BIM技術(shù)在地鐵土建施工中的應(yīng)用

杜 航 航

(華北水利水電大學土木與交通學院,河南 鄭州 450045)

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，城市人口急劇增加，交通擁堵問題愈發(fā)嚴重，修建地鐵成為越來越多大型城市的選擇[1]。BIM技術(shù)作為建筑產(chǎn)業(yè)信息化的重要手段，為建筑的設(shè)計、施工和后期運營維護帶來變革[2]。本工程主要在地鐵土建施工階段運用BIM技術(shù)進行施工場地布置、管線改遷、復(fù)雜鋼筋節(jié)點排布、圖紙審查、工程量計算、質(zhì)量管理，對以后BIM技術(shù)在同類工程中的推廣應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

1 工程概述

鄭州市地鐵某車站，為地下3層雙柱三跨島式車站，設(shè)有4個出入口，2組風亭。車站采用明挖法施工，地連墻加內(nèi)支撐的支護體系，基坑開挖面積約4 179 m2。車站主體結(jié)構(gòu)采用混凝土箱型結(jié)構(gòu)，外包長度203.08 m，標準段寬22.9 m，站臺寬14 m，總建筑面積18 678 m2。

2 BIM在地鐵土建施工中的應(yīng)用

2.1 場地布置

由于車站位于主城區(qū)道路交叉口，周邊環(huán)境復(fù)雜場地狹小，為確保施工各階段各工序能合理銜接必須對施工現(xiàn)場進行合理的規(guī)劃，根據(jù)車站規(guī)模及周邊場地情況的圖紙，利用BIM模型的可視化對擬建工程的施工場地進行機械布置，對現(xiàn)場的道路、材料堆放等進行合理調(diào)整，完善場地各功能區(qū)的最佳布置形式，形成兩種布置方案，經(jīng)過比選確定方案二為最佳場布方案。

現(xiàn)場場布方案確定后，對場布方案的實施進行可視化展示，采用lumion創(chuàng)建場布漫游，并通過720云生成二維碼展示在現(xiàn)場關(guān)鍵位置，直觀展示現(xiàn)場布置情況，如圖1所示。

通過模型提取場地布置臨建材料用量，自動生成材料明細表指導(dǎo)材料的采購，有效控制材料成本，如表1,表2所示。

表1 矮護欄明細表

表2 高護欄明細表

利用BIM模型的可視化進行三維立體施工規(guī)劃，為施工現(xiàn)場布置提供可視化參照，提高了施工效率；通過比選，鋼筋加工區(qū)占地減少了100 m2；道路硬化節(jié)省占地150 m2；機械施工區(qū)與鋼筋加工區(qū)實現(xiàn)了有效分離，減少了交叉施工干擾。

2.2 管線改遷

車站基坑周邊有電力、熱力、雨水、燃氣、給水等管線，在基坑施工前需遷改繞行基坑，前期提供的設(shè)計路由通過CAD圖紙展示，圖紙僅僅通過標注管線設(shè)計高程的方式提供豎向坐標參數(shù)，缺少立面和剖面視圖，無法直觀地展示基坑及周邊建構(gòu)物與管線豎向相對位置關(guān)系。設(shè)計深度無法滿足施工需要，往往在后期遷改過程中，發(fā)現(xiàn)管線與管線及附近建筑物之間存在各種高程及位置沖突，導(dǎo)致二次遷改，延誤工期。

通過BIM技術(shù)創(chuàng)建各種管線和圍護結(jié)構(gòu)模型，展示了管線穿越圍護結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系。其中，電力管線穿基坑南端頭地連墻，規(guī)劃向南繞行，通過模型展示發(fā)現(xiàn)電力管線原路由東遷至廣電大廈門前距離大門過近影響內(nèi)部人員出入，且其路由與周邊熱力、給水高程存在沖突，遷改空間狹窄。項目通過合理優(yōu)化路由避開大廈門前施工,縮短了40%的遷改長度，減少了對大廈的影響，節(jié)省了費用15萬元，縮短了管線遷改的施工工期20 d，如圖2所示。

2.3 復(fù)雜鋼筋節(jié)點排布

車站主體結(jié)構(gòu)各構(gòu)件節(jié)點處鋼筋排布復(fù)雜，設(shè)計圖紙現(xiàn)場指導(dǎo)性差，通過對復(fù)雜節(jié)點處鋼筋進行排布，輸出鋼筋下料單，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工，并采用720云生成二維碼在現(xiàn)場各個工作面進行展示，方便工人隨時掃碼確認節(jié)點做法，能有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工，大大提高了施工的精準度，如圖3,圖4所示。

2.4 圖紙審查

在主體結(jié)構(gòu)模型建立的過程能發(fā)現(xiàn)很多圖紙問題，諸如柱構(gòu)件尺寸標注不清、標高錯誤、平立面圖不對應(yīng)等。在模型創(chuàng)建過程中可以對施工圖進行輔助審查，將這些問題匯總，以備在圖紙會審會議中進行協(xié)商。在CAD圖紙中不易發(fā)現(xiàn)的問題在三維的BIM模型中即可直觀地反映出來。

2.5 工程量計算

因各個車站基坑形式復(fù)雜多樣，基坑寬度也不盡相同，基坑標準段設(shè)置為直支撐、盾構(gòu)井處則為斜撐，長短不一，而市場上鋼支撐均為固定長度的規(guī)格，需通過合理配置及結(jié)合活絡(luò)頭調(diào)整范圍綜合選取組合長度，常常出現(xiàn)進場長度選取不合適而頻繁退場的情況。通過創(chuàng)建支撐各配件自適應(yīng)族，載入圍護結(jié)構(gòu)基坑模型，能快速匹配最佳組合長度，并生成明細表，提高了鋼支撐安裝的精確度，方便了支撐材料的采購，如表3所示。

表3 鋼支撐明細表

2.6 碰撞檢測

在車站圍護結(jié)構(gòu)施工完成后，創(chuàng)建主體結(jié)構(gòu)模型，通過Navisworks對圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)局部存在21處碰撞點，其中均為臨時立柱與主體結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件平面位置存在沖突。項目部立即組織對車站臨時立柱與主體結(jié)構(gòu)梁沖突情況討論解決方案，因其涉及結(jié)構(gòu)受力安全，一致認為需調(diào)整立柱位置，如圖5所示。

通過查看圖紙并與設(shè)計院溝通協(xié)商，為避免對后期施工帶來麻煩確保結(jié)構(gòu)安全，在圖紙會審時對相關(guān)格構(gòu)柱位置進行了優(yōu)化調(diào)整。項目部對變化部分進行了二次交底，減少了施工過程中出現(xiàn)大量變更的可能性，避免了大量的返工，保障了工程進度。

2.7 質(zhì)量管理

為滿足質(zhì)量要求，質(zhì)量管理過程中充分利用軌道公司地鐵隱患手持端和一建集團云建造系統(tǒng)，實現(xiàn)質(zhì)量隱患的提出、整改、復(fù)查、預(yù)警等功能，有效加強了工程質(zhì)量管理的過程控制，優(yōu)化了工程質(zhì)量管理的效果，提高了各項質(zhì)量管理活動的效率，對各問題進行及時整改，從而達到預(yù)定質(zhì)量目標，如圖6，圖7所示。

3 結(jié)語

隨著城市地鐵的大規(guī)模修建，BIM技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用會越來越廣泛和深入。BIM技術(shù)在本項目的應(yīng)用在縮短工期、降低經(jīng)濟成本、提高質(zhì)量等方面取得了良好收益，對以后同類工程具有借鑒意義。