論BIM技術在濟南地鐵施工中的應用

（中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程簡介

濟南市軌道交通R3 線一期土建工程一標段，區間雙線總長約4.1km，包含2 站1 區間1 出入場線，即龍洞停車場出入場線、龍洞莊站、龍洞莊站～孟家莊站區間、孟家莊站。施工范圍為標段范圍內的土建工程、安裝預留預埋工程、交通導改、管線遷改、既有道路破復及協調配合。其中，孟家莊站和龍洞莊站長度分別為300.9m 和382.5m，均為地下兩層島式車站（局部三層）。龍洞莊站站前停車線為直線段暗挖區間，長度192.9m。盾構區間、停車場出入線暗挖段及明挖段均處于孟家莊站和龍洞莊站之間，盾構區間長1 286.023m，暗挖區間長702.651m，明挖法區間長1 033.55m。

2 項目施工難點

1）地鐵施工區域緊鄰建筑住宅區，施工空間狹窄，采用多個作業面同時作業，施工安全控制難度較大。

2）施工線路長，工程規模大，投入機械設備多，施工管理難度大。

3）施工工序繁雜且區間盾構隧道穿越泉脈發育地段，施工危險性系數較高。

4）施工工期較短，施工現場安全文明施工要求較高。

3 BIM技術與項目施工生產結合應用要點

3.1 三維分層地質模型及應用

根據區間、車站地質詳勘資料，將勘探孔詳細數據導入Civil 3D，形成地質分層實體模型，豐富地質表達。同時，將地質模型導入Revit 中與工程實體模型鏈接，利用任意剖面出圖特性功能，生成各施工部位地質斷面圖指導工程施工，特別是將盾構區間分層地質模型與盾構線路模型整合，運用BIM 輕量化引擎處理，在移動端及網頁端隨時隨地查看盾構掘進部位地質分布情況，為盾構掘進施工參數確定提供重要參考（圖1、圖2）。

圖1 龍洞莊站地質斷面圖

圖2 孟家莊站地質斷面圖

3.2 地形及周邊仿真環境模型及應用

結合標段地形圖，采用Civil 3D 導入地形數據，形成地形曲面實體模型，通過體量表達周圍構筑物，仿真模擬施工周圍環境（圖3）。利用地形曲面實體模型和標段地形圖，對場站布置、物料運輸及交通導改等進行前期規劃和指導，提高施工場地布局合理性（圖4）。

圖3 項目周邊環境整體渲染效果圖

圖4 物料運輸線路布置圖

3.3 地下管線模型及應用

濟南地鐵施工區域地下管線布置繁雜，在對區間、車站管線詳細勘察的基礎上，建立地下管線綜合分布模型，并將管線布置模型與地質實體模型關聯，直觀顯示管線布置形式及區域。利用模型對不同區域不同類別管線實時查看，提前發現需遷改線路，并優化管線遷改方案，提高管線改遷效率。

3.4 場站模型及應用

為解決濟南地鐵施工區域狹窄的問題，確保施工區域場地合理規劃，創建大量設備、標準配件及現場標準化標識牌、宣傳牌等設施族，利用建立的族庫對施工場地提前進行提前虛擬規劃，提高場地利用率，確保工程順利施工。

3.5 基坑模型及應用

1）三維可視化技術交底及工程量統計 濟南地鐵龍洞莊站基坑防護采用吊腳樁+錨索+放坡噴錨和一樁到底+內支撐的兩種支護形式，利用建立的基坑模型對內插裝配式方樁、混凝土支撐和鋼管柱支撐進行三維可視化技術交底，提高交底效率。同時，基于基坑整體模型，對鉆孔樁及鋼支撐材料工程數量進行統計，為材料采購和提取提供參考依據。

2）基于基坑模型的虛擬施工模擬 濟南地鐵R3 線基坑臨近既有居民區，基坑開挖深度最深處達22m，為確保基坑安全施工，對基坑圍護樁施工進行動態演示，提高圍護樁施工質量，確保圍護樁施工質量。同時，將基坑施工計劃進度表與模型對接，對基坑開挖及支護施工進行四維虛擬施工模擬，提前發現工期滯后現象，為項目管理者及時發出預警。

3.6 基于車站模型的應用

1）設計圖紙查錯與優化 在創建BIM 模型及模型查看過程中，對設計圖紙進行審查，發現圖紙共計存在20 余處問題，通過提前將問題圖紙反饋給設計方，避免后期施工返工。

2）碰撞檢查 通過模型創建發現地下箱涵頂板與出入線底板沖突，通過對方案比較論證，提出箱涵頂板拆除，出入線底板與箱涵頂板共建的解決方案，有效避免硬碰撞，并優化施工方案。

3）可視化技術交底（結構預留預埋）利用車站整體結構模型，對車站主體結構預留孔（洞）及預埋構件進行可視化技術交底，并了解預留預埋信息，避免結構預留（埋）構件的漏、缺、錯問題。

4）材料工程量統計 在材料采購階段，基于創建的車站主體模型，對整個車站主體的鋼筋、混凝土等工程材料總量進行統計分析，為物資材料數量整體把控提供參考依據。同時，分階段準確提取車站各個環節材料工程用量，依據工程量統計表，準確計算不同施工階段材料工程用量，緩解施工場地材料堆放壓力，同時緩解材料資金需求壓力。

5）基于車站模型的四維虛擬施工演示 在建立車站各節段模型的基礎上，重點對車站各節段主體施工過程進行動態施工模擬，通過模擬演示使施工人員充分理解各節段施工過程和質量卡控點，確保車站主體施工質量。

6）基于車站模型的內部漫游 將車站各個節段模型進行整合，利用Navisworks 對車站內部進行動態漫游，直觀查看車站內部結構是否存在碰撞沖突，對車站內部關鍵部位進行查看，提前發現施工中存在的問題。

3.7 基于線路模型的應用

3.7.1 基于線路模型三維可視化技術交底

針對孟家莊站盾構端墻鋼筋排布密集，鋼筋布置形式復雜的特點，對端墻部位鋼筋進行精細化建模，利用模型對施工人員進行技術交底，提高鋼筋綁扎效率和質量。

3.7.2 關鍵節點材料工程量統計與復核

對重點、復雜部位鋼筋進行精細化模型，統計鋼筋材料工程量，通過與施工設計圖紙鋼筋材料統計表對比，提前發現圖紙中鋼筋材料存在的錯、漏、缺問題。

3.7.3 基于線路模型三維可視化模擬

1）暗挖隧道施工模擬 暗挖隧道施工采用CRD 法開挖，在對暗挖隧道整體結構建模的基礎上，利用Navisworks 軟件對隧道施工過程進行虛擬施工演示，使施工人員提前了解施工工藝流程，并提前指出施工危險源，確保隧道安全施工。

2）盾構施工模擬 盾構施工是地鐵施工的關鍵一環，基于線路和盾構模型，對盾構施工工序進行三維虛擬施工動態演示，提前模擬盾構始發-掘進-接收等各施工階段，提高施工人員對盾構過程的全面認識，有效把控施工質量。

3）風井施工模擬 風井施工具有安全風險系數高的特點，對風井基坑開挖、支護及整體施工進行三維虛擬施工動態演示，使施工人員提前全面了解風井施工工藝流程，認識施工中的安全風險源，確保工程安全施工。

3.8 基于BDIP管理平臺的應用

BDIP 建筑數據集成平臺，全稱叫Building data integrate platform，是由畢埃慕（上海）建筑數據技術股份有限公司開發的一款基于BIM模型為核心的從規劃設計到工程竣工階段的數據集成平臺。濟南地鐵R3 號線在精細化建模的基礎上，充分利用了BDIP 系統平臺，其中，主要對模型的輕量化瀏覽、項目人員的實時討論、質量流程管理和文檔資料查詢功能進行了應用。

1）模型的輕量化瀏覽 利用BDIP 系統平臺，將BIM 模型進行輕量化處理，實現實時查看模型目的，同時，將輕量化模型通過構建著色管理，實時查看工程施工進度并對視點進行查看與保存，實現及時溝通技術問題的目標。

2）基于項目人員的實時討論 將BIM 模型導入BDIP 系統平臺，施工人員利用PC 端或移動端操作模型，且畫面實時同步，并支持線上聊天功能，施工人員基于BIM 模型進行問題溝通，有效提高施工問題解決效率。

3）質量流程管理 結合BDIP 流程模塊及BIM 模型，將施工過程中存在的問題進行記錄和管理，通過流程化管理，將質量安全問題責任到人、并對整改時間做出規定，提高解決現場問題效率。

4）文檔資料查詢 BDIP 平臺移動端支持瀏覽項目相關資料，查看圖紙等功能，施工技術人員利用BDIP 平臺現場查閱圖紙規范、各種檢查報告、確認合同內容等，大大提高了文件閱覽效率。

4 結語

隨著建筑信息化的不斷推進，BIM 技術在工程施工領域的應用越來越廣泛，為利用信息化BIM 技術指導地鐵工程施工，濟南地鐵R3 線土建工程一標在工程施工階段對BIM 技術進行了應用研究，通過工程實際應用取得了良好的應用效果，可為類似工程施工BIM 技術應用提供有益指導與借鑒。