BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用實(shí)踐

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，各城市的保有量迅速增加，導(dǎo)致城市道路日益擁堵，為了緩解城市交通擁堵，改善空氣質(zhì)量，許多城市開始發(fā)展城市軌道交通。在城市軌道交通的建設(shè)中，地鐵車站施工是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，明挖法施工在此得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的施工方法是通過二維CAD圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，但近年來BIM技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用已逐漸興起。本文對(duì)BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);地鐵車站;施工應(yīng)用

引言

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是在20世紀(jì)末由美國(guó)科學(xué)家提出的一種基于計(jì)算機(jī)的建筑模擬系統(tǒng)。21世紀(jì)時(shí)該技術(shù)被應(yīng)用到建筑行業(yè)中，為建筑行業(yè)的技術(shù)性變革提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1項(xiàng)目概況

軌道交通十號(hào)線土建10107標(biāo)段工程位于渝北區(qū)內(nèi)，起止里程為K31+935.64—K36+419.649，標(biāo)段全長(zhǎng)4484m，該標(biāo)段包括：T2航站樓站、渝北廣場(chǎng)站和T3航站樓站—T2航站樓站—渝北廣場(chǎng)站—鹿山站三個(gè)區(qū)間。T2航站樓站位于重慶市江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓前廣場(chǎng)下方，與既有3號(hào)線換乘。該站主體結(jié)構(gòu)為地下暗挖單拱二層島式站臺(tái)車站，車站長(zhǎng)224m、寬24.40m、高20.01m，底板埋深為45.90m，頂板覆土厚度為25.89m，車站共有17個(gè)出地面附屬結(jié)構(gòu)口。車站采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，暗挖最大斷面506㎡，共有17個(gè)出地面附屬結(jié)構(gòu)口。

2 BIM技術(shù)的快速發(fā)展

信息化的高速發(fā)展和應(yīng)用推進(jìn)了整個(gè)建筑行業(yè)的革新，基于對(duì)建筑數(shù)字化進(jìn)一步深入地鉆研和嘗試，建筑施工技術(shù)和施工流程都迎來了全新變革。BIM技術(shù)近年來在我國(guó)建筑行業(yè)迅速發(fā)展，它被作為改變傳統(tǒng)建筑行業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行推廣。BIM技術(shù)在我國(guó)被翻譯為建筑信息模型，它的核心思想是通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)打造和應(yīng)用BIM模型，在工程中完成數(shù)字化工程信息的實(shí)時(shí)更新和共享，提高建筑行業(yè)的施工質(zhì)量和效率。隨著國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)BIM技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)政府部門也出臺(tái)多項(xiàng)專項(xiàng)政策進(jìn)行扶持，BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用開始大范圍推廣落地。

3 BIM正向設(shè)計(jì)方法

3.1協(xié)同設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的目標(biāo)，應(yīng)保證地鐵車站各專業(yè)模型的一致性和同步性，因此需要建立各專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同使用的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。Revit軟件是由Autodesk公司設(shè)計(jì)研發(fā)的一款BIM建模軟件，可以針對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通、給排水等專業(yè)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，支持CAD圖紙導(dǎo)入、創(chuàng)建構(gòu)件明細(xì)表、創(chuàng)建體量模型、創(chuàng)建參數(shù)化構(gòu)件、渲染、漫游及各類能耗分析等功能，并實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)。利用Revit軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)主要有2種方式：①文件鏈接方式，即在Revit軟件里建立一個(gè)中心文件夾，土建專業(yè)設(shè)計(jì)人員將其構(gòu)建的BIM模型放入其中，機(jī)電專業(yè)人員在建模時(shí)鏈接土建模型，以此類推，從而實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的模型共享，此方式適用于不同專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì);②工作集方式，即對(duì)中心文件進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)和權(quán)限的劃分，各設(shè)計(jì)人員針對(duì)屬于自己的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容可及時(shí)在本地文件與中心文件間進(jìn)行同步，各設(shè)計(jì)人員之間可相互借用屬于對(duì)方構(gòu)件圖元的權(quán)限進(jìn)行交叉設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享和溝通，此方式適用于各專業(yè)內(nèi)部的分工和協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.2模型搭建

由于地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)件種類繁多，包括冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)器、風(fēng)閥等，因此搭建通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型所需的族文件數(shù)量眾多，需要根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)涉及的族類型對(duì)項(xiàng)目樣板里的族庫(kù)文件進(jìn)行全面完善和補(bǔ)充，以避免花費(fèi)大量時(shí)間臨時(shí)制作某個(gè)族文件，從而提高BIM模型的搭建效率。地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型搭建完成后，可以利用該模型和項(xiàng)目樣板里的提資模板，完成對(duì)電力、BAS、FAS等相關(guān)專業(yè)的互提資料，以保證通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、閥門的正常運(yùn)行;可將影響車站裝修設(shè)計(jì)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、風(fēng)口等三維模型資料提交給建筑裝修專業(yè)設(shè)計(jì)人員，供其在設(shè)計(jì)時(shí)參考;還可將該模型提交給車站綜合管線設(shè)計(jì)人員，便于其開展管線調(diào)整、碰撞檢查等工作。此外，施工單位可以利用相關(guān)BIM模型在施工前快速、全面、準(zhǔn)確地檢查出設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)誤、遺漏及各專業(yè)管線間的碰撞等問題，并據(jù)此對(duì)相關(guān)施工方案進(jìn)行修改，從而有效地減少返工和控制成本。

4基于BIM的一體化協(xié)同模式

4.1內(nèi)容一體化協(xié)同

基于三維對(duì)象的參數(shù)化建模BIM作為各種建筑信息數(shù)據(jù)參數(shù)化集合的平臺(tái)，設(shè)計(jì)師在建模之前可以植入相關(guān)的建筑規(guī)范或者規(guī)則。例如，在自動(dòng)生成建筑構(gòu)件時(shí)，新生成的構(gòu)件大小尺寸不合理，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警并改正，保證構(gòu)件的準(zhǔn)確性。2）不同應(yīng)用程序間的交互性在實(shí)施地鐵車站建筑工程項(xiàng)目時(shí)，不同軟件的程序互通和文件交互格式成為主要問題。當(dāng)前BIM數(shù)據(jù)模型主要以IFC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，各參與方為了更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。IFC標(biāo)準(zhǔn)中明確了地鐵車站建筑項(xiàng)目中建筑物的所有組成部分，描述了建筑模型中的所有具體和抽象元素，為項(xiàng)目各參與者之間信息的共享和交換提供了基礎(chǔ)。

4.2多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的流程

在多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)流程中以BIM模型作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)師在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)下進(jìn)行設(shè)計(jì)，各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新分享，同時(shí)BIM平臺(tái)還提供文檔的版本控制和交流溝通，模型和設(shè)計(jì)信息實(shí)時(shí)同步。在整個(gè)流程中實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的無縫對(duì)接，打破時(shí)間、空間的界限，進(jìn)行并行的設(shè)計(jì)，提高了整體的工作效率，減少設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的時(shí)間周期。在協(xié)同實(shí)施階段，主要流程是：①各專業(yè)分別建立BIM模型，利用可視化特點(diǎn)及模擬分析程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行深化，形成各專業(yè)初步設(shè)計(jì)模型;②將精確的各專業(yè)模型整合在一起，生成全專業(yè)模型;③將全專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，并對(duì)碰撞問題進(jìn)行處理及優(yōu)化，生成“零錯(cuò)誤”的施工模型，指導(dǎo)生產(chǎn)及施工過程。

5 BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用實(shí)踐

5.1圖紙審核

地鐵車站施工前需進(jìn)行圖紙會(huì)審，提前發(fā)現(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)中的漏洞、錯(cuò)誤和按照設(shè)計(jì)圖紙無法完成的工程結(jié)構(gòu)等問題。由于該地鐵車站所處位置外界環(huán)境較為復(fù)雜，因此施工前進(jìn)行圖紙會(huì)審尤為必要。根據(jù)業(yè)主方提供的施工圖紙，利用revit建模軟件完成地鐵車站的BIM模型。在完成建模工作的基礎(chǔ)上，利用BIM軟件的碰撞檢查功能，分別預(yù)判出了項(xiàng)目中存在的設(shè)計(jì)漏洞和碰撞點(diǎn)，進(jìn)而出具圖審報(bào)告和預(yù)留洞口報(bào)告、預(yù)埋套管報(bào)告，共發(fā)現(xiàn)圖紙問題21處，其中主體結(jié)構(gòu)問題6處。

5.2 BIM模型的建立

利用三維建模軟件，根據(jù)施工圖紙，建立車站結(jié)構(gòu)的三維BIM模型。地下車站施工模型包括維護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系、土方開挖、主體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)，通過整體建模以達(dá)到信息集成的目的。要求在工程項(xiàng)目開展的前中期，對(duì)施工中各個(gè)環(huán)節(jié)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬，對(duì)施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，在具體落實(shí)過程中著重監(jiān)控，減少施工過程中存在的安全隱患。車站結(jié)構(gòu)模型見圖1。

5.3工程量提取

通過創(chuàng)建車站建筑和結(jié)構(gòu)模型，采用BIM技術(shù)快速算量的功能，能夠按照施工需要快速生成分層、分區(qū)、分專業(yè)、分系統(tǒng)等部分的工程量清單，為項(xiàng)目材料采購(gòu)、用料計(jì)劃提供了數(shù)據(jù)支撐。利用LB管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)施工過程中的材料管理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度，分別對(duì)車站主體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的土建工程量和鋼筋工程量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并出具工程量報(bào)表。將BIM模型計(jì)算出來的車站主體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋工程量與項(xiàng)目預(yù)算工程量進(jìn)行對(duì)比分析，形成初步經(jīng)濟(jì)效益報(bào)告。利用BIM技術(shù)對(duì)該地鐵車站主體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)工程量進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目初期預(yù)算與BIM工程量存在一定差距，由此避免清方結(jié)算時(shí)發(fā)生多算少算現(xiàn)象，為項(xiàng)目節(jié)約經(jīng)費(fèi)的目的。

5.4施工現(xiàn)場(chǎng)重難點(diǎn)工作監(jiān)控

對(duì)于該項(xiàng)目中施工過程的重難點(diǎn)，如地下連續(xù)墻的成槽、土石方開挖面積較大、主體結(jié)構(gòu)施工超大跨度結(jié)構(gòu)、地層圍巖穩(wěn)定性較差以及地下管線的遷改工作，需要重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。尤其是在BIM建模過程中，對(duì)于重難點(diǎn)工作進(jìn)行著重模擬。另外，在人員、機(jī)械、設(shè)備入場(chǎng)施工后，重難點(diǎn)工作施工的過程中要及時(shí)記錄施工數(shù)據(jù)，如有異常情況要及時(shí)進(jìn)行反饋，確保工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

5.5對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和BIM信息比對(duì)做出響應(yīng)

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)上傳至BIM信息化平臺(tái)之后，管理人員可以通過已經(jīng)完成的BIM模型信息與現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行比對(duì)。如果信息出現(xiàn)偏差，要及時(shí)分析BIM信息與施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)存在誤差的原因，找出現(xiàn)場(chǎng)的不可控因素或建模中可能存在的問題，如果現(xiàn)場(chǎng)施工存在問題，可及時(shí)調(diào)整施工方案，并給出合理的解決方案。若由于特殊原因現(xiàn)場(chǎng)施工方案無法調(diào)整，則要對(duì)BIM建模信息進(jìn)行及時(shí)更改，確保BIM信息與施工現(xiàn)場(chǎng)信息的統(tǒng)一。

5.6基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度管控

在項(xiàng)目施工之前，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以通過BIM技術(shù)對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)行模擬，詳細(xì)地對(duì)施工項(xiàng)目中的每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行提前模擬，確保施工項(xiàng)目的合理性，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行合理的安排。利用BIM技術(shù)建立建筑模型，給予相關(guān)人員可視化的體驗(yàn)。還能用模型進(jìn)行施工碰撞檢查，通過模型進(jìn)行算量、施工以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)模型的多種用途。通過BIM技術(shù)可以建立預(yù)制構(gòu)件庫(kù)，通過預(yù)制構(gòu)件庫(kù)管理預(yù)制構(gòu)件的出入庫(kù)，詳細(xì)了解每類預(yù)制構(gòu)件的使用情況，可以清晰明了地掌握材料的使用情況，及時(shí)跟進(jìn)每個(gè)施工項(xiàng)目的進(jìn)度，從而更好地協(xié)調(diào)項(xiàng)目的施工進(jìn)度。對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)度的控制能力更強(qiáng)，降低了地鐵站施工錯(cuò)誤率，提高了建筑施工的效率。通過研究發(fā)現(xiàn)：本次研究的BIM結(jié)構(gòu)模型提供了地鐵車站從施工設(shè)計(jì)到后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)整個(gè)施工流程的模擬，便于相關(guān)人員對(duì)施工進(jìn)度的控制，保證了施工效率。同時(shí)有限元分析方法的使用可以對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行有效地分析，從而為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)，提高了地鐵車站整個(gè)施工流程的管理效率。

結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目通過引進(jìn)BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了施工圖紙三維可視化，可根據(jù)施工要求，自動(dòng)生成任意截面剖面圖，方便各類人員快速了解施工圖，有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，減少返工造成的損失，同時(shí)利用BIM技術(shù)對(duì)施工模擬進(jìn)行快速模擬和實(shí)時(shí)調(diào)整，大大提高了施工計(jì)劃的可行性和準(zhǔn)確性。

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作者簡(jiǎn)介：么學(xué)春（1988-），男，籍貫：黑龍江省，民族：漢族，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：城市軌道交通車站裝飾裝修工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究