BIM技術在地鐵鋪軌施工中的應用研究

文/王豐倉、楊宮印

1 前言

BIM 技術的發展給城市軌道工程建設帶來了新的機遇，城市軌道建設中的施工單位、設計單位、建設單位及監理單位都不同程度地將BIM 技術應用到各自的建設領域。對此，眾多研究者進行了大量研究，如吳福居、林金華進行將BIM 技術應用于地鐵車站施工進度4D 模擬、現場質量安全等信息化管理實踐研究[1]。張志偉等基于BIM 技術的可視化和數據信息的集成化，開發了地鐵施工風險巡視APP 提高了風險管控能力[2]。李梅等進行了BIM 技術在地鐵工程設計、建設等方面的應用研究[3]。張康寧、劉志偉利用BIM 技術可視化的特點解決了地鐵施工管理信息離散性的問題[4]。雷美玲等結合福州地鐵2 號線施工，將BIM 技術應用地鐵土建施工過程中[5]。汲紅旗等利用BIM 技術對地鐵施工場地布置提出了DSLP 動態場地布置法[6]。綜上所述，BIM 技術在城市軌道交通工程中的研究主要集中在土建施工方面，而在地鐵鋪軌工程中的應用研究較少；另外，目前地鐵鋪軌施工存在施工空間有限、施工精度要求高、施工管理困難等問題，試圖借助BIM技術解決上述問題的研究也比較少。

2 工程概況

西安地鐵3 號線胡家廟-石家街區間全長1477.282m，其中曲線長830.299m，區間鋪軌施工涉及圓形隧道曲線段、馬蹄形隧道減振曲線段、矩形隧道直線段、車站地段道床等不同斷面上的各種類型道床共21 種。地下線曲線段超高采用半超高，在緩和曲線內側采用超高沿曲線方向遞減，在圓曲線兩端的直線段內側超高值采用遞減順接。

3 地鐵鋪軌施工BIM 技術應用技術路線

借鑒BIM 技術在建筑業的成功應用經驗，嘗試BIM 技術在地鐵鋪軌施工中應用。由于鋪軌施工作業空間狹窄，大型機械不能使用，材料調度困難，且對鋪軌施工精度要求高，因此在BIM 軟件和平臺選擇方面提出了新的要求，本文對目前BIM 軟件和平臺在建筑領域中的應用進行了對比分析。就建模應用精度而言，航天領域的CATIA 軟件精度較高，同時該軟件系列還輔助有仿真軟件DELMIA，應用平臺選擇了RBIM5D 建筑管理平臺。

本文以胡家廟-石家街區間為例，首先確定了BIM 實施目標，并進行了現場調研，在此基礎上，BIM 技術人員長期駐場，結合施工圖紙，創建精細化施工模型，利用模型對圖紙再會審以及碰撞檢查，并與設計單位合作，深化設計模型，最后將模型導入RBIM5D 施工管理平臺，實現施工過程的精細化管理。具體實施路線如圖1 所示。

圖1 地鐵輔軌施工BIM 技術應用研究路線

4 BIM 技術應用實踐

4.1 精細建模施工圖會審

根據施工線路分段建立BIM 施工模型，同一標段內按施工工藝劃分施工模塊，并根據施工模塊中的構件進行構件編碼。將鋪軌施工線路控制坐標導入建模軟件，形成與施工現場完全一致的BIM 模型控制線。基于模型控制線和鋪軌施工圖，運用CATIA 建模軟件，根據施工模塊構建三維模型。利用CATIA 軟件進行碰撞檢查，將其結果反饋給施工單位。BIM技術人員與施工方反復核對施工圖紙，最終確認施工圖有21 處設計問題。施工方將圖紙問題，反饋給設計單位，雙方溝通后對施工圖紙進行優化設計，BIM 技術人員根據設計變更修改BIM 模型，最終形成鋪軌施工模型。

4.2 添加施工屬性

BIM 技術的應用基礎是建立精確的鋪軌施工模型，而精細的模型則是將整個胡家廟-石家街區間施工的測量、材料、施工等信息集成到模型中。通過數據集成化，可隨時查詢鋪軌施工所涉及的曲線要素、空間控制參數、道床截面尺寸、空間坐標、軌頂標高等施工信息。將BIM 模型輕量化后，引入RBIM5D 施工管理平臺，通過信息關聯、信息調用等手段，實現鋪軌施工各方之間的協同管理。

4.3 可視化三維技術交底

工藝交底的目的在于向具體的操作人員傳達工程項目對設計意圖、施工技術要求和安全問題的要求。一般情況下，施工前必須進行技術交底，技術交底有書面交底、口頭交底和樣板交底等幾種常見形式，其中樣板交底效果最好，但有些工程在實際施工中并不具備樣板交底條件，而另外兩種較抽象的交底形式效果往往與設計要求有偏差。此外，地鐵鋪軌施工樣板的技術交底困難，由于施工區域道床截面形式較多，逐個制作樣板不經濟、不現實。為此，施工單位嘗試采用BIM 技術解決胡家廟-石家街段交底的技術難題；運用CATIA 建模軟件，根據實際鋪軌施工工藝要求，建立了鋪軌施工的三維模型，并用BIM 仿真軟件實現了鋪軌施工的可視化模擬。

將地鐵鋪軌施工BIM 模型導入DELMIA仿真軟件中，根據施工工藝交底文件，對鋪軌裝配、軌排吊運和道床施工等施工過程進行模擬，生成可重復使用的模擬動畫。現場技術交底以三維模擬技術交底為主，借助BIM 技術實現多維、多角度的三維技術交底。基于BIM 可視化技術，突破了書面交底和口頭交底的空間限制，為現場具體操作人員提供了詳盡、有針對性、操作性和表現力強的三維可視化技術交底。可視化BIM 施工能準確記錄技術交底的全過程，使得施工更加方便、質量更加可靠。利用BIM 技術進行地鐵鋪軌施工現場技術交底主要分為三個階段，具體見表1。

表1 現場BIM 技術三維交底統計表

4.4 項目施工進度管理

將輕量化的BIM 模型上傳到RBIM5D 施工管理平臺，結合施工現場實際，從施工進度管理、材料管理、安全管理等方面實施鋪軌施工精細化管理。進度管理和物料用量控制是鋪軌工程項目成本控制的關鍵，采用RBIM5D 施工管理平臺，在施工前制定不同的施工計劃，通過施工總計劃、施工日計劃等來模擬施工，并將最終確定的施工計劃與BIM 模型關聯(如圖2)，便于施工后期對實際施工進度與計劃進度進行比較，以此來監測施工進度。

圖2 施工總計劃

5 結語

通過BIM 技術在地鐵鋪軌施工中的應用以及機械設計領域的BIM 建模軟件的應用，可以解決地鐵鋪軌施工中的曲線、超高等精細建模問題；另外，利用參數化的道床模型庫，建立了三維技術交底、標準化施工的施工過程仿真庫；通過插件對BIM 模型屬性進行有效提取，并將輕量化BIM 模型導入RBIM5D 施工管理平臺，實現了鋪軌施工精細化管理。