彭飛，劉義，陳卓，陳強，袁海林

（1.成都希盟泰克科技發(fā)展有限公司，四川成都 610000；2.中國中鐵二局集團有限公司，四川成都 610000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

彩虹橋站為廣州地鐵11號線的第17座車站，為11號線與8號線、13號線的換乘車站。車站位于東風西路北側，沿流花湖東西方向設置，8號線北延段彩虹橋站位于荔灣路和東風西路的交叉路口南側，沿荔灣路南北方向設置，11號線與13號線雙線平行同臺換乘，與8號線形成T字形換乘。車站全長357.6 m，標準段寬51.4 m，基坑開挖深度23.48～31.54 m，明挖順作法施工，頂板覆土2.5 m，連續(xù)墻深26.5～37.0 m。車站平面布置見圖1。

圖1 彩虹橋站平面布置圖

彩虹橋站為地下2層雙島式車站（局部地下3層），主體圍護結構采用1.0 m厚地連墻，標準段設置3道混凝土撐+1道鋼支撐，換乘節(jié)點設置4道混凝土撐+1道鋼支撐。主體結構為地下2層（局部3層），5柱6跨結構（站臺范圍為3柱4跨結構），本站附屬結構包含5個出入口、6個風亭組、1個冷卻塔。車站三維結構模型見圖2。

圖2 彩虹橋站三維結構模型

1.2 工程特點及難點

11號線為廣州地鐵首次采用施工總承包模式的試點項目，是中國中鐵股份有限公司傾力打造的重大軌道交通項目施工總承包典范，其中工程特點及難點如下：

（1）環(huán)境異常復雜，協(xié)調(diào)工作量及難度大。車站位于廣州市老城區(qū)，周邊環(huán)境極其復雜［1］。地面交通、人流量較大，交通疏解困難；地下管線錯綜復雜，管線改遷難度大。

（2）工程量大。彩虹橋站為地下2層雙島式車站（局部地下3層），全長357.6 m（含換乘節(jié)點37.5 m），標準段寬為51.4 m（最大寬度為57.5 m），基坑開挖深度為23.48～31.54 m，工程量大。

（3）工期緊張。彩虹橋站為盾構雙向始發(fā)車站，對總體工期目標實現(xiàn)有重大影響。因項目是在2017年8月啟動，根據(jù)工期節(jié)點要求及總體施工籌劃，車站東端頭需在2019年2月具備盾構始發(fā)條件。彩虹橋站工程量大，施工工期緊張。

（4）地質(zhì)情況復雜，技術難度高。水文地質(zhì)條件較差，主要不良地質(zhì)流塑狀淤泥［2］，輕微砂土液化，連續(xù)墻成槽過程中槽間淤泥擾流，槽壁穩(wěn)定性差，影響連續(xù)墻質(zhì)量，基底位于中風化、微風化巖層，非爆破開挖難度大，功效極低［3］。

2 BIM應用環(huán)境

2.1 BIM應用目標

BIM應用由公司統(tǒng)一領導，在項目經(jīng)理部BIM應用中心的管理和組織下開展，統(tǒng)籌規(guī)劃BIM的應用模式、方法、工具，為公司后續(xù)BIM推廣應用作積極的探索［4］。項目經(jīng)理部不僅需搭建專業(yè)的BIM應用團隊、整合各專業(yè)工程人員參與、確保BIM應用的深度和成效，還需搭建與公司相對一致、兼容性好的統(tǒng)一BIM技術系統(tǒng)和工具，確保BIM應用作為示范更容易推廣；同時需要高度重視BIM建設的標準，提高BIM應用水平。為保障項目總體目標的順利實現(xiàn)，并為具體工作提質(zhì)增效。在彩虹橋站項目開展BIM技術應用，不僅有BIM應用環(huán)境搭建、軟件部署實施、建模、深化應用、數(shù)字化移交［5-7］，還將通過項目經(jīng)理部BIM示范，帶來額外價值：

（1）帶起一個專業(yè)團隊。通過BIM應用及其過程中的培訓、認證考試、知識轉(zhuǎn)移，逐步建立起一個懂業(yè)務、熟BIM的專業(yè)團隊，為公司后續(xù)BIM深化應用乃至通過信息技術進行公司轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定良好基礎。

（2）形成一套系統(tǒng)標準。通過BIM應用，打造一個具有一定先進性、更具有高度實用性的BIM應用系統(tǒng)，以及在系統(tǒng)建設和應用中逐步形成適用于中國中鐵股份有限公司的BIM應用標準，為后續(xù)BIM推廣奠定良好基礎。

（3）申請多個專利技術。通過BIM應用，共同在關鍵技術上進行創(chuàng)新，特別是圍湖擋墻與模型的結合方面、狹窄場地施工作業(yè)區(qū)域布置方面，形成專利技術。

（4）獲得共享知識產(chǎn)權。通過BIM應用，共同在關鍵技術上進行實踐，在部分特定場景的系統(tǒng)功能應用上，與開發(fā)服務方共享知識產(chǎn)權。

2.2 團隊組織

項目從2017年8月啟動，成立以彩虹橋項目部和外部咨詢單位BIM工作組作為項目實施團隊。在團隊中，成都希盟泰克科技發(fā)展有限公司（簡稱成都希盟泰克）負責項目的直接執(zhí)行；中鐵二局城通公司為項目提供全方位保障，按時準備項目執(zhí)行所需的軟硬件、網(wǎng)絡、辦公環(huán)境，跟蹤與解決和軟硬件有關的技術問題，同時提供對文件、管理人員、用戶、系統(tǒng)環(huán)境和其他資源上的配合與協(xié)調(diào)。團隊組織架構見圖3。

圖3 團隊組織結構

2.3 軟硬件環(huán)境

（1）硬件環(huán)境：由模型工作站、盾構監(jiān)控服務器、VR系統(tǒng)服務器、VR頭盔構成，各硬件所需CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤等配件具體參數(shù)見表1。

表1 硬件配置與參數(shù)

（2）軟件環(huán)境：軟件包括BIM建模軟件、模型處理軟件、BIM 3D引擎、動畫制作軟件、VR 3D引擎，實現(xiàn)以上功能的各種軟件具體型號見表2。

表2 軟件配置及型號

3 BIM應用與設計

3.1 BIM基礎應用

（1）地質(zhì)模型構建。工作內(nèi)容包含彩虹橋站范圍內(nèi)地層信息的地質(zhì)模型及流花湖開挖和回填的地質(zhì)模型。相關示例見圖4、圖5。

圖4 地質(zhì)模型構建流程

圖5 標準斷面地質(zhì)模型

（2）臨建BIM模型構建。彩虹橋站工程施工場地臨建BIM模型用于反映施工場地布置（見圖6、圖7）和臨時建筑規(guī)劃、場地周邊交通疏導方案［8］。主要模型結構類型包括場地內(nèi)外交通及主要結構。工作內(nèi)容包含施工場地及周邊臨建的模型構建（見表3）。

（3）主體工程模型構建。彩虹橋站為地下2層（局部3層）結構，5個出入口、2組風亭。車站模型應按豎向分層劃分，并建立主體結構模型（見圖8、表4）。

建立與主體工程相關聯(lián)的關鍵構筑物、主要河流段、地表建筑物的關鍵尺寸數(shù)據(jù)，用于反映與主體工程的位置關系和重要距離參數(shù)，需進行下穿構/建筑物建模（見表5）。

圖6 彩虹橋站臨建BIM模型

圖7 周邊環(huán)境和臨時場地臨建模型

表3 臨建BIM模型清單

（4）設備模型構建。項目擬搭建的大型施工設備模型主要為鉆機、挖機、吊機模型，可用于反映在車站施工中。相關設備模型見圖9。

3.2 BIM高級應用

（1）車站主體施工仿真。主要針對已建立的整體結構BIM模型，對車站主體施工的全過程進行模擬仿真（見圖10），對施工過程的重難點工藝進行分化，形成車站主體施工仿真視頻。仿真價值在于：施工模擬；方案優(yōu)選；工籌仿真；指導施工［9］。

表4 主體模型清單

圖8 主體結構模型

表5 主體工程相關聯(lián)的關鍵構筑物清單

（2）BIM模型視圖系統(tǒng)及移動端。通過BIM模型視圖系統(tǒng)隨時在線查詢?nèi)SBIM輕量化模型、模型屬性信息（見圖11、圖12）。優(yōu)勢在于：隨時查看BIM模型；模型支持IOS及安卓移動端；全屬性查看；通過結構樹對模型快速選擇。

（3）VR車站主體漫游。通過VR與BIM技術結合，實現(xiàn)車站主體的虛擬漫游，以達到身臨其境的感受。其價值在于：通過VR+BIM技術［10］實現(xiàn)“真實體驗”，實現(xiàn)彩虹橋站全景漫游。

圖9 大型施工設備模型

圖10 車站主體施工仿真

圖11 Web端查看BIM模型

圖12 移動端查看BIM模型

3.3 BIM創(chuàng)新應用

在BIM創(chuàng)新應用方面，主要以對基坑開挖施工組織計劃的研究和頂管穿越高架橋樁基間距的仿真模擬為主。利用BIM技術、運籌學、AI算法，研發(fā)行業(yè)內(nèi)首款結合實際工程施工的施工組織系統(tǒng)。通過工程施工仿真BIM模型數(shù)據(jù)，控制工程施工過程、機械設備投入、材料供應及運輸?shù)雀鱾€施工環(huán)節(jié)，對仿真模擬出的施工進度計劃進行分析，提供合理的施工組織計劃，提升工程項目的管理水平。

圖13 VR車站漫游

（1）基于BIM的深基坑開挖及結構施工組織計劃深化應用研究。深基坑開挖施工組織計劃深化應用研究需結合車站BIM模型數(shù)據(jù)進行車站施工組織仿真模擬（見圖14），對施工方案和設備投入進行施工前的預演，以確定車站工程施工組織計劃、資源和設備投入的合理性［11］。

基于BIM技術的深基坑開挖及結構施工組織計劃應用研究所需完成的主要工作如下：協(xié)調(diào)車站基坑開挖、基坑支護、渣土運輸?shù)雀黜椷M度的前提下，達到挖、轉(zhuǎn)、支等各種施工工序的綜合平衡；復核施工方案的可行性，動態(tài)優(yōu)化調(diào)整施工資源配置、施工強度和工期；完成深基坑開挖及結構施工的施工組織計劃模擬視頻。

（2）基于BIM技術的頂管穿越仿真模擬應用研究。主要針對頂管穿越高架橋樁基間距仿真模擬的內(nèi)容，根據(jù)頂管穿越的參數(shù)、力學信息等，仿真模擬頂管穿越高架橋樁基全過程，基于BIM模型動態(tài)呈現(xiàn)［12-13］。并且避免在施工過程中對已有建筑造成破壞。頂管穿越施工仿真，首先需要建立動力學仿真模型；然后設置有限元邊界條件；最后對頂管穿越高架橋樁基全過程進行動力學仿真分析，確保在施工過程中由于運動變化使建筑結構、地質(zhì)環(huán)境等產(chǎn)生的應力應變變化范圍在周邊建筑的安全值以內(nèi)。

4 項目優(yōu)勢與成果

（1）搭建了廣州地鐵11號線彩虹橋站工程項目的BIM管理與應用組織機構，實現(xiàn)全項目BIM工作的統(tǒng)一管理。

（2）建立了適用于彩虹橋站工程項目BIM應用的標準體系和規(guī)章制度及其相應的BIM技術環(huán)境，規(guī)范本項目各階段的BIM技術應用并達到了預期效果。

（3）建立了各類模型，基于模型開展深化設計工作，提前發(fā)現(xiàn)設計文件中的錯漏碰缺，提高深化設計的質(zhì)量和效率。

（4）建立了BIM基礎應用方案，充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，對重要施工專項方案進行模擬，監(jiān)控工作情況，預測施工作業(yè)情況，提高施工方案的可實施性并輔助驗證實施效果，采用三維交互模式進行輔助技術交底。

（5）建立了BIM施工協(xié)同系統(tǒng)，利用BIM模型與施工組織及項目現(xiàn)場實施情況的關聯(lián)，協(xié)助完成進度、質(zhì)量、安全、成本和施工信息的高效項目管理，實現(xiàn)項目管理全過程的精細化，為項目實施過程中的各項決策提供科學依據(jù)，進一步提升鐵路建設項目信息化管理水平，為鐵路建設項目管理提供技術支持。

（6）建立了工程全景實時仿真系統(tǒng)，提高項目經(jīng)理部對工程整體情況的掌控。

圖14 工程施工組織仿真模擬架構

（7）通過接入業(yè)主和中國中鐵股份有限公司的現(xiàn)有相關業(yè)務系統(tǒng)，獲取更豐富的項目信息，并通過BIM應用方式，提高工程項目管理的信息化程度，提高工程管理的效率和科學性。

（8）實現(xiàn)了工程模型、設備模型等信息與資料等一體化、數(shù)字化交付，為后續(xù)項目運維奠定數(shù)字基礎。

5 結束語

（1）BIM應用貫穿施工建造環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了對建造過程的展現(xiàn)和管控（安全、投資、進度、質(zhì)量），提高了工程科學管理水平。

（2）BIM應用融入工程建造的各工藝工序中，優(yōu)化施工方案、降低施工風險，提高了施工效率。

（3）BIM應用為工程數(shù)字化移交留下材料，通過數(shù)字化提高工程移交的完整性、高效性，為業(yè)主后續(xù)與資產(chǎn)管理結合提高資產(chǎn)管理水平奠定基礎。