩建过程中的应用点进行阐述。 莲花路地铁站为上海地铁1 号线的既有车站，总面积49995m2，1999 年竣工后使用至今，2018 年开始进行不停运改扩建(图5)。

图5 上海地铁站1 号线

2.1 现场数据分析

2.1.1 现场数据收集

利用数字化设备对现场进行勘测，为建立现场数字模型做准备。 在拆改场地规划设计和建筑设计的过程中，提供可视化的模拟分析数据，作为评估拆改设计方案选项的依据。

2.1.2 现场影响因素分析

整理现场数据，建立可以体现周边人流场地实况信息的现场模型，形成车站不停运现场分析报告，包含现场模型图像（图6）、场地分析结果，以及对场地设计方案或工程拆改设计方案的场地分析数据对比。

2.2 施工工艺模拟

利用深化设计模型对改扩建过程中施工工艺复杂、结构形式特殊、 专业施工交叉密集及施工风险突出的工程关键点进行施工方案模拟。 土方工程方案模拟应综合分析土方开挖量、开挖顺序、开挖机械数量、车辆运输能力等因素，考虑项目所在地对土方外运的限制，优化确定大型设备及构件的到货安装时间节点、吊装运输路径、预留洞口等内容。 垂直运输施工方案模拟应依据施工组织方案，综合分析运输需求、垂直运输器械的运输能力等因素，结合施工进度优化确定垂直运输组织计划（图7）。

图6 现场模型图像

通过在模型的基础上附加建造过程、施工顺序、 施工工艺等信息，进行施工过程的可视化模拟，实现施工方案的可视化交底。 对重点施工方案和关键部位的施工工艺，使用BIM 数字化软件进行模拟和分析，优化施工方案及施工工艺，并进行多方案比选论证，从而选择最佳的施工方案。对现场工序进行3D 指导，在施工前预判问题、解决问题，降低工程返工风险。

图7 建造技术数字化模拟应用

2.3 安全风险管理

以深化设计模型为基础，根据施工安全风险管理体系增加风险监测点模型和风险工程等信息，建立安全风险管理模块，利用BIM 数据集成与BIM 信息化建设管理平台建立环境模型与安全风险监测数据的关联关系，实现对施工安全风险的可视化动态管理。 集模型集监测对象、监测点、监测方案和检测数据等功能于一体，实现监测数据可视化预警和自动推送。

安全风险管理应形成适用于既有车站不停运改扩建工程的专项施工方案、技术交底方案、设计交底方案、危险源辨识计划、施工安全策划书等。

2.3.1 施工安全模拟

运用数字化技术，依据施工现场的实际情况，实时更新施工安全设施配置模型，对危险源进行动态辨识和动态评价。

通过对实际施工方案、实施过程模拟进行交底，直观展示各施工步骤、施工工序之间的逻辑关系，使现场技术人员、施工人员对工程项目的技术要求、质量要求、安全要求、施工方法等有透彻理解。

对施工人员进行安全教育， 对高发危险事件进行预演模拟，结合系统中预先设置好的人员疏散路线信息、 救援路线信息、摄像头位置点信息、救援设备位置点信息等，在人员疏散逃离及救援人员进入现场时给予正确的处置参考信息， 便于科学组织施工，提高施工人员安全意识，避免技术质量事故的发生。

2.3.2 施工监测管理

施工监测管理是利用信息传感设备、视频监测设备，或其他数字化监测手段对施工现场环境进行监测的管理方式。 对于人流量密集区域、车站商业连接区域或其他危险区域进行重点跟踪监测。

采用互联网云技术， 及时将现场存在的问题反馈至模型，便于检查验收、整改责任认定和跟踪解决。 施工安全设施配置模型应完善安全防护等安全设施配置信息，除不停运改扩建工程信息外，还应包括脚手架防护、基坑支护、模板工程、消防疏散分区、安全通道平面布置、施工升降安全、塔吊、起重吊装安全、施工机具安全、施工现场文明生产安全等信息。 同时，由模型输出相关的视图照片、问题跟踪记录辅助编制施工质量检查与安全分析报告。

3 结论

BIM 数字化管控技术在莲花路站不停运改造项目的应用，虽然实现了对既有地铁车站不停运改扩建施工安全风险自动识别和预警，同时平台中存储的BIM 模型和相关项目、安全信息数据也会为今后工程建设的安全风险识别和预警提供有效支持，但是目前BIM 技术在建筑工程的应用还处于初始阶段[10]，需要各专业在建筑工程领域的共同努力和合作，应加深对BIM 技术的分析和探索，使BIM 技术能够更广泛地应用在建筑工程中。

未来，基于人工智能和大数据分析的人脸识别技术、语音识别技术，甚至工厂或现场机器人技术，已经或正在加快进入行业的视野，试图更加深入、更加广泛地解决工程项目管理的问题。 今后的研究将在BIM 数字化管控平台的应用激励机制以及BIM 与其他技术集合等方面进行深一步探讨和完善，以期为城市轨道交通不停运改扩建提供参考，促进工程建设的发展，为社会经济效益最大化做出贡献。