杜玉奇，于振民

(1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司 天津 300040；2.中國(guó)建筑第八工程局有限公司華北公司 天津 300450)

0 引 言

地鐵工程周邊環(huán)境復(fù)雜，交通流量大，與市政管線以及周邊建筑物具有較大的干系，同時(shí)具有施工工序繁雜、結(jié)構(gòu)物形式多樣、施工組織困難、施工風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)[1]。以天津地鐵 4號(hào)線某車站項(xiàng)目為例，通過 BIM 技術(shù)輔助，實(shí)現(xiàn)地鐵車站施工中前期的場(chǎng)地布置、主體結(jié)構(gòu)施工中的方案優(yōu)化，提前策劃解決風(fēng)險(xiǎn)控制的重難點(diǎn)，確保地鐵車站施工進(jìn)度與質(zhì)量，從而有效提高了施工效率。

1 工程概況及施工重難點(diǎn)

1.1 工程概況

天津地鐵 4號(hào)線某車站項(xiàng)目為地下兩層島式站臺(tái)車站，主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng) 190.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬 20.7m，高13.51m，大小里程端頭井段寬24.7m，高15.21m，站臺(tái)中心處底板埋深為 16.71m，覆土厚度約為 3.2m。車站采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)型式，主體結(jié)構(gòu)為兩層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，明挖法施工；車站兩端區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，大小里程端均為盾構(gòu)始發(fā)井。

該車站項(xiàng)目附屬及外掛區(qū)包含1號(hào)、2號(hào)風(fēng)亭及A1、C出入口，基坑長(zhǎng)度約 190m，基坑寬度不一，呈不規(guī)則形狀，基坑自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為 4級(jí)?；訕?biāo)準(zhǔn)段深 10.1m，通道部分局部加深段坑深為 12.3m。圍護(hù)方式采用“SMW 工法樁+內(nèi)支撐”形式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為SMW工法樁，共設(shè)兩道支撐。

1.2 工程施工重難點(diǎn)

①周邊環(huán)境復(fù)雜?；娱_挖過程中影響范圍內(nèi)包括：高壓電塔，郵區(qū)中心局大樓，距離車站基坑?xùn)|側(cè) 1.6m 有一條輸配水管(埋深 1.29m)、4.4m 有一條雨污合流管(埋深 3.66m)、8.9m 有一條天然氣管(埋深 1.20m)，均對(duì)地鐵車站順利施工具有一定的制約。

②地鐵車站南側(cè)附屬及外掛區(qū)為異形結(jié)構(gòu)，由于節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，細(xì)部處理存在困難，異形結(jié)構(gòu)對(duì)于附屬及外掛區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼支撐架設(shè)存在一定的難度，需要對(duì)各個(gè)支撐進(jìn)行專項(xiàng)分析。

③工期緊張，施工任務(wù)重，車站西側(cè)必須按照工期節(jié)點(diǎn)移交盾構(gòu)，東側(cè)必須按照工期節(jié)點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)地還原并移交郵區(qū)中心局。

④地鐵車站人防區(qū)域涉及過多的人防預(yù)埋件，且均需要一次預(yù)埋成型，對(duì)人防施工要求嚴(yán)格，同時(shí)人防門等設(shè)備安裝與土建部分施工存在交叉作業(yè)問題，如果未提前進(jìn)行合理的工序計(jì)劃安排，容易出現(xiàn)窩工、怠工。

2 地鐵車站施工BIM應(yīng)用

BIM三維模型的建立是決定BIM技術(shù)應(yīng)用的前提，天津地鐵 4號(hào)線某車站項(xiàng)目依據(jù) CAD設(shè)計(jì)圖紙，采用 Revit軟件對(duì)地鐵車站進(jìn)行了模型建立。通過創(chuàng)建地鐵車站施工場(chǎng)地、既有道路、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系及結(jié)構(gòu)主體的模型，進(jìn)行施工過程中的工程部位參數(shù)化模擬和可視性展示達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及施工工序的優(yōu)化，減少不必要的返工，從而提高了工程進(jìn)度、質(zhì)量安全及成本管控能力[2]。

通過建立地鐵車站施工場(chǎng)地布置模型圖(圖1)，并進(jìn)行虛擬施工模擬，可以在進(jìn)場(chǎng)之初(正式施工前)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行更加合理的布置，避免施工過程中，因場(chǎng)地狹小及運(yùn)輸?shù)缆凡粷M足運(yùn)輸要求等需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行重新布設(shè)，引起二次搬運(yùn)等問題，有利于項(xiàng)目整體施工進(jìn)度及生產(chǎn)成本的控制。

圖1 地鐵車站施工場(chǎng)地布置模型圖Fig.1 Model diagram of metro station construction site layout

2.1 圖紙審核

在模型創(chuàng)建過程中，發(fā)現(xiàn)大量圖紙問題，包括設(shè)計(jì)存在缺陷，圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，個(gè)別圖紙遺漏等。具體包括：結(jié)構(gòu)圖紙與建筑圖紙構(gòu)件尺寸之間存在差異；平面圖個(gè)別位置未繪制詳細(xì)剖面圖；建筑圖與結(jié)構(gòu)圖中樓梯剖面圖存在很大差異等。建模過程中，對(duì)各專業(yè)圖紙進(jìn)行了詳細(xì)審核，過程管控全面到位，將過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行匯總，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通反饋，減少了設(shè)計(jì)變更，避免了不必要的返工，在項(xiàng)目正式開工前就節(jié)約了大量生產(chǎn)成本。

2.2 BIM三維模型構(gòu)建

建立基于 BIM 技術(shù)的地鐵車站工程全專業(yè)模型，通過模型指導(dǎo)項(xiàng)目施工，對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行 4D施工模擬，能夠反映整個(gè)施工過程的進(jìn)度安排，建立BIM 模型與進(jìn)度計(jì)劃之間的關(guān)聯(lián)，從而能夠在項(xiàng)目初始階段發(fā)現(xiàn)后期施工所要面臨的一系列問題[3]。通過模擬施工，提前預(yù)判并進(jìn)行事前控制，提出更加合理可行的施工方案，合理安排人員、材料、機(jī)械設(shè)備，最大限度實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

使用 Revit軟件建立模型，地鐵車站項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)模型如圖2—圖4所示，地鐵車站項(xiàng)目附屬及外掛區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系模型如圖5所示。利用模型可以對(duì)異形附屬及外掛區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)工法樁構(gòu)件以及水平支撐體系的鋼支撐構(gòu)件有更直觀的認(rèn)識(shí)，有利于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工打樁以及架設(shè)鋼支撐的施工質(zhì)量控制。

圖2 主體結(jié)構(gòu)整體模型圖Fig.2 Overall model diagram of main structure

圖3 地鐵車站內(nèi)部柱子、洞口布置模型圖Fig.3 Model diagram of pillars and openings in metro station

圖4 地鐵車站負(fù)二層上翻梁(帶斜腋角)模型圖Fig.4 Model diagram of upper turning beam(with oblique axillary angle)in second basement of metro station

圖5 附屬及外掛區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系模型圖Fig.5 Model diagram of auxiliary and external area building envelope and support system

2.3 BIM技術(shù)應(yīng)用效果

由于該車站周邊環(huán)境復(fù)雜，地鐵車站施工過程中必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)模型、現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)測(cè)信息三者的融合，來實(shí)現(xiàn)信息集成類的 BIM 應(yīng)用。通過 BIM 技術(shù)模擬人防區(qū)預(yù)留預(yù)埋施工，可以提高施工單位與施工隊(duì)伍之間的溝通效率；通過創(chuàng)建的預(yù)留預(yù)埋模型以及施工工藝模擬，可以對(duì)工人進(jìn)行更加直觀的交底，避免施工過程中出現(xiàn)遺漏，從而實(shí)現(xiàn)繁瑣復(fù)雜的預(yù)留預(yù)埋施工技術(shù)簡(jiǎn)化。后期施工完畢，質(zhì)量管理人員可以模型為基礎(chǔ)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行檢查。

與傳統(tǒng)施工管理模式相比，基于BIM技術(shù)的4D施工模擬能夠精準(zhǔn)計(jì)算出各施工階段對(duì)原材料的需求計(jì)劃，避免出現(xiàn)材料堆積，最大限度節(jié)省施工場(chǎng)地，解決因場(chǎng)地狹小所引起的一系列問題。與此同時(shí)，通過BIM技術(shù)精細(xì)化管理，合理安排土建施工與人防設(shè)備安裝之間的交叉作業(yè)，實(shí)現(xiàn)人工、材料以及機(jī)械設(shè)備的合理配置，避免不必要的浪費(fèi)[4]。

建模完成后項(xiàng)目部組織技術(shù)部、工程部、物資部對(duì)模型進(jìn)行會(huì)審，將直觀模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)融合，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案，后期通過對(duì)施工工序進(jìn)行模擬，提前驗(yàn)證已優(yōu)化施工方案在實(shí)施過程中的可行性以及實(shí)施過程中可能面臨的困難，有利于指導(dǎo)實(shí)際施工，切實(shí)提高施工效率，既解決了工期緊張的問題，同時(shí)保證了工程質(zhì)量。

3 結(jié) 語

目前全國(guó)正在大力發(fā)展城市軌道交通建設(shè)，本文以天津地鐵 4號(hào)線某車站項(xiàng)目為例，介紹了 BIM 技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用。BIM 技術(shù)目前仍處于探索發(fā)展階段，未來需不斷總結(jié)其在軌道工程中的應(yīng)用，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)城市軌道交通建設(shè)。