雷美玲 賴鵬安

(中交二公局第四工程有限公司 河南洛陽 471013)

0 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)或者建筑信息管理(Building Information Management)是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，建立起三維的建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。BIM從2002年引入工程建設行業(yè)，至今已有十七年歷程，已經在全球范圍內得到業(yè)界的廣泛認可，被譽為建筑業(yè)變革的革命性力量[2]。目前，地鐵建設在各大城市急速發(fā)展，地鐵土建施工成為建筑施工中的重要組成部分，許多專家學者及工程師們對BIM在工程應用方面也展開了相關研究，取得了一定的成果[3-4]。本文在借鑒前人研究成果的基礎上，結合BIM技術在福州地鐵2號線上的應用情況，展開了相關研究，以期拋磚引玉，共同提高地鐵土建項目管理水平現實意義。

1 BIM技術應用的基本原則

BIM技術應用的基本原則，在于“指導現場施工，提高管理水平”。因此，在BIM模型、BIM協同管理平臺以及其APP客戶端創(chuàng)建過程，均應考慮是否能給施工管理帶來效能提升，尤其是協同管理平臺及APP客戶端，必須達到操作簡單、系統性能好、平臺自動處理數據能力強等特點。

2 地鐵土建BIM模型創(chuàng)建

2.1 地鐵土建BIM建模需考慮的因素

BIM模型是BIM技術應用的基礎，為了使BIM模型能夠更好地發(fā)揮其優(yōu)勢，指導現場施工，在模型創(chuàng)建時應考慮以下因素：

(1)與實際方案相結合

必須結合實際施工方案，將施工方案作為建模依據之一，若僅以二維施工圖紙為建模依據，BIM模型與實際施工脫節(jié)，難以滿足現場施工需求。

(2)類型類別劃分的合理性

地鐵土建中部分構件屬于異形結構，在BIM軟件中無模板，需要創(chuàng)建族來完成，創(chuàng)建的族類型類別必須與設計構件保持一致。

(3)構件的獨立性

各構件均屬于獨立體，因此，建模過程可對各構件添加位置、名稱、編號等屬性予以區(qū)分，便于獨立管理。

2.2 BIM模型創(chuàng)建的基本步驟

(1)場地布置建模

城市土地寸土寸金，地鐵施工多位于城市交通要道和人員密集區(qū)域，周邊建(構)筑多集中，導致地鐵土建施工場地較小。因場地局限性，合理配置各階段場地設施設備至關重要。利用BIM技術創(chuàng)建場地模型，模擬現場布局，研究出最優(yōu)布置方式。

場地建模包括步驟如下：

步驟S1：根據標高，利于BIM技術創(chuàng)建場地；

步驟S2：建立需要的族，例如，渣土車輛、混凝土罐車、沉淀池、洗車臺、鋼筋加工棚、泥漿拌和站、活動板房、配電柜、塔吊、水溝、欄桿等；

步驟S3：創(chuàng)建臨時行車道，導入車輛族，驗證行車道寬度是否滿足需求；

步驟S4：轉換各設施設備位置，模擬最優(yōu)方案；

步驟S5：不同施工階段，調整布局，實施場地動態(tài)管理。

圖1 車站場地布置建模圖

(2)車站建模

地鐵車站土建施工分部分項工程多，建模一般劃分為6大項，分別為：圍護結構土建模型、圍護結構鋼筋模型、主體結構土建模型、主體結構鋼筋模型、建筑土建模型、建筑鋼筋模型，如圖1所示。

地鐵車站建模包括步驟如下：

步驟S1：創(chuàng)建標高、軸網；

步驟S2：創(chuàng)建各構件(或創(chuàng)建構件并配筋)；

步驟S3：完成模型。

車站建模構件多，建模工作量大，同時為了提高模型的精準性，必須注意以下事項：

①地鐵土方開挖采用分段分層開挖，建模時應結合施工方案分段分層建模。

②支護結構鋼管支撐建模時，若僅按照二維圖紙將二維轉化為三維，雖視圖效果較好，但實際應用效果不佳。因此，建模時必須結合鋼支撐規(guī)格模擬拼裝，即固定端+中間節(jié)+活絡端。例如，采用Revit建模，各種規(guī)格的固定端、中間節(jié)、活絡端應用族創(chuàng)建，固定端、中間節(jié)采用常量族，活絡端采用變量族。每種規(guī)格的固定端均設置兩個常量參數，分別為：長度參數L固，單重參數G固。每種規(guī)格的中間節(jié)也均設置兩個常量參數，分別為：長度參數L中，單重參數G中。而活絡端設置一個常量參數、一個變量參數，分別為：變量參數長度L活(參數取值范圍為L最小值～L最大值)，常量參數單重G活，建模時，鋼支撐總長為L應滿足：L固+(L中1+L中2+L中3+……)+L最小值≤L總≤L固+(L中1+L中2+L中3+……)+L最大值，則單根鋼支撐總重G總=G固+(G中1+G中2+G中3+……)+G活。模型完成后，根據屬性表，可直接導出各種規(guī)格鋼支撐數量及重量，現場施工前，可根據施工進度編制各種規(guī)格鋼支撐材料進場計劃，現場依據模型拼裝。

③車站主體結構建模過程，不僅需要將標高軸、平面軸作為軸網，結合施工方案，還需將施工縫作為軸網。施工縫劃分墻、板、梁、柱，分為段。建模時，分層、分段、分部位依次建模，現場施工時，分層、分段、分部位依次澆筑。

(3)區(qū)間建模

地鐵區(qū)間線路是由豎曲線及平面曲線相結合，屬于空間曲線，可采用Rhino3D NURBS及Revit兩種軟件相結合來完成建模工作。Rhino3D NURBS是一個功能強大的高級建模軟件，處理曲線能力較強，可用其生成地鐵區(qū)間三維曲線。Revit結構建模功能強大，且可以采用Danymo編輯存儲數據，完成管片建模及排版工作，如圖2所示。

圖2 車站圍護結構建模圖

區(qū)間建模包括以下步驟：

步驟S1：獲取線路平面和縱斷面數據，利用Rhino3D NURBS生成盾構隧道曲線區(qū)段中心線三維空間曲線；

步驟S2：根據設計，建立單環(huán)管片三維模型；

步驟S3：沿所述盾構隧道曲線區(qū)段中心線三維空間曲線進行線路預拼裝；

步驟S4：獲取線路各單環(huán)管片預拼裝排版圖；

步驟S5：按照預拼裝排版圖進行實體構件安裝。

利用BIM技術，模擬盾構管片預拼裝是根據整條線路曲率來選擇管片楔形量，從而形成所需曲率的線路，考慮了每一環(huán)管片的拼裝，無累計誤差，如圖3所示。

圖3 區(qū)間盾構隧道建模圖

3 BIM技術在地鐵土建施工中應用

3.1 地鐵土建模型應用

地鐵土建模型完成后，即可根據模型，直接應用。

(1)工程量統計

工程量統計是項目最基礎的工作，成本管理、進度統計、計劃編制、計量結算、材料采購等均以其為基礎。地鐵車站分部分項工程較多，工程量計算復雜，人工計算準確性較低。BIM模型創(chuàng)建后，多數工程量均可直接導出，部分簡易換算即可。

(2)指導現場施工

應用BIM模型進行技術交底、日常技術交流，360度查看模型，更易理解；

將BIM模型導入移動端，查看構件位置、尺寸、結構等信息，按模型施工；

地鐵土建施工中，預留孔洞及預埋件數量多且類型雜，容易遺漏。建模中可用警示顏色創(chuàng)建，施工時查看BIM模型，可快速識別，避免誤差。

(3)二維圖紙校核

建模過程，因人為主觀原因造成的二維圖紙上的錯誤更易暴露，三維模型提高了圖紙的準確性。

(4)復雜節(jié)點分析

地鐵土建施工中部分節(jié)點復雜，尤其是管片鋼筋，利用BIM技術，三維顯示，清晰明了。

3.2 BIM協同管理平臺應用

除直接應用BIM模型外，因BIM軟件數據處理存在一定的局限性，且在BIM模型中存貯數據過多，容易造成模型冗雜，數據傳輸能力不強。因此，可將BIM模型與協同管理平臺、APP相聯接，達到數據共享功能。

BIM協同管理平臺需根據各公司管理需求并結合項目特點進行創(chuàng)建。地鐵施工BIM協同管理平臺可創(chuàng)建以下模塊：

(1)質量、安全管理

安全技術交底資料、檢驗報審資料等均可在BIM協同管理平臺中創(chuàng)建模板，模板創(chuàng)建后直接在平臺中進行操作，填寫、保存或修改、打印。

運用定制的流程將原先施工管理的工作移植到平臺，不僅各方可以及時準確了解到現場的施工情況，而質量安全管理工作更加流程化。

在BIM協同管理平臺中，登記民工信息，并生成二維碼，將二維碼粘貼在各民工的安全帽上，掃描二維碼，即可查看協同平臺中登記的民工進場時間、工種、上崗證件等信息。同理，大型設備也可使用二維碼進行管理，設備檢修均可設置到期預警，提前安排設備檢修事宜。

(2)全過程成本管控

在協同平臺中，創(chuàng)建項目工程費用預算表。設計數據與工程量數據庫相關聯，實際數據與現場數據相關聯，可實現進度成本與總成本的分析對比，實際成本與設計成本的分析對比。工程施工前，由現場技術人員使用APP客戶端在BIM模型中標示出計劃施工部位，推送給成本管理人員。成本管理人員收到施工計劃后，統計設計量?，F場人員收到設計量后，按設計施工，并將實際數據填報在系統中，即可統計出實際成本。

(3)進度管理

由項目計劃編制人員創(chuàng)建施工計劃，并將施工計劃與BIM各構件相關聯。項目施工前，計劃到期預警，由計劃編制人員將計劃下發(fā)給現場施工人員。施工完成后，由現場施工人員在手機APP中填報完成時間。進度滯后，預警提醒，從而及時優(yōu)化施工方案，確保節(jié)點工期。

(4)施工方案模擬

一些重要施工環(huán)節(jié)可利用BIM技術創(chuàng)建專項技術方案演示模型及動畫，有助于直觀地理解方案流程和細節(jié)問題，也便于借助BIM模型進行方案影響因素的討論，確保專項方案的可行性和安全性。

(5)區(qū)間風險管控

地鐵區(qū)間模型創(chuàng)建后，將周邊風險因素加入到模型中，組合成風險源管控模型。模型中，標示風險范圍，并添加風險處理方案。盾構機掘進至風險范圍時，風險預警啟動，現場按照風險處理方案執(zhí)行。

(6)數據的分散管理、集中查詢

根據項目實際需求，日常管理資料及施工影像等均可在BIM協同管理平臺中分模塊創(chuàng)建，各管理部門對其范圍內的數據進行管理。要想實現單個構件的所有相關資料查詢，在管理過程，僅需各部門將數據鏈接至相應BIM模型構件中，點擊構件，其相關數據均可調用，實現了施工管理數據的分散管理、集中查詢功能。BIM協同管理平臺與BIM模型的交互，優(yōu)化了數據存貯方式，減少了數據調用時間，且存貯量更大，存貯時間更久。同時，與其相關的數據可不斷更新，實現數據動態(tài)管理，可為地鐵運營過程檢修養(yǎng)護提供最原始的基礎數據。

4 BIM技術應用難點

BIM技術雖具有較多優(yōu)勢，但因其自身的弊端以及目前存在的眾多問題，使得其在地鐵土建中推行仍有很大阻力。難點如下：

(1)目前，國內BIM技術開發(fā)研究公司較多，BIM技術軟件也各不相同。很多需求需要不同軟件之間的交互與配合，增加了應用難度。

(2)地鐵建模工作量大，且BIM技術相對還不成熟，短期內投入成本大，效益小。

(3)人才短缺，尤其是既掌握BIM技術，又對地鐵土建施工各模塊深入了解的專業(yè)人員少之又少。

(4)目前各公司管理模式已基本形成，推行BIM技術將對原來的管理模式造成沖擊。

5 結語

目前，地鐵土建施工BIM技術的應用還處在初步發(fā)展階段，項目應用時，首先需咨詢專業(yè)人員，初步了解BIM技術特點，然后根據自身項目特點，制定詳細的實施方案，從應用需求、可行性分析、產品選擇、成本估算、效益等多個方面綜合考慮。實際實施過程中，更需定期總結歸納，方可不斷發(fā)展。

BIM技術的應用大多基于模型，尤其是地鐵土建施工，模型的精準度都是影響地鐵土建施工單位應用BIM技術的關鍵因素，因而從設計單位引入BIM技術，直接采用BIM建模并出圖很有必要，可以促進在地鐵土建施工階段再進行細化，應用效果將更加明顯。