BIM技术在地铁工程中的应用研究

冯小江 娄运达 刘洋 周真真

摘 要：【目的】为了解决传统地铁施工信息化程度低，建模效率低的问题，研究建筑信息模型技术在地铁工程中的应用。【方法】本研究利用BIM技术，建立西安地铁八号线某标段模型，实现地铁模型的参数化设计。【结果】利用Revit二次开发技术，提高了地铁模型在Revit中的构建效率，完成地铁模型BIM技术交底。优化地铁施工场地管理，使得场地规划更加合理。【结论】利用互联网技术，实现了地铁智慧工地可视化关系平台构建，提高了施工管理的信息化水平。

关键词：信息化技术；地铁工程；BIM应用

中图分类号：TU92       文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2023）09-0088-04

Abstract： [Purposes] In order to solve the problems of low informatization and low modeling efficiency in traditional subway construction， the application of building information modeling technology in subway engineering is studied. [Methods] In this study， BIM technology was used to establish a section model of Xi 'an Metro Line 8 to realize the parametric design of the subway model. [Findings] The secondary development technology of Revit is used to improve the construction efficiency of subway model in Revit and complete the BIM technical disclosure of subway model. And the technology optimizes the management of subway construction site，making the site planning more reasonable. [Conclusions] By using Internet technology， a visual relationship platform for subway intelligent construction site has been realized to improve the informatization level of construction management.

Keywords： information technology; metro engineering; BIM application

0 引言

BIM是利用數字信息技术实现信息化建筑模型，从而辅助设计施工的一种技术。对于施工企业，BIM技术多用于效果展示、场地规划，施工技术交底等。因地铁属于线性工程，建模相对复杂，故BIM技术在房屋建筑领域应用较多，在城市轨道交通领域应用较少［1］。本研究基于西安地铁八号线某标段工程，利用Revit二次开发技术，研究Revit在地铁项目中的应用，为BIM的全生命周期应用提供参考。

1 工程背景

西安地铁八号线某标段共包含两站两区间，其中芙蓉东路站、芙雁区间及雁新区间由二分部负责施工。芙蓉东路站车站长度为192.28 m，主体结构形式为三层双柱三跨、局部三柱四跨的现浇钢筋混凝土箱型框架结构，共设两组风亭和三个出入口。芙雁盾构区间长1.5 km，线路纵坡形式为单边坡，最大纵坡28%，设两处联络通道。雁新暗挖隧道长0.8 km，线路纵坡形式为单面坡，最大纵坡为26%。

1.1 周边环境复杂

隧道沿寒窑路地下敷设，侧穿万科金域曲江，以小半径下穿南三环及绕城高速并与植物园西路斜交，之后侧穿西安市民政曲江小区，以小半径侧穿减灾救灾教育馆，下穿规划法院进入南三环并沿南三环地下敷设，侧穿雁翔桥、上穿DN1200热力管线后到达雁翔路站。其中涉及热力管道的迁改和交通导改。施工需要协调的管理单位众多，协调困难。

1.2 施工作业面有限

暗挖区间竖井（41.424 m）埋置深度大，采用倒挂井壁工法施工，施工空间狭窄（4.6 m×6.9 m），联络通道马头门施工难度大。车站施工围挡区域狭小且基坑开挖深度大，便道最宽为3 m，材料转运只能采用龙门吊。

1.3 施工风险高

该项目的隧道施工方式有暗挖、盾构两种，专业施工队伍多，工期紧，任务重。盾构接收的暗挖段长达26 m，需要空推出洞，且区间和主体在水位线以下，易出现渗漏水、涌水等问题。区间隧道下穿南三环U型挡墙，需细化施工措施，加强施工过程中的施工量测及监控量测。区间隧道距离预应力桩基础水平净距约为2.65 m，交叉作业面多，暗挖区间施工土方外运、工作面施工材料吊装运输均由洞口竖井桁吊完成，且暗挖区间正洞四个掌子面同时施工，交叉作业较多，竖井桁吊功效严重制约暗挖正线进尺效率，施工难度大，风险高。

为解决地铁施工难题，采用BIM技术对项目进行数字化管理。利用Revit二次开发技术进行地铁模型的建立，提高了建模效率。利用BIM技术进行施工安装模拟，方便施工人员理解相关工艺流程。同时还利用BIM技术进行了数字化管控、场地管理及管线迁改优化，实现了BIM的多方位运用。

2 BIM模型的建立

2.1 采用Revit建模的优点

Revit作为我国房建领域使用最广的建筑信息模型软件，也可用于城镇轨道交通领域，采用Revit构建地铁模型主要有以下优势。

2.1.1 易于算量。Revit自带明细表功能，可以读取建筑信息模型的相关工程信息，方便导出项目的工程量清单，造价人员可以根据此清单进行计算，也可以将信息导入第三方算量软件进行工程量的计算。

2.1.2 参数化设计方便模型的构建。参数化建模是Revit的一大特点，在Revit中可以针对模型进行参数化设计。将可变的参数赋予模型，同类型的模型都可以通过更改参数来生成，从而方便模型的构建。在BIM项目中引入参数化设计可以提高模型的设计效率。

2.1.3 方便上手。Revit与CAD同属于欧特克公司的软件。CAD主要应用于二维、三维图形设计，而Revit则应用于三维建筑模型设计。两款软件的操作界面及操作逻辑都是相通的。熟悉CAD的设计人员也很容易上手操作Revit，实现从二维设计到三维设计的转换［2］。

2.2 基于Revit二次开发的地铁建模

在以往的BIM应用经验中，Revit多被运用在房建领域中。这是由于Revit包含了许多成熟的关于房建的系统族，用户可以十分方便地调用，从而提高建模效率。而类似地铁这种线性工程则缺乏相应的系统族，这就造成了用户在Revit中构建地铁模型效率低，成本高的问题。陈烨等［3］通过对模型特点的研究，制定新型建模方法，添加构件参数信息，建立参数化族库。对Revit软件进行二次开发，将原有的建模方法系统化，形成一套连续的建模流程。因此针对地铁工程模型在Revit中实现的难点，需要研究地铁模型在Revit中的Ribbon拓展界面，从而提高地铁模型在Revit中的构建效率。

Revit允许用户通过API定制自己的Ribbon界面［4］。Revit API也提供了相关面板控件的创建。Revit API目前支持的控件有：RibbonTab、PushButton、SplitButton、TextBox、RibbonPanel、PulldownButton、Combobox等。本研究利用IExternalApplication外部应用接口实现了地铁Ribbon界面的拓展，同时利用IExternalCommand外部命令接口实现了相应按钮功能。将常用参数化族集成在Ribbon上方便调用，从而提高地铁工程建筑信息模型的构建效率。常用的地铁参数化族在Revit Ribbon上的集成如图1所示。建成的地铁车站模型效果如图2所示。

3 BIM信息化平台及應用

依托西安地铁八号线项目，结合地铁施工特点，开展地铁项目BIM应用研究，结合建筑信息模型进行施工安装模拟、地铁施工的数字化管控、BIM场地管理，实现全方位BIM应用。

3.1 施工安装模拟

车站主体基坑围护结构采用围护桩+内支撑的支护方式，围护桩采用直径1.2 m、间距1.5 m的钻孔灌注桩，嵌固深度为基坑底以下8.5～10 m，桩长为31.8～36.1 m，共计304根。

在传统的施工过程中容易交底不充分，从而在施工中造成许多问题，采用BIM技术进行交底，可以提前发现施工过程中存在的不合理现象，避免其影响正常施工。BIM技术将传统的交底文件转换为形象生动的三维交底文件和施工动画，将施工工艺形象生动地展示在被交底人面前，提高交底效率。由格构柱交底动画可知，格构柱与钢筋笼之间应焊接牢固，其加工除满足设计要求外，还应符合下列规定：格构柱采用分节制作，由角钢和钢缀板焊接而成。为了吊装安全，每节格构柱长度不超过10 m。最后格构柱焊接完成之后对格构柱整体下放，下放过程中应定位准确，格构柱方向平行于基坑，不得倾斜、偏移，地铁格构安装模拟如图3所示。

3.2 地铁施工的“数字化管控”

西安地铁八号线是中国关中平原城市群大都市圈轨道交通线网中最为重要的骨干线路和换乘线路，也是目前西安在建的唯一一条环线。施工环境复杂，施工方式多样，施工风险高。通过智慧工地决策系统来及时获取施工状态，对设备进出场情况异常进行预警，保证地铁施工安全、规范。对地铁施工数据进行可视化整理，合理安排大型设备，劳务进出场时间，避免出现窝工现象以及因窝工现象造成的利润损失。采用BIM快速建模、BIM施工技术交底、大型设备进出场管控、三维场地规划等数字化工地技术，提高了西安地铁施工的信息化水平，实现了智慧工地的信息化、智能化。

基于BIM的地铁智慧工地可视化系统平台是一款集成了现场施工数据收集、分析、辅助决策等功能的智能系统。该系统提供了现场数据收集、分析、应用的标准模式。基于BIM平台的质量检查将传统的施工质量检查信息化，用户将质量检查资料上传至平台并关联模型，系统将工程质量问题按不同部位进行统计，以使工程的问题部位充分暴露，并推送至负责人处进行处理。

由于地铁车站位于居民区附近，工地施工环境也会影响周边居民居住的舒适度。为了实现绿色文明施工，平台实现了环境监测功能的集成。将工地周边的扬尘传感器、噪声传感器数据接入地铁智慧工地可视化系统平台，实现噪声动态监测，扬尘智能治理。扬尘噪声监测系统与喷淋系统共同链接到BIM模型上，可在线实时查看监测数据，当现场环境监测值达到预警值后，喷淋自动开启。

本项目施工现场布控30余个视频监控，并将所有视频监控归集到指挥平台，通过网页或手机查看现场情况，同时通过AI图像识别程序进行实时分析和预警，通过安全帽识别、周界入侵识别、车辆识别、火焰识别、反光衣识别、夜间施工识别、烟雾识别等，让工地更安全、高效、规范、智慧，施工信息可视化如图4所示。

3.3 基于BIM的场地管理

建立不同施工阶段的场地布置建筑信息模型，区别于利用CAD来进行二维场地规划，BIM技术将场地规划变得更加立体直观，更方便对各个施工阶段进行场地规划，避免因发生作业面重合而造成冲突、窝工［5］。

车站总体施工划分为三个阶段：围护结构施工阶段、基坑土方开挖与主体结构施工阶段和盾构施工阶段。目前地铁车站主体已完成施工，施工场地布置已完成布设转换，场地布设主要集中于围挡内东西两端头及南北侧施工便道上，场地布置根据现场施工動态布置，临时设施合理布设满足安全、经济、合理、适用要求，临水、临电、排污满足生产需要，并充分考虑文明施工和环境保护要求，满足标准化施工，地铁施工场地布置如图5所示。

利用BIM技术可视化的特点，进行三维立体施工规划，包括办公区、生活区、材料堆放区、材料加工区、仓库、现场道路等。可以直观地反映施工现场状况，合理优化材料堆放，有效避免施工过程中多个工种在有限场地内相互干扰，减少施工现场材料的二次搬运，有效控制现场成本支出。通过确定最优路径的方法，保证道路畅通，整齐有序。利用BIM模型来验证施工方案是否合理，对材料的堆放，设备的进退场路线，各个工序的穿插衔接进行分析，提前发现施工方案中的不合理因素［6］。

3.4 基于BIM的管线迁改优化

利用BIM技术对地下管线、地下构筑物和车站结构创建BIM模型，整合模型并做碰撞检测，精确定位对车站结构施工有影响的管线，优化管线迁改设计方案，并通过模型提取管线位置、标高、工程量等信息。基于BIM可视化特点，可以提高施工单位与各管线产权单位的沟通效率，进而合理优化迁改方案、减少返工、加快进度、降低项目成本［7］。在管线回迁时应同步跟进模型，为项目提供相关运维资料［8］。

4 结语

该项目将BIM技术与地铁工程相结合，利用Revit二次开发优化地铁模型，拓展了Revit的Ribbon区。利用BIM技术进行三维可视化建模，直观展示设计内容，提高沟通协调效率。实现基于BIM的场地管理，更加直观地展现各阶段场地布置方案，更有利于提前发现问题。通过拓宽BIM的应用范畴，解决了地铁施工因场地管理不当而造成的工期延误。利用BIM技术进行施工工艺模拟，直观地演示现场的现有条件、施工顺序及解决重难点问题的施工方案，从而达到降低安全风险、节约成本、保证安全施工的目的。实现了BIM技术全方位、多角度应用，为同类型工程提供参考。

参考文献：

［1］白婧. 建筑工程项目BIM应用效益评价的研究［D］.大连：东北财经大学，2019.

［2］陈文宝，魏志松，张航，等.BIM技术在装配式桥梁工程中的应用［J］.北京交通大学学报，2019，43（4）：65-70.

［3］陈烨，周佶，徐秀丽.现浇箱梁在REVIT中的新型建模方法［J］.江苏建筑，2016（6）：86-87.

［4］沙名钦. 基于BIM技术的桥梁工程参数化建模及二次开发应用研究［D］.南昌：华东交通大学，2019.

［5］张涛，李鸿杰，陈超环.BIM在施工场地管理中的应用研究［J］.建筑技术开发，2021，48（4）：98-100.

［6］段波，甘林，熊满勋.BIM技术在施工各阶段场地布置中的应用分析［J］.智能建筑与智慧城市，2021（9）：68-69.

［7］李芳芳.机电工程管线安装管理存在的问题及BIM技术的应用［J］.中国高新科技，2022（12）：58-59.

［8］饶舰，韩佳，王亚旭.BIM技术在市政工程管线迁改中的应用［J］.施工技术（中英文），2022，51（11）：45-48.