BIM 技术在地铁施工管理中的应用研究

BIM(BuildingInformationModeling)是一个全新的理念和技术，通过 BIM 技术，从设计－施工－维护，始终存在一个以可视化的“BIM 三维模型”为载体的虚拟数字模型[１]。基于 BIM 的虚拟施工仿真与演练，实现了工程建设的“先试后造”，得到最优的施工方案，大大降低了施工现场中出现问题的程度，在工程质量、施工成本、施工管理等方面具有指导性的意义。

1、BIM技术在施工中的应用现状

目前，BIM技术在工程建造各个阶段的应用领域非常广泛。其中，在施工阶段的应用主要有三维模型的协调、场地的施工规划、工程量的统计、施工动画的虚拟、成本及进度的控制等方面。与日本、欧美发达国家相比，我国的BIM技术起步比较晚，BIM技术从理论到具体工程实践运用需进一步完善，如BIM技术在项目信息集成管理到施工方案一体化确定尚处于探索阶段。BIM技术在房建领域的应用要远优于其他建筑工程领域。

近年，随着BIM技术的发展，BIM技术开始在地铁项目中应用。杜长亮基于BIM技术和AR技术的工程现场管理理念，将大量的BIM信息数据与现场的环境进行实时的交换，将设计、施工、运营三个模块融合，进一步完善系统框架的信息流转，并通过工作人员对框架的的流程梳理，明确系统的整体框架[２]。蒲红克、魏庆朝等人将BIM技术运用到地铁施工过程周边建筑的加固，以空间坐标为定位基准，以时间参数来预测地铁施工过程中各个位置的沉降、倾斜变化来模拟施工[３]。路耀邦等人为探索BIM技术在隧道及地下工程领域施工中的应用，以大石坝暗挖车站为案例，基于BIM技术在地铁车站施工中的三维可视化、碰撞检查、施工进度、工程量计算、设备台班及监控量测等典型应用进行研究，实现了施工的动态化管理[４]。

卢祝清等人利用BIM技术对地铁工程的项目决策－图纸设计－工程施工－竣工验收及后期维护等建设全寿命周期的应用进行了研究[５]。张书起针对地铁施工特点，通过对传统施工管理的研究，提出了BIM集成化管理模式，进一步完善了施工管理[６]。这些研究充分体现了BIM技术在工程施工中的应用价值和前景。

２ 深圳地铁施工技术难点

２.１地铁施工特点

地铁施工是城市轨道交通设施的重要组成部分，地铁施工建设任务繁重，影响建造的因素很多，工程质量要求严格，从施工的角度，大致分为地铁车站结构施工和地铁区间隧道结构施工方面[７]。其表现出来的最大特点就是施工的技术难度多，主要突出特点有如下几个方面。

１)工程地质复杂。由于地铁长距离穿行于城市的繁华地带和人员密集区域，导致施工机械使用受限，这无疑增大了工程施工难度，同时对施工技术、施工人员以及管理方法提出了更高的要求。

２)施工机械种类繁多。地铁施工过程中使用了盾构机、挖掘机、运土机等大型施工机械，需要统计施工机械的数量、施工强度是否满足施工要求，以及在地下窄小的环境中组装、吊运盾构机等过程中如何选择最佳的吊运方案。

３)施工现场风险性大。基坑的支护措施工程量大，结构复杂，周边建筑物近，基坑对土地的扰动大，对周边的建筑物的影响大，这些因素无疑加大了施工现场危险性。

４)工程协调难点多。选取合理的方法衔接各专业人员有序进行施工难度大。在施工工期内避免因设计图纸的错误造成不必要的返工并保证减少施工中物料的浪费成为了最大的技术难题。

２.２工程概况

深圳市地铁９号线向西村站、文锦站、向西村—文锦区间工程特点如下:向西村站:站总长度为２０１.３m，站台宽３.０m，车站标准段宽度为１６.６m，底板埋深约２５.８６m，顶板覆土约３.０~３.４m。

文锦站：站总长度为５００.７m，站台宽１１.２m，车站标准段总宽度为１９.９３m，底板埋深约１８.１６m，顶板覆土约４.２m。

向西村—文锦区间:左线起讫里程长４９６.６４m，区间右线长４９１.１１６m.本区间最大线路纵坡２９‰，最小纵坡为４.１５４‰，最小竖曲线半径为３０００m.区间左线覆土７.５~１１m，右线覆土约１９~２６m.向文区间平面布置如图１所示。

向西村站、文锦站、向文区间，已经做出了详尽的施工组织计划。但由于地下工程未知因素多，相关关键施工环节需要重点把控。地铁施工工期紧，设计变更多，施工材料的堆放量大，工程包含的专业多达２２个，站点基坑开挖面积大。

针对深圳地铁项目工程技术难点，并结合地铁施工特点，仅凭经验处理施工现场的难题很难达到理想的效果。因此，本工程项目部决定采用BIM技术指导施工。

３、BIM技术在地铁施工中应用

３.１施工中的生产管理

３.１.１施工进度控制与吊装施工方案模拟传统的施工流程(图２)与采用BIM技术的施工流程(图３)，看出BIM技术具有很大的优势。

传统的施工流程依据现场情况分析得到的施工方案，是根据施工进度计划安排.随着工程的有序推进，难免会遇到施工技术问题，如设计变更、各专业工序连接、碰撞检测等问题，这样会让施工进度计划推迟.特别是地铁施工地下空间有限，如何完成盾构机的安装成为本工程一大技术难题。深圳地铁项目部得到设计图纸后，建立了与现场施工流程一致的三维模型，通过碰撞检测、工程量统计分析、模型参数调整等过程得到最优模型，采用BIM技术将最优的三维模型在Navisworks中进行４D动画模拟，并确定最优施工方案，力求在施工前期排除施工中遇到的各种问题，并指导施工[８].图４是利用BIM技术完成盾构机安装工程的施工模拟。

３.１.２地铁管线的碰撞检测

地铁管线的排布是一个十分复杂的事情，通过各个专业的模型叠加进行碰撞检测，用专业知识结合项目现场的情况全面复合管线布置情况，提出最优化的碰撞检测后的管线模型[９].

深圳地铁项目BIM团队建立管线模型时，通过碰撞检测后发现各专业管线存在碰撞问题，在碰撞检测前，通风管与水管产生碰撞，经过BIM技术调整后水管向上绕过通风管，使地铁空间得到合理布置，提前解决了管线安装过程中的问题.图５为碰撞检测后的管线模型。

３.２施工中的技术管理

３.２.１图纸的会审传统的二维图纸基于平面表达，图纸会审时很难发现空间设计上的问题.对于涉及的专业众多、施工构件种类繁多、地下施工空间有限等诸多技术难点的地铁工程，在图纸会审时，难以让建设、施工、监理单位能直接地理解设计方案.采用BIM技术进行三维可视化模型的建立对解决这些技术问题会有明显的优势.通过BIM模型对整个地铁设计图纸进行动态的可视化展示，从而减少识图时间。

具体流程如下:深圳地铁项目部得到施工设计图纸后，将图纸分配给BIM技术团队，BIM团队按专业不同将图纸分配给不同的BIM建模小组，通过各专业的模型建立，最后完成整体三维模型的组装并进行图纸三维校核，分析模型中出现的问题，及时将设计变更反馈给BIM技术团队，完成图纸会审.图６是BIM技术图纸会审的流程图。

３.２.２三维可视化交底

在深圳地铁工程施工前期，图纸及设计变更都需要以交底的形式将设计意图传递给施工单位.传统的二维图纸表达能力有限，由于地下工程施工构件多、地下空间狭窄、各专业的配置情况复杂等问题，加上施工人员技术水平、经验有限，导致施工图纸交底的内容难以具体体现，为了解决这些问题，深圳地铁项目部充分利用BIM三维可视化的特点，先对施工复杂的节点进行空间上的三维定位，然后通过BIM模型展示复杂节点的三维视图。

这种三维可视化的模型交底可以让施工单位更好地理解设计方的设计意图，更能直观地反映车站内部的配置情况，施工单位施工过程中节省大量识图时间(图７)。

３.２.３云计算技术处理模型信息

采用BIM数据库的一个好处在于BIM构件是一个rich信息模型.该模型包含大量可用工程信息，包括构件的几何尺寸、构件类型、构件材质、工程量等信息，BIM技术与云计算结合可实现地铁BIM数据创建应用一体化解决方案及跨区域数据共享.深圳地铁工程项目部将计算机云计算技术连入BIM系统，将几何数据、属性数据导出至数据库形成一个统一的网络数据库，从而使几何数据库大大的简化，在更改设计方案时节约了不少时间。

另外，将属性数据导入网络数据库，实现唯一数据源，在Revit端和网络应用端便于分析和查询数据。使用这种形式高度集中而逻辑不统一的数据分类方法，对施工数据进行统一管理。针对具体需求的数据录入及基本施工工序调整功能，用于建立具体图元和在施工计划/施工任务数据库中的相应任务建立映射关系，可以方便调整和修改施工方案.这种各专业、各工序、各系统在一体化的数据库中进行数据提取，大大提高了施工质量和效率，同时降低工程后期维护成本。

３.３施工中的成本管理施工前期，根据施工安排和设计图纸建立与施工现场工序相匹配的三维模型。对于复杂的施工节点，利用revit软件统计节点的工程量与现场实际材料消耗量对比，及时发现错误，真正做到施工成本控制。文锦站土方工程是本工程复杂的施工节点，深圳地铁项目部通过建模获得了文锦站土方工程量。通过Revit明细表功能，可估算出文锦站总体土方开挖工程量，盾构井比标准开挖要深１.１１m，统计出开挖土方量约为１８４６１５.０６m３(表１)。合理的安排施工用料，实现BIM５D施工管理[１１]。

具体流程如下：建立三维模型后进行碰撞检测，如果发现问题及时进行设计变更，得到最优预算模型，选择施工所需的材料参数并自动生成材料明细表，然后列出材料计划，最后将材料计划导入预算成本控制管理系统进行成本动态控制[１２]。

４、结论

深圳地铁项目将BIM技术应用到了铁路施工管理方面.使用Revit软件对深圳地铁向西村站车站主体、文锦车站主体、部分管道等进行BIM模型的建立。

解决地铁施工中施工工序模拟、模型信息管理、成本控制中的关键问题，包括施工模拟、施工方案确定、三维可视化施工、工程量统计等方面.通过BIM模型，让各专业施工参建方更好的了解设计图纸，协调各施工工序，同时节省大量的识图时间，了解地铁地下施工各构件的资源配置情况。粗放型的施工管理模式走向三维化、信息化、协同化.对于跨专业繁多、地下结构复杂的地铁建筑，使用BIM技术将比传统的建筑工程项目管理模式更具有推广意义。