地鐵區(qū)間盾構(gòu)法BIM建模標(biāo)準(zhǔn)研究

檀業(yè)霖，饒 劍，吳松榕，周 紅

（1.中鐵南方投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000；2.廈門大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，福建 廈門 361005）

1 引言

盾構(gòu)法因掘進(jìn)速度快、開挖安全的優(yōu)勢(shì)，成為城市軌道交通建設(shè)中的首選。盾構(gòu)施工機(jī)械化程度高，施工方案相對(duì)復(fù)雜且施工過(guò)程中管理難度較大，隨著我國(guó)地下工程建設(shè)發(fā)展以及BIM 技術(shù)的推廣，地下城市軌道建設(shè)工程BIM 技術(shù)應(yīng)用已成為技術(shù)熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段BIM 技術(shù)與盾構(gòu)施工技術(shù)相結(jié)合建立模型方面的研究較少，尚缺乏盾構(gòu)法地鐵施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)此，本文針對(duì)地鐵區(qū)間盾構(gòu)法的建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，首先按照WBS 分解原則，對(duì)盾構(gòu)工序進(jìn)行拆分，并按照工程的實(shí)際需要，確定需要在BIM 模型中體現(xiàn)的構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行編碼，使每個(gè)構(gòu)件都具有唯一、不同的編碼，再根據(jù)模型精細(xì)度的要求對(duì)構(gòu)件進(jìn)行建模，使模型信息更加有效的表達(dá)，以期為盾構(gòu)法建模中的BIM 技術(shù)應(yīng)用提供參考。

2 盾構(gòu)法施工模型構(gòu)件拆分

2.1 構(gòu)件拆分原則

城市軌道交通建設(shè)領(lǐng)域目前僅有部分地市對(duì)分部分項(xiàng)工程劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)范的總結(jié)，例如北京市《軌道交通分部工程和分項(xiàng)工程劃分標(biāo)準(zhǔn)》，現(xiàn)有的工程分類和構(gòu)件拆解方式主要是通過(guò)分部分項(xiàng)工程進(jìn)行劃分，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)較不統(tǒng)一。

地鐵區(qū)間施工按施工過(guò)程進(jìn)行拆分，如圖1所示，首先根據(jù)工法對(duì)施工階段進(jìn)行劃分，再按照施工過(guò)程進(jìn)行分部分項(xiàng)工程的分解。

2.2 工序分解

結(jié)合實(shí)際工序及WBS 理論，對(duì)盾構(gòu)法進(jìn)行工序分解。先按施工順序?qū)⒍軜?gòu)法施工劃分為盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)、到達(dá)三個(gè)過(guò)程。再據(jù)施工過(guò)程，對(duì)三個(gè)施工階段劃分具體工序。最后對(duì)劃分的具體工序中構(gòu)件進(jìn)行建模。分解過(guò)程見表1。

圖1 構(gòu)件拆分示例

2.3 構(gòu)件類型

據(jù)模型構(gòu)建過(guò)程中涉及的具體構(gòu)件，將各工序構(gòu)件對(duì)應(yīng)補(bǔ)充。對(duì)各工序具體構(gòu)件進(jìn)行建模，在實(shí)現(xiàn)有效模擬盾構(gòu)法各施工工序的同時(shí)，也能夠通過(guò)具體模型達(dá)到對(duì)施工階段進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)管控的效果。具體的構(gòu)件類型如表2 所示。

3 盾構(gòu)法施工模型構(gòu)件編碼

對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼，如圖2 所示，前四級(jí)構(gòu)件編碼采用層次碼，將每一個(gè)施工構(gòu)件層層定位至其具體分部分項(xiàng)工程，每一個(gè)層級(jí)均用兩位數(shù)字表示，與分類體系對(duì)應(yīng)，第五級(jí)構(gòu)件編碼里程是通過(guò)縮寫的里程表示定位構(gòu)件具體位置，第六級(jí)構(gòu)件編碼流水號(hào)用于區(qū)分同一里程碼的不同構(gòu)件，僅體現(xiàn)構(gòu)件的順序，不包含屬性信息，因而用從小到大順序遞增表示，采用四位流水號(hào)的遞增順序碼，對(duì)同一里程碼的構(gòu)件由0001 向上遞增以區(qū)分表示。

表1 工序分解表

表2 盾構(gòu)法各工序的構(gòu)件類型

圖2 編碼格式

考慮到編碼的可擴(kuò)充性，采用“90～99”作為補(bǔ)充編碼，用于定義表中未包含的構(gòu)件或施工設(shè)備，部分盾構(gòu)法施工構(gòu)件的編碼示例見表3。

4 盾構(gòu)法施工模型構(gòu)件建模細(xì)度

建筑行業(yè)的模型精細(xì)度LOD（level of development）是指BIM 模型構(gòu)件包含信息的全面性、細(xì)致程度及準(zhǔn)確性，而對(duì)于工程而言，不同階段所需表達(dá)的信息內(nèi)容及詳細(xì)程度會(huì)根據(jù)需要而有所不同。2008 年，美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)（AIA）發(fā)布了AIA E202 建筑模型信息協(xié)議增編，根據(jù)模型元素的精細(xì)度將發(fā)展水平（LOD）分為L(zhǎng)OD100 至LOD500 五個(gè)等級(jí)。住建部在2017 年的《建筑工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)LOD規(guī)范新增LOD350 等級(jí)進(jìn)行補(bǔ)充，詳細(xì)定義具體的模型信息。

4.1 盾構(gòu)法施工模型精細(xì)度分析

《建筑工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中，將施工過(guò)程的LOD 等級(jí)分為L(zhǎng)OD300、LOD350、LOD400 三個(gè)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)對(duì)構(gòu)件幾何信息與非幾何信息的要求，定義構(gòu)件模型精細(xì)度。以始發(fā)加固和支撐系統(tǒng)分部工程為例，模型具體構(gòu)件建模細(xì)度如表4。

4.2 盾構(gòu)法BIM建模精細(xì)度選擇

LOD300 能夠反映物體的實(shí)際形狀，主要用于施工模擬以及碰撞檢查等工作；LOD350 增加了構(gòu)件連接處的接口信息，用于構(gòu)件連接復(fù)雜的部分；LOD400 附加模型生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)仁┕ば畔ⅲ糜谑┕み^(guò)程成本控制及構(gòu)件的制作安裝等。由于施工階段的主要任務(wù)是依據(jù)已有設(shè)計(jì)圖紙或模型進(jìn)行施工，主要考慮施工質(zhì)量和安全，對(duì)應(yīng)構(gòu)件的價(jià)格、安裝工藝及項(xiàng)目施工進(jìn)度信息。故選用LOD400為地鐵區(qū)間盾構(gòu)法BIM建模的精細(xì)度。

表3 盾構(gòu)法構(gòu)件編碼表（部分）

5 案例分析

5.1 工程概況

廈門地鐵三號(hào)線過(guò)海通道工程起于五緣灣站，穿越海底隧道，終至劉五店站。采用泥水盾構(gòu)施工的區(qū)間長(zhǎng)度為1 419.928m。工程的位置示意圖及工法區(qū)間見圖3。

圖3 廈門本島至翔安過(guò)海通道工程

5.2 盾構(gòu)法BIM建模標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

對(duì)構(gòu)件進(jìn)行建模及建模細(xì)度詳解，精細(xì)度選擇LOD400，模型在Bentley 中構(gòu)建，構(gòu)件模型、構(gòu)件幾何信息和非幾何信息在圖中示意。

過(guò)海通道區(qū)間環(huán)狀管片分為六塊，管片構(gòu)件幾何信息包括角度、軸向長(zhǎng)度、內(nèi)弧里程等，非幾何信息包括管片的類型、材質(zhì)等。盾構(gòu)始發(fā)托架、螺栓及鋼絲刷等構(gòu)件幾何信息包括重量、軸向長(zhǎng)度、橫向?qū)挾?、所處位置里程等，非幾何信息包括?gòu)件類型、材質(zhì)、編號(hào)、屬性、生產(chǎn)廠商、安裝工藝等。

管片模型如圖4，模型的顏色選用灰色（RGB值：192，192，192），與實(shí)際混凝土顏色相符。

圖4 管片示意圖

盾構(gòu)始發(fā)托架模型如圖5，顏色選用實(shí)際顏色黑紅色（RGB 值：116，0，0），相鄰?fù)屑軉卧g用螺栓進(jìn)行連接。

圖5 始發(fā)托架示意圖

5.3 應(yīng)用效果分析

在廈門地鐵三號(hào)線過(guò)海通道項(xiàng)目中，應(yīng)用盾構(gòu)法BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)，為地鐵工程的施工階段提供了各分部分項(xiàng)工程構(gòu)件的具體型號(hào)、尺寸、安裝方法等信息，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)可視化的施工風(fēng)險(xiǎn)管理。同時(shí)，BIM 模型也包含了各分布分項(xiàng)工程構(gòu)件的具體類型、負(fù)責(zé)人、價(jià)格、生產(chǎn)廠商以及試運(yùn)行記錄等信息，BIM 模型隨著施工過(guò)程不斷地更新和積累，為三號(hào)線地鐵工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段提供了數(shù)據(jù)支持，滿足各個(gè)參與方對(duì)項(xiàng)目不同信息的需求，有利于信息交流與掌握，改善了BIM 技術(shù)應(yīng)用局限于設(shè)計(jì)和交付階段的現(xiàn)狀，在廈門市地鐵建設(shè)中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

此外，盾構(gòu)法BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)是以現(xiàn)有的建筑信息模型分類及編碼體系為依據(jù)進(jìn)行構(gòu)建的，與國(guó)內(nèi)工程量清單等編碼體系較為相近，指導(dǎo)施工的同時(shí)，還能夠與工程量、造價(jià)計(jì)算等工作實(shí)現(xiàn)較好的信息交互，有利于標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目不同階段的推廣應(yīng)用。

6 結(jié)論

本文建立了地鐵區(qū)間盾構(gòu)法BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)，將其應(yīng)用于廈門地鐵三號(hào)線工程。從施工階段的信息需求出發(fā)，通過(guò)BIM 模型的創(chuàng)建，解決了分部分項(xiàng)工程與工序不匹配的問(wèn)題，能夠與設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段的地鐵施工BIM 模型標(biāo)準(zhǔn)共同組成全壽命周期均統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有助于提高施工和管理效率，促進(jìn)BIM 技術(shù)在地鐵項(xiàng)目及企業(yè)中的應(yīng)用。

本文構(gòu)建的地鐵區(qū)間盾構(gòu)法BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)仍存在不足：①地鐵區(qū)間施工包括盾構(gòu)法、礦山法等多種施工方法，本文構(gòu)建的是地鐵區(qū)間盾構(gòu)法BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)盾構(gòu)法工程進(jìn)行應(yīng)用與分析，下一步需要對(duì)各個(gè)工法將標(biāo)準(zhǔn)完善并推廣至整個(gè)軌道交通領(lǐng)域；②此標(biāo)準(zhǔn)在信息技術(shù)的應(yīng)用上，主要利用了BIM 技術(shù)。而隨著多樣化信息技術(shù)在實(shí)際工程中的不斷應(yīng)用，多種信息技術(shù)的有效集成將會(huì)使建模技術(shù)愈加便捷且準(zhǔn)確。如在工程規(guī)劃階段可與GIS 技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用，在運(yùn)維階段與運(yùn)維軟件的交互等。因此，集成其他信息技術(shù)，并考慮BIM 與其他信息技術(shù)軟件的兼容性，將是下一步的研究與實(shí)踐工作。