陳朝陽，王冰，趙鵬程，張偉

（1.中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 230001；2.合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

1 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的增長，日益擁堵的交通促使城市軌道交通得到快速發(fā)展。地鐵車站建設大多穿越城市中心地帶，其周邊環(huán)境十分復雜同時施工過程中對周邊建筑物沉降控制要求嚴格、技術難度大、工程造價高，確保地鐵車站建設過程中的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性等施工指標對指導現(xiàn)場施工具有重要意義。國內外關于BIM在地鐵工程方面已有相關研究[1-4]，而BIM在車站穩(wěn)定性方面研究仍需繼續(xù)深入[5-8]。

本文為解決無錫地鐵車站綠色施工問題，基于BIM技術對無錫地鐵3號線長江路站利用Revit構建車站模型，并進行碰撞檢查和臨建場地優(yōu)化。同時結合Midas軟件數(shù)值模型完成對車站整體施工各工序下的實時管控；通過Navisworks對車站主體結構進行4D進度管理；基于BIM技術的工程量統(tǒng)計研究；基于BIM技術的車站圍護結構監(jiān)測預警技術研究。

2 基于BIM技術與數(shù)值分析的車站施工管控

2.1 工程概況

無錫地鐵長江路車站為地下二層11m島式車站，明挖順作施工。主體圍護結構形式：800mm厚地下連續(xù)墻+內支撐。主體圍護結構深度：29.8m（標準段），32.7m（小里程段盾構井），32.7m（大里程右線段盾構井），34.3m（大里程左線段盾構井）。附屬基坑深度：11.5m。附屬圍護結構形式：SMW工法樁。附屬圍護結構深度：23m（SMW工法樁）。

2.2 地鐵車站數(shù)值模型與Revit模型構建

地鐵車站數(shù)值模型利用Midas有限元軟件對實際工程進行簡化，保留車站梁板柱等重要結構部件進行建模，并設置施工階段：①基坑分層開挖支護；②車站底板、柱、頂板等結構施工；③基坑回填，根據(jù)軟件計算結果依次查看各工序下位移應力變化情。Revit模型創(chuàng)建地連墻、梁、板、地層等一些關鍵節(jié)點族，參數(shù)化程度較高。將Revit模型導入Navisworks中，進行漫游并做碰撞檢查，用于指導施工和深化設計。模型見圖1和圖2。

圖1 MIDAS模型

圖2 Revit車站模型

3 基于BIM技術的施工4D進度管理

施工進度是一個動態(tài)管理的過程，根據(jù)項目制定好的進度計劃在已有三維模型的基礎上關聯(lián)時間達到對施工過程的4D管理。通過4D進度管理可以清晰的展示各工序之間的銜接，避免不必要的返工造成經(jīng)濟損失和工期延誤。通過將創(chuàng)建的車站模型導入到BIM的Navisworks中，關聯(lián)Project進度文件后進行進度模擬，如圖3，根據(jù)模擬結果實時調整施工計劃。

圖3 4D車站施工進度模擬

4 基于BIM技術的工程量統(tǒng)計研究

BIM是三維數(shù)字信息模型，在模型中所有構件都是由參數(shù)構成。在項目中利用BIM技術進行地鐵車站工程量統(tǒng)計，是以Revit模型為載體通過設置相關參數(shù)選項例如物理材質、長度、型號等，軟件自動生成結果。同時當模型中某一項數(shù)據(jù)發(fā)生變化之后，統(tǒng)計結果亦能自動更新，具有精度高、速度快的特點，避免了傳統(tǒng)人工統(tǒng)計容易出錯的問題，為工程項目預算、采購、決算提供了可靠依據(jù)。

在Revit軟件視圖選項卡中創(chuàng)建混凝土工程量明細表并選擇混凝土類別，在“字段”下選擇“總計、結構材質、體積”點擊確定便可自動生成混凝土對象的工程統(tǒng)計表。將軟件統(tǒng)計結果導入到EXCEL中進行統(tǒng)計處理，即可得到詳細的混凝土工程量清單。

5 圍護結構監(jiān)測預警技術研究

5.1 MIDAS模擬結果與監(jiān)測結果分析

利用有限元分析軟件Midas對基坑開挖過程進行數(shù)值模擬，以地連墻的水平位移為例，結合實際的監(jiān)測數(shù)據(jù)對地連墻的水平位移進行對比分析基坑墻體的變形性狀，相互印證做到及時預警指導現(xiàn)場施工。從圖4地連墻的水平位移云圖可以看出，基坑開挖具有明顯的空間效應，由于基坑開挖長邊的卸載面較大，在坑外土壓力的作用下導致基坑中部地連墻的水平位移最大。因此，在基坑開挖方案制定的過程中，采用“先兩端后中間、隨挖隨撐”的明挖順作法對基坑進行施工作業(yè)。

5.2 基于BIM技術的基坑監(jiān)測可視化

本基坑工程的監(jiān)測內容包括地下連續(xù)墻深層水平位移監(jiān)測、墻頂水平和豎向位移監(jiān)測、周圍地表沉降監(jiān)測、墻后土體深層水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、立柱沉降監(jiān)測以及地下水位監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測的內容在Revit平臺上建了監(jiān)測點通用族庫，比如：水平和豎向位移監(jiān)測點族、降水水位監(jiān)測井族、支撐軸力監(jiān)測點族等。監(jiān)測點通用族的建立過程與自定義族的建立過程基本相同，都是采用常規(guī)模型族樣板進行創(chuàng)建。本文中監(jiān)測點族建立運用的預警判斷條件如下：當監(jiān)測判定值為“a”時，說明監(jiān)測值處于安全狀態(tài)，監(jiān)測點族的顏色為綠色；當監(jiān)測判定值為“b”且橙色警戒值為“c”時，說明監(jiān)測值處于橙色預警，監(jiān)測點族的顏色變?yōu)槌壬划敱O(jiān)測判定值為“b”且橙色警戒值為“c”且紅色警戒值為“d”時，說明監(jiān)測值處于紅色預警，監(jiān)測點族的顏色變?yōu)榧t色。

通過Revit軟件將BIM模型進行轉換格式，并在Navisworks中對模型的監(jiān)測點進行集合并組，根據(jù)預警級別及相應的報警顏色設定任務類型，將監(jiān)測結果用if函數(shù)進行判斷預警情況，確定施工過程是否安全。使得監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測時間、監(jiān)測模型三者有機結合實現(xiàn)基坑動態(tài)監(jiān)測可視化，讓施工管理人員更加直觀的查看基坑開挖過程的安全狀況。

6 結論

通過引入BIM技術對無錫地鐵3號線長江路站進行模擬和分析，可以得到如下結論：

①基于BIM技術與數(shù)值分析相結合，詳細建立了長江路地鐵車站的有限元模型與Revit模型，通過有限元模擬分析各施工階段下基坑與車站主體結構的變形情況，為現(xiàn)場施工存在重大風險部分給予理論指導，并就Revit模型提供的漫游功能為項目施工提供更加直觀的可視化體驗，同時對于優(yōu)化現(xiàn)場臨建設施的安置具有重要指導意義；

②基于BIM技術4D進度管理、工程量清單統(tǒng)計、監(jiān)測與預警技術的研究，對于項目施工過程中優(yōu)化施工方案合理安排各工序時間進度，控制成本、保障施工安全有著顯著效果。

混凝土工程量表 表1