BIM技术在地铁铺轨施工中的应用研究

文/王丰仓、杨宫印

1 前言

BIM 技术的发展给城市轨道工程建设带来了新的机遇，城市轨道建设中的施工单位、设计单位、建设单位及监理单位都不同程度地将BIM 技术应用到各自的建设领域。对此，众多研究者进行了大量研究，如吴福居、林金华进行将BIM 技术应用于地铁车站施工进度4D 模拟、现场质量安全等信息化管理实践研究[1]。张志伟等基于BIM 技术的可视化和数据信息的集成化，开发了地铁施工风险巡视APP 提高了风险管控能力[2]。李梅等进行了BIM 技术在地铁工程设计、建设等方面的应用研究[3]。张康宁、刘志伟利用BIM 技术可视化的特点解决了地铁施工管理信息离散性的问题[4]。雷美玲等结合福州地铁2 号线施工，将BIM 技术应用地铁土建施工过程中[5]。汲红旗等利用BIM 技术对地铁施工场地布置提出了DSLP 动态场地布置法[6]。综上所述，BIM 技术在城市轨道交通工程中的研究主要集中在土建施工方面，而在地铁铺轨工程中的应用研究较少；另外，目前地铁铺轨施工存在施工空间有限、施工精度要求高、施工管理困难等问题，试图借助BIM技术解决上述问题的研究也比较少。

2 工程概况

西安地铁3 号线胡家庙-石家街区间全长1477.282m，其中曲线长830.299m，区间铺轨施工涉及圆形隧道曲线段、马蹄形隧道减振曲线段、矩形隧道直线段、车站地段道床等不同断面上的各种类型道床共21 种。地下线曲线段超高采用半超高，在缓和曲线内侧采用超高沿曲线方向递减，在圆曲线两端的直线段内侧超高值采用递减顺接。

3 地铁铺轨施工BIM 技术应用技术路线

借鉴BIM 技术在建筑业的成功应用经验，尝试BIM 技术在地铁铺轨施工中应用。由于铺轨施工作业空间狭窄，大型机械不能使用，材料调度困难，且对铺轨施工精度要求高，因此在BIM 软件和平台选择方面提出了新的要求，本文对目前BIM 软件和平台在建筑领域中的应用进行了对比分析。就建模应用精度而言，航天领域的CATIA 软件精度较高，同时该软件系列还辅助有仿真软件DELMIA，应用平台选择了RBIM5D 建筑管理平台。

本文以胡家庙-石家街区间为例，首先确定了BIM 实施目标，并进行了现场调研，在此基础上，BIM 技术人员长期驻场，结合施工图纸，创建精细化施工模型，利用模型对图纸再会审以及碰撞检查，并与设计单位合作，深化设计模型，最后将模型导入RBIM5D 施工管理平台，实现施工过程的精细化管理。具体实施路线如图1 所示。

图1 地铁辅轨施工BIM 技术应用研究路线

4 BIM 技术应用实践

4.1 精细建模施工图会审

根据施工线路分段建立BIM 施工模型，同一标段内按施工工艺划分施工模块，并根据施工模块中的构件进行构件编码。将铺轨施工线路控制坐标导入建模软件，形成与施工现场完全一致的BIM 模型控制线。基于模型控制线和铺轨施工图，运用CATIA 建模软件，根据施工模块构建三维模型。利用CATIA 软件进行碰撞检查，将其结果反馈给施工单位。BIM技术人员与施工方反复核对施工图纸，最终确认施工图有21 处设计问题。施工方将图纸问题，反馈给设计单位，双方沟通后对施工图纸进行优化设计，BIM 技术人员根据设计变更修改BIM 模型，最终形成铺轨施工模型。

4.2 添加施工属性

BIM 技术的应用基础是建立精确的铺轨施工模型，而精细的模型则是将整个胡家庙-石家街区间施工的测量、材料、施工等信息集成到模型中。通过数据集成化，可随时查询铺轨施工所涉及的曲线要素、空间控制参数、道床截面尺寸、空间坐标、轨顶标高等施工信息。将BIM 模型轻量化后，引入RBIM5D 施工管理平台，通过信息关联、信息调用等手段，实现铺轨施工各方之间的协同管理。

4.3 可视化三维技术交底

工艺交底的目的在于向具体的操作人员传达工程项目对设计意图、施工技术要求和安全问题的要求。一般情况下，施工前必须进行技术交底，技术交底有书面交底、口头交底和样板交底等几种常见形式，其中样板交底效果最好，但有些工程在实际施工中并不具备样板交底条件，而另外两种较抽象的交底形式效果往往与设计要求有偏差。此外，地铁铺轨施工样板的技术交底困难，由于施工区域道床截面形式较多，逐个制作样板不经济、不现实。为此，施工单位尝试采用BIM 技术解决胡家庙-石家街段交底的技术难题；运用CATIA 建模软件，根据实际铺轨施工工艺要求，建立了铺轨施工的三维模型，并用BIM 仿真软件实现了铺轨施工的可视化模拟。

将地铁铺轨施工BIM 模型导入DELMIA仿真软件中，根据施工工艺交底文件，对铺轨装配、轨排吊运和道床施工等施工过程进行模拟，生成可重复使用的模拟动画。现场技术交底以三维模拟技术交底为主，借助BIM 技术实现多维、多角度的三维技术交底。基于BIM 可视化技术，突破了书面交底和口头交底的空间限制，为现场具体操作人员提供了详尽、有针对性、操作性和表现力强的三维可视化技术交底。可视化BIM 施工能准确记录技术交底的全过程，使得施工更加方便、质量更加可靠。利用BIM 技术进行地铁铺轨施工现场技术交底主要分为三个阶段，具体见表1。

表1 现场BIM 技术三维交底统计表

4.4 项目施工进度管理

将轻量化的BIM 模型上传到RBIM5D 施工管理平台，结合施工现场实际，从施工进度管理、材料管理、安全管理等方面实施铺轨施工精细化管理。进度管理和物料用量控制是铺轨工程项目成本控制的关键，采用RBIM5D 施工管理平台，在施工前制定不同的施工计划，通过施工总计划、施工日计划等来模拟施工，并将最终确定的施工计划与BIM 模型关联(如图2)，便于施工后期对实际施工进度与计划进度进行比较，以此来监测施工进度。

图2 施工总计划

5 结语

通过BIM 技术在地铁铺轨施工中的应用以及机械设计领域的BIM 建模软件的应用，可以解决地铁铺轨施工中的曲线、超高等精细建模问题；另外，利用参数化的道床模型库，建立了三维技术交底、标准化施工的施工过程仿真库；通过插件对BIM 模型属性进行有效提取，并将轻量化BIM 模型导入RBIM5D 施工管理平台，实现了铺轨施工精细化管理。