试论城市轨道交通施工阶段中BIM技术的具体应用

李小雷，莫文剑，刘策文

（中铁北京工程局集团（天津）工程有限公司）

1 前言

在城市化建设持续深入推进的过程中，城市轨道交通网络日益完善，而BIM技术属于新兴技术手段，在城市轨道交通建设中得到广泛应用，尤其是在施工阶段中，应用BIM技术不但能显著提高工程施工的集成化程度，还能提高城市轨道交通施工的整体效率与质量，研究BIM技术的具体应用意义重大。

2 城市轨道交通施工的主要特点

城市轨道交通的覆盖范围很广，其施工过程的特点主要包括：建设规模大，投资成本较高，需要多个单位一起加入；花费时间长，如果以单线周期计算，一般要经历3～5年的时间，如果是线网施工往往要经历5～10年的时间；技术要求很高，因为城市轨道交通施工有机结合交通运输、土木施工、机电设备以及通讯信息等工程，涉及面广，技术要求十分严格[1]；具有复杂性、系统性、综合性，因为整个项目的施工有众多内容，需要施工人员做好交接工作，确保正常施工。

3 城市轨道交通施工阶段中BIM技术的应用特点

基于城市轨道交通施工的上述特点，需要加强对BIM技术的应用。在新世纪，建筑公司通过BIM技术产生新的变革，为建筑领域提供可视化工具，把以往的二维平面线条式图形变成三维立体构件[2]。

1）在城市轨道交通的整个施工阶段中应用BIM技术时具有可视性的特点，即整个周期变得可视化，不但能渲染效果图、展示视频、生成报表，还能根据可视化状态进行施工，减少时间损耗，大大提高施工效率，推动城市轨道交通工程的建设与发展。

2）可模拟性。应用BIM技术能在城市轨道交通施工阶段中的不同环节进行模拟分析，直观重现施工流程、施工工艺，模拟交通疏散、人流疏散、应急逃生等过程，特别是基于施工进度的4D模拟，这对在城市轨道交通施工中优化施工方案、合理安排施工工艺流程、高效组织资源等都有重要价值。

3）可优化性。在整个城市轨道交通工程建设中，施工是不断优化的阶段，运用BIM技术能实现更有效、更合理的优化。施工优化受到工程复杂程度、信息、时间等因素的影响，很多城市轨道交通工程施工的复杂程度与信息容量都超过人员能够承受的极限，应用BIM技术和配套工具能优化该复杂的工程项目，提高成功几率。最后，信息可追溯性。和传统的CAD绘图技术相比，BIM技术最显著的优势在于信息化，在建立完整的、相信的模型之后能全面体现施工阶段中所有构件的材料、几何尺寸等信息，实现数字模型和真实轨道交通的一体化。尤其是在整个施工阶段中能应用BIM技术修改信息、维护信息，在查询某一天施工材料的消耗量以及完成构件施工的日期等信息时只需输入日期，完美追溯信息。

4 城市轨道交通施工阶段中BIM技术的具体应用

某城市轨道交通工程站点的主体结构位于道路南侧，和现有的一条线呈现出T字换乘的状态。该站开挖17.866m～18.253m深的标准段基坑，其顶板覆盖1.395m～2.100m厚的土，标准段结构高度是16.364m，标准段开挖深度是17.938m～18.253m，并且外包总长是208.78m，其中西侧基坑的长度是91.24m，东侧基坑的长度是58.14m，整体为双柱三跨两层地下车站，地下二层是站台层，宽度是12.06m，地下一层是站厅层。在其施工阶段对BIM技术的具体应用分析如下：

1）解决降水难题

为评估降水影响基坑四周环境的实际情况，利用三维有限元地下水渗流软件进行计算，并借助有良好兼容性的Revit软件平台，在MODFLOW第三方有限元软件中导入BIM模型，模拟降水影响基坑周边环境的情况，结果如图1所示，预防重复建模，有效解决施工中的降水难题。

图1 基坑降水周边沉降等值线

基坑东侧的换乘段也通过MJS工法加深，基坑西侧使用MJS工法加深低下连续墙，北侧则用地下连续墙加深，帷幕深度达到43m，形成悬挂式止水帷幕，强化地下水的绕流作用，弱化抽取承压水对既有线路车站和隧道的负面影响。如图2所示就是BIM模型之中的MJS工法桩。

图2 BIM模型的MJS工法桩

MJS止水帷幕在原有施工方案的基础上有所加深，同时实施整圆加固，基于BIM技术使得MJS全圆被调整优化为半圆，既满足要求，又节约2835m³加固方量、30d工期、708.75万元工程造价。优化施工方案前后的对比如图3所示。

图3 优化施工方案前后对比

2）控制施工进度

第一步，咨询公司先把设计好的BIM模型移交给施工方，由施工工程师对模型进行审核，提出修改意见，咨询公司据此修改，最终形成的精度模型必须是两方都认可的，实现对模型信息的共享，缩短工期。在具体的应用中，施工方把该城市轨道交通施工的总进度计划以及年度、月度的施工进度计划提供给合作的咨询公司，由其分解施工进度计划，并导出三维形象的施工进度，由施工方项目部据此提前准备原材料、机械、人员，安排有序施工，避免浪费不必要的工期。

第二步，在围护施工环节，应用BIM模型在狭小的施工场地搭接钻孔灌注桩和高压旋喷桩的施工，具体如图4所示，节省20d左右的工期。

图4 搭接施工的合理化顺序

在基坑的开挖环节，提前应用BIM模型预知对钢支撑安装存在不利影响的环境，避开降压井，更快速地安装，并合理搭接基坑开挖时间、钢支撑安装时间，正如图5所示，节约工期。

图5 钢支撑安装模拟

第三步，在BIM技术的支持下对施工筹划进行调整，控制好施工总进度。该工程是换乘车站，其OTE风道和常规风道存在差异，结构相对复杂，需要以风道上的纵横梁为基础，把风道支承在结构柱与内衬墙面上。从BIM模拟之中发现后风道、梁的施工工期较长，因而在中板施工之前先进行OTE风道及其上部梁体系的施工，尽可能缩短时间，节省总工期。

3）强化施工安全

应用BIM技术建立模型，其可视性能实现对该城市轨道交通施工场地的三维立体规划，涉及到生活区以及办公区、材料堆放区、材料加工区、仓库、现场道路等，使施工现场的情况得到更直观的反映，减少施工占地，确保施工现场道路畅通，减少安全隐患[3]。与此同时，应用可视化的BIM施工模型能识别施工现场的危险源，加大安全检查力度，利用动画形式向施工人员做好安全交底，帮助施工人员更准确、更直观地了解施工现场的情况，全面落实安全交底工作。还可应用自动化监测仪器观测该城市轨道交通工程的基坑沉降情况，并在以BIM技术为基础的安全监测软件上自动汇总感应元件所监测的基坑位移数据，通过分析数据，立足于施工现场测量基坑坡顶竖向位移、水平位移的实际变化数据，做好对比工作，实施动态安全监测管理，保证回填土方之前基坑的安全性、稳定性，提高施工安全管理质量。

4）保证施工质量

在BIM模型之中囊括了城市轨道交通施工材料的全部信息，有助于相关各方快速找出施工材料的规格、材质、尺寸以及生产商、出厂日期、保修日期等，完成对施工现场材料的关联、分析、对比、跟踪，形成健全的施工物料管理信息系统，保证施工质量达标。并且应用BIM技术跟踪管理城市轨道交通工程施工物料，基于BIM模型共享信息，为后期运营与维护提供便利，实现全生命周期的科学管理[4]。

5 结语

人们的需求正随着现代科技的快速发展而不断增多，城市轨道交通和人们的现实生活融合为一体，使得城市轨道交通施工面临更严格的要求，要求相关单位及人员基于城市轨道交通施工的特点，科学合理地应用BIM技术，在解决施工阶段中的降水难题的同时控制施工进度、强化施工安全、保证施工质量，为人们提供更好的服务。