基于BIM技術的交通樞紐基坑群施工進度管理方法*

摘要：隨著城市交通樞紐建設規(guī)模不斷擴大，工期緊、任務重的基坑開挖項目逐漸增多，控制基坑群同步施工進度成為一項重要的挑戰(zhàn)。以松江南站項目為例，利用Navisworks進行4D施工模擬，建立精細化模型，提出一種基于BIM技術的交通樞紐基坑群施工進度管理方法。該方法提供基坑群施工進度計劃調整方案，以實現(xiàn)施工進度的精確控制和優(yōu)化管理。研究結果表明，BIM技術能夠有效提高交通樞紐基坑工程施工進度管理的效率和準確性，為項目相關方提供實時的進度信息和決策支持，保證施工項目的安全性和可靠性。

關鍵詞：

BIM技術；交通樞紐；施工進度管理；基坑群；同步施工

0引言

隨著城市化進程的加速，交通樞紐已成為城市交通的重要節(jié)點及城市交通系統(tǒng)的重要組成部分。然而，傳統(tǒng)的施工進度管理方法在面對基坑群施工的復雜性時存在著諸多挑戰(zhàn)，如施工進度難以控制、信息不準確、溝通不暢、決策滯后等，BIM技術的應用為解決這些問題提供了新的途徑[1]。

BIM技術是建筑工程中所有幾何和非幾何特征的數(shù)字化表達，貫穿于項目的規(guī)劃、設計、施工及運營維護等各個階段，促進項目利益相關方、設計院、施工單位、監(jiān)理單位之間的協(xié)同。BIM技術具有可視化、協(xié)調性、仿真性、優(yōu)化性和可成像性五大優(yōu)勢[2]。隨著經(jīng)濟的提高，我國的交通基礎設施建設發(fā)展迅速，鐵路、公路、橋梁[3]、水利[4]和城市地下空間開發(fā)[5]等領域涌現(xiàn)出許多相關研究。同時，在交通樞紐建設[1，67]、施工[8]及運維管理[9]中，BIM技術可以提供更加全面、準確的信息，為決策者提供更好的支持，從而提高交通樞紐的建設質量和管理效率。

根據(jù)一些文獻[1012]的研究，BIM技術已經(jīng)在地鐵基坑工程、大型水質凈化廠超大超深基坑工程及超高層建筑深基坑工程中應用，但針對交通樞紐基坑群的研究較少。本文將BIM技術應用于交通樞紐基坑群工程，模擬施工方案，并對施工進度進行調整，以提高交通樞紐基坑群的施工效率。

1工程概況及重難點分析

11工程概況

本項目基坑開挖總面積約39 992m2，其中北廣場及周邊配套工程基坑開挖面積約34 450m2，挖深200m～1330m，站房及相關工程基坑開挖面積約2520m2，挖深775m～880m。承軌層及相關工程基坑開挖面積約3022m2，挖深約320m。N1區(qū)為北廣場地下二層，N2區(qū)為坡道一，N3區(qū)為坡道二；W1、W2和W3區(qū)為南北聯(lián)通道。基坑平面布置圖，如圖1所示。

12工程重難點

本工程有“一線二基坑”三項工程重點，分別為管線改遷、南北聯(lián)通道、北廣場地下空間工程。

北廣場基坑與南北聯(lián)通道基坑、進站及換乘廳與服務中心基坑屬基坑群，相鄰基坑支撐布置形式需結合基坑施工順序綜合考慮，由于工期需要，需同步施工。基坑支撐布置形式需與設計溝通對接，確保基坑同步施工。

北廣場地下空間基坑工程，地質條件較差，基坑超長超寬，面積大、支撐密集，基坑各層結構需全部施工完成換撐并達到強度后，方能拆除對應支撐，施工下層結構，工期緊，任務重。傳統(tǒng)的基坑施工支撐布置形式及結構分段施工方式嚴重制約工期推進。施工總體計劃如下：

（1）先開挖施工W1區(qū)。

（2）待W1區(qū)（鄰N1區(qū)20m范圍內）施工完成后，開挖N1區(qū)。

（3）待W1區(qū)完成后，開挖W3區(qū)。

（4）待N1區(qū)地下室結構施工完成后，開挖W2區(qū)、N3區(qū)。

（5）待W2區(qū)地下結構施工完成后，開挖N2區(qū)。

2建立BIM施工模型

本工程項目應用Revit核心建模軟件的Structure模塊對基坑的圍護結構及支撐建模，如圖2所示。在應用軟件預載的梁、柱、板、樁及墻等族進行建模的基礎上，為了更好地反映真實的工程實體并滿足工程特點，建立了一些參數(shù)化族，如格構柱和混凝土支撐，格構柱組建模如圖3所示。

為依照施工圖樣模擬土方開挖的過程，從基坑群開挖施工數(shù)據(jù)中獲取開挖順序和開挖深度數(shù)據(jù)，根據(jù)不同土方開挖數(shù)據(jù)，構建與每個基坑對應的開挖模型。依據(jù)圖樣中的分塊開挖方法，并按照字母數(shù)字順序，依次開挖土塊及施工支撐。Revit中土方建模如圖4所示。

3BIM技術在基坑群同步施工進度的應用

交通樞紐施工進度管理是交通樞紐建設中的一個重要環(huán)節(jié)，關系到交通樞紐建設的質量和進度。傳統(tǒng)施工進度管理方法主要依據(jù)二維平面圖樣和表格，難以全面、準確地反映交通樞紐施工狀態(tài)，而BIM技術可以將建筑物各個方面的信息集成到一個模型中進行管理，從而得到更全面、準確的信息，為決策者提供更好的支持[13]。

BIM技術在基坑工程施工進度的應用如圖5所示，其分為施工進度的模擬、優(yōu)化和管理。首先，BIM技術用于施工進度的模擬。通過BIM軟件進行施工過程的模擬。根據(jù)定義的施工邏輯和時間要求，模擬軟件自動生成施工進度，并將其在時間軸上進行可視化展示；其次，BIM技術用于施工進度的優(yōu)化。通過BIM技術實時監(jiān)控施工進度的執(zhí)行情況，并對施工進度進行調整，從而保證工程順利執(zhí)行，同時，基于模擬結果，對施工過程進行優(yōu)化。通過調整活動順序、資源分配和時間安排等，可以最大限度地提高施工效率，減少工期和成本；最后，BIM技術用于施工進度的管理。通過BIM技術對施工進度進行預警和風險管理，及時發(fā)現(xiàn)并處理施工進度中的問題，減少施工風險。最終生成可視化的模擬結果，包括進度圖表、時間軸動畫等，用于與項目團隊和相關方的溝通和共享，以支持決策制定和進度管理。

31應用Project編制工程進度計劃

交通樞紐基坑施工工序復雜，工程量大，需要編制三級進度計劃：總工期計劃、年度工期計劃、月度工期計劃[8，14]。首先，利用項目計劃工具Project進行計劃編制，如圖6所示。然后，直接將進度計劃導入四維進度信息管理平臺，并在Navisworks中進行施工進度管理，如圖7所示。

32模擬優(yōu)化

一般地，工程實際活動應嚴格按照計劃執(zhí)行，以在預定期限內完成相應工作，但由于初始進度計劃是由工程管理人員依據(jù)以往工程經(jīng)驗及對本工程具體情況進行預估的，而地鐵工程施工具有高度不確定性[13]，工程變更難以避免。參考無錫地鐵某號線項目，其現(xiàn)場管理人員將實際進度信息記錄在4D模型中[15]。

在本項目中，項目管理者通過審閱4D模型，發(fā)現(xiàn)進度計劃未能按照既定目標進行，決定對后期工作進行調整，即對原定計劃進行最優(yōu)的動態(tài)調整，以保證工程順利開展和實現(xiàn)預期計劃目標，進度計劃變更如圖8所示。借助4D模型，項目管理者可以準確地了解當前施工進度，并與既定目標進行對比。基于這一信息，項目管理者可采取動態(tài)調整的措施，對原定計劃進行最優(yōu)化調整，并根據(jù)實際施工進展和資源可用性，重新安排工作順序、調整工期和資源分配等，以確保進度計劃與項目實際情況相匹配。基于BIM，項目管理者詳細了解施工資源的分配和利用情況，并通過優(yōu)化資源分配和管理，確保每個工序都能夠得到充分的支持和供應，有助于提高施工效率，減少資源瓶頸和浪費，從而推動工程按計劃順利進行。

33模型碰撞檢測

支撐結構的碰撞是一種常見的施工問題，會對施工安全和結構穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響。因此，項目組與設計單位保持密切溝通，及時共享發(fā)現(xiàn)的碰撞問題，并討論解決方案。這種協(xié)作和溝通有助于確保問題得到及時解決，以減少潛在的安全隱患，并確保支撐結構的正確安裝和穩(wěn)定性。

基于碰撞檢測和支撐結構優(yōu)化的結果，項目組對施工方案進行優(yōu)化，以確保施工效率和質量。通過BIM模擬，項目組能夠評估施工方案的可行性和有效性，提前發(fā)現(xiàn)問題并采取相應措施，以確保設計的準確性和施工的順利進行。

在本項目中，項目組使用模型進行碰撞檢測（圖9），發(fā)現(xiàn)支撐結構發(fā)生碰撞。因此，項目組及時與設計單位進行溝通，確定碰撞是否會造成安全隱患，并及時進行調整，確保了施工的安全性和順利進行。

4施工進度計劃調整及管理建議

41施工進度計劃調整

在本項目中，基坑的施工進度不斷變化。基坑施工進度計劃調整如圖10所示，主要步驟如下：

（1）收集項目相關信息。收集項目的實際情況、目標和要求，以及任何可能影響進度的因素，如天氣、資源供應等。通過與項目相關方進行會議、檢查項目文檔和數(shù)據(jù)、實地考察等方式完成信息收集，以確保對項目的整體情況和現(xiàn)狀有清晰了解。

（2）評估當前進度計劃。仔細審查當前的進度計劃，包括工序、工期、資源分配等，確定是否需要進行調整。評估過程中使用進度管理工具和技術，如甘特圖、關鍵路徑法等，對進度計劃進行分析和優(yōu)化。

（3）識別調整需求。根據(jù)項目情況和目標，確定需要進行調整的方面，包括延長或縮短工期、調整工序順序、增加或減少資源等。通過與項目團隊成員和相關方的討論和溝通，識別出調整的具體需求。

（4）分析影響和風險。評估調整可能帶來的影響和風險，包括對其他工序的影響、資源調配的變化等。通過綜合考慮各種因素，做出合理的決策，并制訂相應的調整方案。

（5）制訂調整方案。根據(jù)評估結果，制訂詳細的調整方案，包括具體的調整內容、時間安排及資源調配等。確保調整方案能夠實施，并與項目團隊成員和相關方進行充分的內外部協(xié)調和溝通。在方案制訂過程中，須考慮項目目標、資源可用性及風險管理等因素。

在評估當前進度計劃時，根據(jù)資源不變的假設，找到最短工期。目標函數(shù)和約束條件[16]公式如下

式中，Rd為最大供應量；Ri，d（t）為資源總量；i為工序編號；n為項目工序的數(shù)量；h為緊前工作中的工序編號；Dh為工序h的持續(xù)時間；Ti為工序i的實際開始時間。

基于BIM技術的進度計劃動態(tài)調整可納入進度計劃平臺，BIM技術的信息化和可視化優(yōu)勢可用于快速審查最初的項目進度信息。在本項目中，N1基坑開挖原本計劃102d，在根據(jù)上述步驟調整后，預計80d完成。

42施工進度管理建議

面對大型基坑群項目時，考慮到施工工期緊、任務重等特點，合理的施工進度管理尤為重要。施工進度管理建議如下：

（1）全面收集項目的相關信息并分析項目的重難點，制訂初步施工進度安排表。

（2）動態(tài)調整是關鍵，進行同步施工模擬時，合理利用BIM技術對計劃的更迭進行記錄，利用BIM可視化的特點進行預判并調整施工進度。

（3）在評估當前進度計劃時，可選擇合理的數(shù)學模型，并將結果納入BIM進度計劃動態(tài)調整平臺。

5結語

本文以交通樞紐基坑施工為背景，成功地將BIM技術應用于該領域，并以松江南站項目為例進行研究。通過對BIM可視化特點的探討，闡述了參數(shù)化建模和施工進度模擬的過程，針對基坑開挖方案和施工進度調整等關鍵技術進行了全面分析，并提出相應的解決方案，具體如下：

（1）在建模方面，以格構柱為例，將其建模歸納為一組格構柱族，從而提高了建模效率，并減少了后續(xù)建模工作量。

（2）通過創(chuàng)建4D模型，實現(xiàn)了基坑土方開挖和支護階段施工進度的可視化。4D模型的靈活性使得項目組能夠根據(jù)現(xiàn)場變化隨時對計劃進行調整，從而更好地滿足實際施工需求。

（3）對涉及基坑施工進度調整的BIM技術進行歸納和總結，并提供一套可供參考的解決方案。

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收稿日期：20240506

作者簡介：

王強（通信作者）（1980—），男，高級工程師，研究方向：BIM施工管理。

段羅（1987—），男，高級工程師，研究方向：地下工程施工。

孫懷杰（1989—），男，工程師，研究方向：市政工程施工。

劉于暉（1990—），男，工程師，研究方向：市政工程施工。

盧河錫（1988—）男，工程師，研究方向：市政、民建施工。

張偉（1993—），男，助理工程師，研究方向：市政施工。

*基金項目：中鐵二局集團有限公司科技研發(fā)項目“松江南站樞紐工程施工關鍵技術研究”（（23）GP026）。