BIM技术在无锡地铁车站绿色施工中的应用研究

陈朝阳，王冰，赵鹏程，张伟

（1.中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 230001；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

1 引言

随着我国国民经济的增长，日益拥堵的交通促使城市轨道交通得到快速发展。地铁车站建设大多穿越城市中心地带，其周边环境十分复杂同时施工过程中对周边建筑物沉降控制要求严格、技术难度大、工程造价高，确保地铁车站建设过程中的安全性、经济性、环保性等施工指标对指导现场施工具有重要意义。国内外关于BIM在地铁工程方面已有相关研究[1-4]，而BIM在车站稳定性方面研究仍需继续深入[5-8]。

本文为解决无锡地铁车站绿色施工问题，基于BIM技术对无锡地铁3号线长江路站利用Revit构建车站模型，并进行碰撞检查和临建场地优化。同时结合Midas软件数值模型完成对车站整体施工各工序下的实时管控；通过Navisworks对车站主体结构进行4D进度管理；基于BIM技术的工程量统计研究；基于BIM技术的车站围护结构监测预警技术研究。

2 基于BIM技术与数值分析的车站施工管控

2.1 工程概况

无锡地铁长江路车站为地下二层11m岛式车站，明挖顺作施工。主体围护结构形式：800mm厚地下连续墙+内支撑。主体围护结构深度：29.8m（标准段），32.7m（小里程段盾构井），32.7m（大里程右线段盾构井），34.3m（大里程左线段盾构井）。附属基坑深度：11.5m。附属围护结构形式：SMW工法桩。附属围护结构深度：23m（SMW工法桩）。

2.2 地铁车站数值模型与Revit模型构建

地铁车站数值模型利用Midas有限元软件对实际工程进行简化，保留车站梁板柱等重要结构部件进行建模，并设置施工阶段：①基坑分层开挖支护；②车站底板、柱、顶板等结构施工；③基坑回填，根据软件计算结果依次查看各工序下位移应力变化情。Revit模型创建地连墙、梁、板、地层等一些关键节点族，参数化程度较高。将Revit模型导入Navisworks中，进行漫游并做碰撞检查，用于指导施工和深化设计。模型见图1和图2。

图1 MIDAS模型

图2 Revit车站模型

3 基于BIM技术的施工4D进度管理

施工进度是一个动态管理的过程，根据项目制定好的进度计划在已有三维模型的基础上关联时间达到对施工过程的4D管理。通过4D进度管理可以清晰的展示各工序之间的衔接，避免不必要的返工造成经济损失和工期延误。通过将创建的车站模型导入到BIM的Navisworks中，关联Project进度文件后进行进度模拟，如图3，根据模拟结果实时调整施工计划。

图3 4D车站施工进度模拟

4 基于BIM技术的工程量统计研究

BIM是三维数字信息模型，在模型中所有构件都是由参数构成。在项目中利用BIM技术进行地铁车站工程量统计，是以Revit模型为载体通过设置相关参数选项例如物理材质、长度、型号等，软件自动生成结果。同时当模型中某一项数据发生变化之后，统计结果亦能自动更新，具有精度高、速度快的特点，避免了传统人工统计容易出错的问题，为工程项目预算、采购、决算提供了可靠依据。

在Revit软件视图选项卡中创建混凝土工程量明细表并选择混凝土类别，在“字段”下选择“总计、结构材质、体积”点击确定便可自动生成混凝土对象的工程统计表。将软件统计结果导入到EXCEL中进行统计处理，即可得到详细的混凝土工程量清单。

5 围护结构监测预警技术研究

5.1 MIDAS模拟结果与监测结果分析

利用有限元分析软件Midas对基坑开挖过程进行数值模拟，以地连墙的水平位移为例，结合实际的监测数据对地连墙的水平位移进行对比分析基坑墙体的变形性状，相互印证做到及时预警指导现场施工。从图4地连墙的水平位移云图可以看出，基坑开挖具有明显的空间效应，由于基坑开挖长边的卸载面较大，在坑外土压力的作用下导致基坑中部地连墙的水平位移最大。因此，在基坑开挖方案制定的过程中，采用“先两端后中间、随挖随撑”的明挖顺作法对基坑进行施工作业。

5.2 基于BIM技术的基坑监测可视化

本基坑工程的监测内容包括地下连续墙深层水平位移监测、墙顶水平和竖向位移监测、周围地表沉降监测、墙后土体深层水平位移监测、支撑轴力监测、立柱沉降监测以及地下水位监测。根据监测的内容在Revit平台上建了监测点通用族库，比如：水平和竖向位移监测点族、降水水位监测井族、支撑轴力监测点族等。监测点通用族的建立过程与自定义族的建立过程基本相同，都是采用常规模型族样板进行创建。本文中监测点族建立运用的预警判断条件如下：当监测判定值为“a”时，说明监测值处于安全状态，监测点族的颜色为绿色；当监测判定值为“b”且橙色警戒值为“c”时，说明监测值处于橙色预警，监测点族的颜色变为橙色；当监测判定值为“b”且橙色警戒值为“c”且红色警戒值为“d”时，说明监测值处于红色预警，监测点族的颜色变为红色。

通过Revit软件将BIM模型进行转换格式，并在Navisworks中对模型的监测点进行集合并组，根据预警级别及相应的报警颜色设定任务类型，将监测结果用if函数进行判断预警情况，确定施工过程是否安全。使得监测数据、监测时间、监测模型三者有机结合实现基坑动态监测可视化，让施工管理人员更加直观的查看基坑开挖过程的安全状况。

6 结论

通过引入BIM技术对无锡地铁3号线长江路站进行模拟和分析，可以得到如下结论：

①基于BIM技术与数值分析相结合，详细建立了长江路地铁车站的有限元模型与Revit模型，通过有限元模拟分析各施工阶段下基坑与车站主体结构的变形情况，为现场施工存在重大风险部分给予理论指导，并就Revit模型提供的漫游功能为项目施工提供更加直观的可视化体验，同时对于优化现场临建设施的安置具有重要指导意义；

②基于BIM技术4D进度管理、工程量清单统计、监测与预警技术的研究，对于项目施工过程中优化施工方案合理安排各工序时间进度，控制成本、保障施工安全有着显著效果。

混凝土工程量表 表1