基于BIM技术的盾构算量技术路径研究

摘 要：该文着重探讨城轨工程建设中盾构算量的问题及解决方案。通过研究基于BIM模型的算量系统，可以实现精准快速地导出工程量，减少人工干预和工程量偏差，确保工程量计算的准确合理。该文提出建立BIM算量建模规则、制定BIM算量编码标准、规范工程量清单生成流程等解决方案。同时，加强全生命周期造价管理以及推动BIM模型包含算量功能的多场景应用也被认为是关键措施。这些举措不仅可以提高工程量计算的准确性和合理性，还可以促进数据共享和工程质量管理的提升，为城轨工程的建设提供了可靠的技术支持和管理手段。

关键词：BIM技术；算量系统；区间模型；盾构算量系统；技术路径

中图分类号：TU723.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）28-0174-05

Abstract： This report focuses on the issues and solutions of shield tunneling calculation in urban rail engineering construction. By researching a quantity calculation system based on BIM models， it is possible to accurately and quickly export engineering quantities， reduce manual intervention and engineering quantity deviations， and ensure accurate and reasonable calculation of engineering quantities. The article proposes solutions such as establishing BIM quantity modeling rules， developing BIM quantity coding standards， and standardizing the process of generating engineering quantity lists. Meanwhile， strengthening the quality management of cost engineering throughout the entire process and lifecycle， and promoting the integration of BIM models and quantity models are also considered key measures. These measures not only improve the accuracy and rationality of engineering quantity calculation， but also promote the improvement of data sharing and engineering quality management， providing reliable technical support and management methods for the construction of urban rail transit projects.

Keywords： BIM technology; quantity calculation system; interval modeling; shield calculation system; technical path

BIM（Building Information Modeling）算量技术在工程管理中具有重要性，其应用逐渐得到广泛认可与采用。首先，BIM算量技术可以提供更为准确和可靠的工程量信息。传统的工程量测算通常基于平面图纸和手工计算，存在着信息不全、计算错误等问题，而BIM技术能够通过数字化的建模方式将建筑、结构和设备等各个部分的信息集成在一起，实现对工程量的精确计算，避免了人为因素带来的误差。其次，BIM算量技术有助于提高传统工程造价工作的效率。通过BIM软件，工程师可以在建模过程中直观地观察到各个构件的空间关系和属性信息，从而更加直观地理解工程结构，减少了对设计意图的误解和沟通成本。同时，BIM技术还可以与项目管理软件相结合，实现工程进度的动态跟踪和资源的有效调配，提高了工程管理的响应速度和决策效率。最后，BIM算量技术有助于提升工程管理的质量和安全水平。通过BIM技术，工程师可以在设计阶段就对工程施工过程进行模拟和优化，发现潜在的施工风险和冲突，并及时采取措施进行调整，从而减少了工程施工中的安全隐患和质量问题，保障了工程的顺利实施和交付。综上所述，BIM算量技术在工程管理中的重要性体现在提供准确的工程量信息、提高工程管理效率、提升工程管理质量和安全水平等方面，其应用也在不断地得到完善和推广。

1 BIM算量技术路径研究

BIM算量技术通过对清单开项的梳理建立建模规则，通过对比分析，形成标准化文件，并通过软件写入数据库，最后导出工程量清单。下文结合算量技术路径的关键步骤进行阐述。技术路线如图1所示。

1.1 清单开项及计算规则

首先，本研究需要从模型中提取几何属性，如管片的体积以及开挖的土石方的体积等。这些属性可以直接通过模型的几何信息进行提取，并作为清单的开项之一。

其次，基于模型构件的几何信息，结合相应的计算规则进行导出。例如，对于防水材料的开项，可以通过读取管片的几何尺寸以及预先设定的公式进行计算生成，从而减少建模工程师的繁冗工作。

另外，对于模型中无法直接体现的信息，如盾构机的台数或者吊装的次数等我们通过在软件界面进行人工录入的方式，并且与模型中的其他信息进行关联，确保清单的完整性和准确性。

综上所述，清单开项及计算规则需要综合考虑模型的几何信息，属性信息、计算规则以及其他相关信息，确保清单的全面性和准确性，为工程管理提供可靠的依据。

1.2 盾构及矿山法区间模型对应清单开项

盾构法区间模型（图2）对应的清单开项包括多个方面。首先是管片，其中需要考虑到管片的防水情况、材料类型以及注浆等相关参数。其次，还需要考虑土石方的开挖情况，包括土、岩层以及复合地层等不同情况的开挖量。最后，清单中还需要包括跟踪注浆及预注浆区域，特别是袖阀管的部分，这对于施工过程中的注浆工作至关重要。另外，还需考虑断层破碎带的情况，其中包括断层处的注浆管等相关项目。综上所述，盾构法区间模型对应的清单涵盖了管片、土石方、跟踪注浆、断层破碎带以及洞口环圈等开项，这些项目都是盾构施工过程中不可或缺的重要部分。

矿山法区间模型（图3）对应的清单开项涵盖了多个重要方面。首先是初期支护，包括初支钢架、锚杆、锁脚铆管等项目，其中初支钢架的砼等级、锚杆的规格等都是需要清单中明确的内容。其次是二次衬砌，这部分涉及到砼等级、拱墙、仰拱等项目，需要对这些构件的尺寸、材质、数量等进行清单开项，确保施工的准确性和可控性。最后是仰拱填充，其中包括踏步、测沟槽、盖板等项目，这些都是矿山法区间施工中不可或缺的环节，需要在清单中进行明确。综上所述，矿山法区间模型对应的清单开项涵盖了初期支护、二次衬砌和仰拱填充等多个方面，每一项都对矿山工程的施工质量和进度起着至关重要的作用，因此需要按照相关的算量建模规则进行模型的创建。

1.3 导出工程量清单

这2种类型的工程量清单各自具有不同的用途和适用范围。首先，第一种类型工程量清单最终表格（图4）是直接交付给业主的，也用于清单招标和施工单位的计量结算。这个表格通常是按照项目的最终设计要求和施工实际情况编制的，包括所有施工项目的具体清单和数量，用于准确地核算工程成本和支付工程款项。其次，第二种类型（图5）则是针对第一类表格每一项开项的子项展开，适用于概算和预算的编制。通过这种分项展开，可以更清晰地了解每个工程项目的成本组成，有助于提前发现潜在的成本风险和优化成本结构。综合而言，这2种工程量清单的设计和编制相辅相成，一方面满足了业主和施工单位的实际需求，另一方面为概算和预算的编制提供了更为详尽的数据支持，共同促进了工程项目的顺利进行和成本控制。

2 BIM算量技术在轨道交通五期27、29号线试点项目的应用

本研究选取27号线民康站—民宝站区间，29号线白石洲站—白石洲北站区间作为试算区间。

2.1 BIM算量技术在轨道交通五期27号线试点项目的实际应用

民康站—民宝站区间（图6）线路出民康站沿龙华大道梅龙路向北敷设，侧穿1栋15层房屋，侧穿梅龙路桥桩，区间下穿5号线暗挖区间，下穿深惠城际明挖区间，下穿1栋6层房屋，侧穿梅龙民旺天桥后接入民宝站。区间全长912 m。

本盾构区间覆土厚度约12.6～22.5 m。区间的最大纵坡为25‰。区间采用盾构法施工。民宝站始发，民康站接收。区间设一座联络通道兼泵房。民康站—民宝站区间试算清单如图7所示。

本次试算除了计算规则不统一而导致的误差外，其他开项无误差，具体试算误差分析如下。负环段（75%），计算规则不同，由于咨询考虑负环段的四次摊销，软件未按此逻辑；管片钢筋（14%），计算规则不同，设计模型与咨询的含钢量不统一，设计为170 kg/m3，咨询为145.8 kg/m3。同步注浆及二次注浆（-12%；32%），计算规则不同，设计模型与咨询的注浆系数不统一，设计按模板注浆系数未修改；遇水膨胀止水条及传力垫：计算规则不同，设计模型与咨询单位未统一单位，设计模型按长度导出，咨询按隧道环数导出；隧道洞口环圈（-37%），设计模型与咨询计算规则不同

2.2 BIM算量技术在轨道交通五期29号线试点项目的实际应用

白石洲站—白石洲北站区间（图8）线路整体为南北走向，线路出白石洲站后沿沙河街道向北敷设，先后侧穿深圳湾畔、金三角大厦、沙河街居委会、侨城豪苑和白石洲城市更新项目后到达白石洲北站。区间右线起讫里程为右CK2+185.878～右CK2+771.285，左线起讫里程为左CK2+185.845～左CK2+771.285，含短链3.599 m。区间右线全长585.407 m，左线全长581.841 m。本区间无联络通道及泵房。

区间隧道最大纵坡为7.451‰，竖曲线半径最大为5 000 m。隧道洞身主要穿越全风化粗粒花岗岩、砂土状强风化粗粒花岗岩。洞顶埋深16.7～20.0 m。围岩等级为Ⅲ～Ⅴ级，区间采用盾构法施工，盾构选用复合土压平衡盾构。白石洲站—白石洲北站区间试算清单如图9所示。

区间模型其他开项误差均在6‰以内。具体试算误差分析如下。疏散平台（4.32%）：模型问题，由于存在前后梯道，该梯道不计入疏散平台长度，设计及咨询计算为隧道通长×疏散平台宽度，故模型导出量小于设计及咨询算量。

2.3 BIM算量结果的可行性和效益评估

试算问题主要源于BIM三维模型计算与传统二维算量的差异，导致模型导出量较传统算量更大。这种差异性导致了试算的综合误差。为解决这一问题，项目组已经提出了一系列建议方案。首先，针对建模赋属性操作繁琐的问题，项目组正在开发通过中心里程线批量赋予管片模型注浆系数功能模块。这样的功能模块将极大地简化建模过程，提高工作效率。其次，针对洞口环圈涉及不同工况和设计人员理解差异的情况，项目组已在模板中给出参数化的洞口环圈模型，并建议设计人员根据实际情况进行模型的参数化调整。同时，建议统一计算规则，特别是对于柔性接缝环的计算规则，以确保设计人员在不同材料情况下的一致性。为此，项目组正在针对不同材料开项进行软件更新，以提高建模的准确性和一致性。这些建议方案将有助于解决试算问题，并进一步优化建模过程，提升工作效率和成果质量。

本次试算主要针对29号线白石洲站—白石洲北站区间及27号线民康站—民宝站区间进行试算，试算结果见表1。

3 结论与展望

3.1 推广算量技术路径的必要性

推广算量技术路径的必要性在于其能够提升工程管理的效率、准确性和可持续性。首先，算量技术路径的推广可以实现工程量的自动化计算和清单的快速生成，大大减少了人工计算的时间和错误率，提高了工程管理的效率。其次，通过算量技术路径，可以实现对工程量数据的精细化管理和实时监控，有利于及时发现和解决工程施工过程中的问题，降低了工程管理的风险，提高了工程的质量和安全性。此外，算量技术路径的推广还能够促进信息共享和协同工作，实现设计、施工、监理等各个环节之间的无缝连接，加强了团队间的沟通和协作，提高了工程管理的整体效能。最重要的是，算量技术路径的推广有助于推动工程管理向数字化、智能化方向发展，适应了工程管理的现代化需求，为建设更加智慧、高效的工程项目打下了坚实基础。因此，推广算量技术路径是提升工程管理水平、推动工程行业转型升级的必然选择。

3.2 进一步研究方向和未来发展趋势

进一步研究BIM算量方向的未来发展趋势是在BIM技术基础上更深入地挖掘其在工程管理中的潜力，以实现更高效、更精确和更可持续的建设项目管理。首先，未来的研究可以聚焦于提升BIM算量的智能化和自动化水平。这包括开发更高级的算法和工具，实现对工程量数据的自动识别、提取和分析，从而减少人工干预，提高数据处理的速度和准确性。其次，可以进一步研究BIM算量在建设项目全生命周期中的应用，包括设计阶段的算量、施工阶段的进度管理和成本控制、运营阶段的维护管理等，实现从设计到运营的全过程管理和信息共享。另外，未来的研究还应该关注BIM算量技术与其他相关技术的融合应用，如人工智能、大数据、物联网等，以实现更智能、更高效的工程管理模式。此外，也可以结合可持续发展的理念，研究如何通过BIM算量技术优化设计和施工过程，减少资源消耗、降低碳排放，实现工程行业的可持续发展。综上所述，未来BIM算量方向的研究应该是多方位、多层次的，既要关注技术本身的提升和创新，也要结合行业需求和社会发展，探索更广阔的应用领域和发展路径。

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