論BIM技術(shù)在濟(jì)南地鐵施工中的應(yīng)用

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程簡介

濟(jì)南市軌道交通R3 線一期土建工程一標(biāo)段，區(qū)間雙線總長約4.1km，包含2 站1 區(qū)間1 出入場線，即龍洞停車場出入場線、龍洞莊站、龍洞莊站～孟家莊站區(qū)間、孟家莊站。施工范圍為標(biāo)段范圍內(nèi)的土建工程、安裝預(yù)留預(yù)埋工程、交通導(dǎo)改、管線遷改、既有道路破復(fù)及協(xié)調(diào)配合。其中，孟家莊站和龍洞莊站長度分別為300.9m 和382.5m，均為地下兩層島式車站（局部三層）。龍洞莊站站前停車線為直線段暗挖區(qū)間，長度192.9m。盾構(gòu)區(qū)間、停車場出入線暗挖段及明挖段均處于孟家莊站和龍洞莊站之間，盾構(gòu)區(qū)間長1 286.023m，暗挖區(qū)間長702.651m，明挖法區(qū)間長1 033.55m。

2 項目施工難點(diǎn)

1）地鐵施工區(qū)域緊鄰建筑住宅區(qū)，施工空間狹窄，采用多個作業(yè)面同時作業(yè)，施工安全控制難度較大。

2）施工線路長，工程規(guī)模大，投入機(jī)械設(shè)備多，施工管理難度大。

3）施工工序繁雜且區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越泉脈發(fā)育地段，施工危險性系數(shù)較高。

4）施工工期較短，施工現(xiàn)場安全文明施工要求較高。

3 BIM技術(shù)與項目施工生產(chǎn)結(jié)合應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 三維分層地質(zhì)模型及應(yīng)用

根據(jù)區(qū)間、車站地質(zhì)詳勘資料，將勘探孔詳細(xì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Civil 3D，形成地質(zhì)分層實體模型，豐富地質(zhì)表達(dá)。同時，將地質(zhì)模型導(dǎo)入Revit 中與工程實體模型鏈接，利用任意剖面出圖特性功能，生成各施工部位地質(zhì)斷面圖指導(dǎo)工程施工，特別是將盾構(gòu)區(qū)間分層地質(zhì)模型與盾構(gòu)線路模型整合，運(yùn)用BIM 輕量化引擎處理，在移動端及網(wǎng)頁端隨時隨地查看盾構(gòu)掘進(jìn)部位地質(zhì)分布情況，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)確定提供重要參考（圖1、圖2）。

圖1 龍洞莊站地質(zhì)斷面圖

圖2 孟家莊站地質(zhì)斷面圖

3.2 地形及周邊仿真環(huán)境模型及應(yīng)用

結(jié)合標(biāo)段地形圖，采用Civil 3D 導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)，形成地形曲面實體模型，通過體量表達(dá)周圍構(gòu)筑物，仿真模擬施工周圍環(huán)境（圖3）。利用地形曲面實體模型和標(biāo)段地形圖，對場站布置、物料運(yùn)輸及交通導(dǎo)改等進(jìn)行前期規(guī)劃和指導(dǎo)，提高施工場地布局合理性（圖4）。

圖3 項目周邊環(huán)境整體渲染效果圖

圖4 物料運(yùn)輸線路布置圖

3.3 地下管線模型及應(yīng)用

濟(jì)南地鐵施工區(qū)域地下管線布置繁雜，在對區(qū)間、車站管線詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，建立地下管線綜合分布模型，并將管線布置模型與地質(zhì)實體模型關(guān)聯(lián)，直觀顯示管線布置形式及區(qū)域。利用模型對不同區(qū)域不同類別管線實時查看，提前發(fā)現(xiàn)需遷改線路，并優(yōu)化管線遷改方案，提高管線改遷效率。

3.4 場站模型及應(yīng)用

為解決濟(jì)南地鐵施工區(qū)域狹窄的問題，確保施工區(qū)域場地合理規(guī)劃，創(chuàng)建大量設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)配件及現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)識牌、宣傳牌等設(shè)施族，利用建立的族庫對施工場地提前進(jìn)行提前虛擬規(guī)劃，提高場地利用率，確保工程順利施工。

3.5 基坑模型及應(yīng)用

1）三維可視化技術(shù)交底及工程量統(tǒng)計 濟(jì)南地鐵龍洞莊站基坑防護(hù)采用吊腳樁+錨索+放坡噴錨和一樁到底+內(nèi)支撐的兩種支護(hù)形式，利用建立的基坑模型對內(nèi)插裝配式方樁、混凝土支撐和鋼管柱支撐進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，提高交底效率。同時，基于基坑整體模型，對鉆孔樁及鋼支撐材料工程數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，為材料采購和提取提供參考依據(jù)。

2）基于基坑模型的虛擬施工模擬 濟(jì)南地鐵R3 線基坑臨近既有居民區(qū)，基坑開挖深度最深處達(dá)22m，為確?；影踩┕?，對基坑圍護(hù)樁施工進(jìn)行動態(tài)演示，提高圍護(hù)樁施工質(zhì)量，確保圍護(hù)樁施工質(zhì)量。同時，將基坑施工計劃進(jìn)度表與模型對接，對基坑開挖及支護(hù)施工進(jìn)行四維虛擬施工模擬，提前發(fā)現(xiàn)工期滯后現(xiàn)象，為項目管理者及時發(fā)出預(yù)警。

3.6 基于車站模型的應(yīng)用

1）設(shè)計圖紙查錯與優(yōu)化 在創(chuàng)建BIM 模型及模型查看過程中，對設(shè)計圖紙進(jìn)行審查，發(fā)現(xiàn)圖紙共計存在20 余處問題，通過提前將問題圖紙反饋給設(shè)計方，避免后期施工返工。

2）碰撞檢查 通過模型創(chuàng)建發(fā)現(xiàn)地下箱涵頂板與出入線底板沖突，通過對方案比較論證，提出箱涵頂板拆除，出入線底板與箱涵頂板共建的解決方案，有效避免硬碰撞，并優(yōu)化施工方案。

3）可視化技術(shù)交底（結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋）利用車站整體結(jié)構(gòu)模型，對車站主體結(jié)構(gòu)預(yù)留孔（洞）及預(yù)埋構(gòu)件進(jìn)行可視化技術(shù)交底，并了解預(yù)留預(yù)埋信息，避免結(jié)構(gòu)預(yù)留（埋）構(gòu)件的漏、缺、錯問題。

4）材料工程量統(tǒng)計 在材料采購階段，基于創(chuàng)建的車站主體模型，對整個車站主體的鋼筋、混凝土等工程材料總量進(jìn)行統(tǒng)計分析，為物資材料數(shù)量整體把控提供參考依據(jù)。同時，分階段準(zhǔn)確提取車站各個環(huán)節(jié)材料工程用量，依據(jù)工程量統(tǒng)計表，準(zhǔn)確計算不同施工階段材料工程用量，緩解施工場地材料堆放壓力，同時緩解材料資金需求壓力。

5）基于車站模型的四維虛擬施工演示 在建立車站各節(jié)段模型的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對車站各節(jié)段主體施工過程進(jìn)行動態(tài)施工模擬，通過模擬演示使施工人員充分理解各節(jié)段施工過程和質(zhì)量卡控點(diǎn)，確保車站主體施工質(zhì)量。

6）基于車站模型的內(nèi)部漫游 將車站各個節(jié)段模型進(jìn)行整合，利用Navisworks 對車站內(nèi)部進(jìn)行動態(tài)漫游，直觀查看車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在碰撞沖突，對車站內(nèi)部關(guān)鍵部位進(jìn)行查看，提前發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題。

3.7 基于線路模型的應(yīng)用

3.7.1 基于線路模型三維可視化技術(shù)交底

針對孟家莊站盾構(gòu)端墻鋼筋排布密集，鋼筋布置形式復(fù)雜的特點(diǎn)，對端墻部位鋼筋進(jìn)行精細(xì)化建模，利用模型對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，提高鋼筋綁扎效率和質(zhì)量。

3.7.2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)材料工程量統(tǒng)計與復(fù)核

對重點(diǎn)、復(fù)雜部位鋼筋進(jìn)行精細(xì)化模型，統(tǒng)計鋼筋材料工程量，通過與施工設(shè)計圖紙鋼筋材料統(tǒng)計表對比，提前發(fā)現(xiàn)圖紙中鋼筋材料存在的錯、漏、缺問題。

3.7.3 基于線路模型三維可視化模擬

1）暗挖隧道施工模擬 暗挖隧道施工采用CRD 法開挖，在對暗挖隧道整體結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)上，利用Navisworks 軟件對隧道施工過程進(jìn)行虛擬施工演示，使施工人員提前了解施工工藝流程，并提前指出施工危險源，確保隧道安全施工。

2）盾構(gòu)施工模擬 盾構(gòu)施工是地鐵施工的關(guān)鍵一環(huán)，基于線路和盾構(gòu)模型，對盾構(gòu)施工工序進(jìn)行三維虛擬施工動態(tài)演示，提前模擬盾構(gòu)始發(fā)-掘進(jìn)-接收等各施工階段，提高施工人員對盾構(gòu)過程的全面認(rèn)識，有效把控施工質(zhì)量。

3）風(fēng)井施工模擬 風(fēng)井施工具有安全風(fēng)險系數(shù)高的特點(diǎn)，對風(fēng)井基坑開挖、支護(hù)及整體施工進(jìn)行三維虛擬施工動態(tài)演示，使施工人員提前全面了解風(fēng)井施工工藝流程，認(rèn)識施工中的安全風(fēng)險源，確保工程安全施工。

3.8 基于BDIP管理平臺的應(yīng)用

BDIP 建筑數(shù)據(jù)集成平臺，全稱叫Building data integrate platform，是由畢埃慕（上海）建筑數(shù)據(jù)技術(shù)股份有限公司開發(fā)的一款基于BIM模型為核心的從規(guī)劃設(shè)計到工程竣工階段的數(shù)據(jù)集成平臺。濟(jì)南地鐵R3 號線在精細(xì)化建模的基礎(chǔ)上，充分利用了BDIP 系統(tǒng)平臺，其中，主要對模型的輕量化瀏覽、項目人員的實時討論、質(zhì)量流程管理和文檔資料查詢功能進(jìn)行了應(yīng)用。

1）模型的輕量化瀏覽 利用BDIP 系統(tǒng)平臺，將BIM 模型進(jìn)行輕量化處理，實現(xiàn)實時查看模型目的，同時，將輕量化模型通過構(gòu)建著色管理，實時查看工程施工進(jìn)度并對視點(diǎn)進(jìn)行查看與保存，實現(xiàn)及時溝通技術(shù)問題的目標(biāo)。

2）基于項目人員的實時討論 將BIM 模型導(dǎo)入BDIP 系統(tǒng)平臺，施工人員利用PC 端或移動端操作模型，且畫面實時同步，并支持線上聊天功能，施工人員基于BIM 模型進(jìn)行問題溝通，有效提高施工問題解決效率。

3）質(zhì)量流程管理 結(jié)合BDIP 流程模塊及BIM 模型，將施工過程中存在的問題進(jìn)行記錄和管理，通過流程化管理，將質(zhì)量安全問題責(zé)任到人、并對整改時間做出規(guī)定，提高解決現(xiàn)場問題效率。

4）文檔資料查詢 BDIP 平臺移動端支持瀏覽項目相關(guān)資料，查看圖紙等功能，施工技術(shù)人員利用BDIP 平臺現(xiàn)場查閱圖紙規(guī)范、各種檢查報告、確認(rèn)合同內(nèi)容等，大大提高了文件閱覽效率。

4 結(jié)語

隨著建筑信息化的不斷推進(jìn)，BIM 技術(shù)在工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，為利用信息化BIM 技術(shù)指導(dǎo)地鐵工程施工，濟(jì)南地鐵R3 線土建工程一標(biāo)在工程施工階段對BIM 技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，通過工程實際應(yīng)用取得了良好的應(yīng)用效果，可為類似工程施工BIM 技術(shù)應(yīng)用提供有益指導(dǎo)與借鑒。