地鐵區間盾構法BIM建模標準研究

檀業霖，饒 劍，吳松榕，周 紅

（1.中鐵南方投資集團有限公司，廣東 深圳 518000；2.廈門大學建筑與土木工程學院，福建 廈門 361005）

1 引言

盾構法因掘進速度快、開挖安全的優勢，成為城市軌道交通建設中的首選。盾構施工機械化程度高，施工方案相對復雜且施工過程中管理難度較大，隨著我國地下工程建設發展以及BIM 技術的推廣，地下城市軌道建設工程BIM 技術應用已成為技術熱點。現階段BIM 技術與盾構施工技術相結合建立模型方面的研究較少，尚缺乏盾構法地鐵施工的相關標準。

對此，本文針對地鐵區間盾構法的建模標準進行研究，首先按照WBS 分解原則，對盾構工序進行拆分，并按照工程的實際需要，確定需要在BIM 模型中體現的構件，對其進行編碼，使每個構件都具有唯一、不同的編碼，再根據模型精細度的要求對構件進行建模，使模型信息更加有效的表達，以期為盾構法建模中的BIM 技術應用提供參考。

2 盾構法施工模型構件拆分

2.1 構件拆分原則

城市軌道交通建設領域目前僅有部分地市對分部分項工程劃分標準進行了規范的總結，例如北京市《軌道交通分部工程和分項工程劃分標準》，現有的工程分類和構件拆解方式主要是通過分部分項工程進行劃分，但現行標準較不統一。

地鐵區間施工按施工過程進行拆分，如圖1所示，首先根據工法對施工階段進行劃分，再按照施工過程進行分部分項工程的分解。

2.2 工序分解

結合實際工序及WBS 理論，對盾構法進行工序分解。先按施工順序將盾構法施工劃分為盾構始發、掘進、到達三個過程。再據施工過程，對三個施工階段劃分具體工序。最后對劃分的具體工序中構件進行建模。分解過程見表1。

圖1 構件拆分示例

2.3 構件類型

據模型構建過程中涉及的具體構件，將各工序構件對應補充。對各工序具體構件進行建模，在實現有效模擬盾構法各施工工序的同時，也能夠通過具體模型達到對施工階段進行可視化動態管控的效果。具體的構件類型如表2 所示。

3 盾構法施工模型構件編碼

對構件進行編碼，如圖2 所示，前四級構件編碼采用層次碼，將每一個施工構件層層定位至其具體分部分項工程，每一個層級均用兩位數字表示，與分類體系對應，第五級構件編碼里程是通過縮寫的里程表示定位構件具體位置，第六級構件編碼流水號用于區分同一里程碼的不同構件，僅體現構件的順序，不包含屬性信息，因而用從小到大順序遞增表示，采用四位流水號的遞增順序碼，對同一里程碼的構件由0001 向上遞增以區分表示。

表1 工序分解表

表2 盾構法各工序的構件類型

圖2 編碼格式

考慮到編碼的可擴充性，采用“90～99”作為補充編碼，用于定義表中未包含的構件或施工設備，部分盾構法施工構件的編碼示例見表3。

4 盾構法施工模型構件建模細度

建筑行業的模型精細度LOD（level of development）是指BIM 模型構件包含信息的全面性、細致程度及準確性，而對于工程而言，不同階段所需表達的信息內容及詳細程度會根據需要而有所不同。2008 年，美國建筑師協會（AIA）發布了AIA E202 建筑模型信息協議增編，根據模型元素的精細度將發展水平（LOD）分為LOD100 至LOD500 五個等級。住建部在2017 年的《建筑工程施工信息模型應用標準》中對LOD規范新增LOD350 等級進行補充，詳細定義具體的模型信息。

4.1 盾構法施工模型精細度分析

《建筑工程施工信息模型應用標準》中，將施工過程的LOD 等級分為LOD300、LOD350、LOD400 三個等級，根據等級對構件幾何信息與非幾何信息的要求，定義構件模型精細度。以始發加固和支撐系統分部工程為例，模型具體構件建模細度如表4。

4.2 盾構法BIM建模精細度選擇

LOD300 能夠反映物體的實際形狀，主要用于施工模擬以及碰撞檢查等工作；LOD350 增加了構件連接處的接口信息，用于構件連接復雜的部分；LOD400 附加模型生產、運輸等施工信息，用于施工過程成本控制及構件的制作安裝等。由于施工階段的主要任務是依據已有設計圖紙或模型進行施工，主要考慮施工質量和安全，對應構件的價格、安裝工藝及項目施工進度信息。故選用LOD400為地鐵區間盾構法BIM建模的精細度。

表3 盾構法構件編碼表（部分）

5 案例分析

5.1 工程概況

廈門地鐵三號線過海通道工程起于五緣灣站，穿越海底隧道，終至劉五店站。采用泥水盾構施工的區間長度為1 419.928m。工程的位置示意圖及工法區間見圖3。

圖3 廈門本島至翔安過海通道工程

5.2 盾構法BIM建模標準應用

對構件進行建模及建模細度詳解，精細度選擇LOD400，模型在Bentley 中構建，構件模型、構件幾何信息和非幾何信息在圖中示意。

過海通道區間環狀管片分為六塊，管片構件幾何信息包括角度、軸向長度、內弧里程等，非幾何信息包括管片的類型、材質等。盾構始發托架、螺栓及鋼絲刷等構件幾何信息包括重量、軸向長度、橫向寬度、所處位置里程等，非幾何信息包括構件類型、材質、編號、屬性、生產廠商、安裝工藝等。

管片模型如圖4，模型的顏色選用灰色（RGB值：192，192，192），與實際混凝土顏色相符。

圖4 管片示意圖

盾構始發托架模型如圖5，顏色選用實際顏色黑紅色（RGB 值：116，0，0），相鄰托架單元之間用螺栓進行連接。

圖5 始發托架示意圖

5.3 應用效果分析

在廈門地鐵三號線過海通道項目中，應用盾構法BIM 建模標準，為地鐵工程的施工階段提供了各分部分項工程構件的具體型號、尺寸、安裝方法等信息，實現了動態可視化的施工風險管理。同時，BIM 模型也包含了各分布分項工程構件的具體類型、負責人、價格、生產廠商以及試運行記錄等信息，BIM 模型隨著施工過程不斷地更新和積累，為三號線地鐵工程的設計和運維階段提供了數據支持，滿足各個參與方對項目不同信息的需求，有利于信息交流與掌握，改善了BIM 技術應用局限于設計和交付階段的現狀，在廈門市地鐵建設中發揮了應有的作用。

此外，盾構法BIM 建模標準是以現有的建筑信息模型分類及編碼體系為依據進行構建的，與國內工程量清單等編碼體系較為相近，指導施工的同時，還能夠與工程量、造價計算等工作實現較好的信息交互，有利于標準在項目不同階段的推廣應用。

6 結論

本文建立了地鐵區間盾構法BIM 建模標準，將其應用于廈門地鐵三號線工程。從施工階段的信息需求出發，通過BIM 模型的創建，解決了分部分項工程與工序不匹配的問題，能夠與設計和運維階段的地鐵施工BIM 模型標準共同組成全壽命周期均統一的標準，有助于提高施工和管理效率，促進BIM 技術在地鐵項目及企業中的應用。

本文構建的地鐵區間盾構法BIM 建模標準仍存在不足：①地鐵區間施工包括盾構法、礦山法等多種施工方法，本文構建的是地鐵區間盾構法BIM 建模標準，對盾構法工程進行應用與分析，下一步需要對各個工法將標準完善并推廣至整個軌道交通領域；②此標準在信息技術的應用上，主要利用了BIM 技術。而隨著多樣化信息技術在實際工程中的不斷應用，多種信息技術的有效集成將會使建模技術愈加便捷且準確。如在工程規劃階段可與GIS 技術進行集成應用，在運維階段與運維軟件的交互等。因此，集成其他信息技術，并考慮BIM 與其他信息技術軟件的兼容性，將是下一步的研究與實踐工作。