孫前偉，馬 健，王文富，司昌盛，曹世偉

中國(guó)水利水電第一工程局有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130033

隨著我國(guó)城市人口日益集中，生產(chǎn)總值日益增長(zhǎng)，越來(lái)越多的城市開(kāi)始規(guī)劃、建設(shè)地鐵。然而，地鐵工程建設(shè)多位于人口、建筑密集地區(qū)，且一個(gè)地鐵項(xiàng)目涉及20多種專業(yè)類型，專業(yè)之間的協(xié)調(diào)十分困難[1]。面對(duì)地鐵環(huán)境復(fù)雜多樣、施工工藝煩瑣、安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高等問(wèn)題，傳統(tǒng)管理制度的粗放特性對(duì)于高質(zhì)量的工程建設(shè)有著不利影響，為改善此現(xiàn)狀，有必要通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)施精細(xì)化管理。

當(dāng)前，BIM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地鐵工程施工過(guò)程的管理。武宗天[2]以廣州市18號(hào)線中一段地鐵路線為依托，驗(yàn)證了BIM精細(xì)化管理的重要性；霍麗娜[3]通過(guò)對(duì)北京地鐵6號(hào)線東小營(yíng)車輛段施工階段進(jìn)行BIM應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工過(guò)程的嚴(yán)格把控；孫龍華等[4]探索了通過(guò)BIM可視化交底結(jié)合建筑數(shù)據(jù)集成平臺(tái)指導(dǎo)信息化施工的方法。由此看出，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值與功能拓展仍需進(jìn)一步挖掘。

文章以深圳市城市軌道交通12號(hào)線工程懷德站施工為背景，在施工全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查及施工模擬等應(yīng)用，并基于BIM融合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多維度、多參與方的遠(yuǎn)程管理和協(xié)作，充分發(fā)揮平臺(tái)的管理協(xié)作功能，形成一套完整的城市軌道交通BIM體系，為深圳乃至全國(guó)范圍內(nèi)城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展注入新的思路。

1 工程概況

深圳市城市軌道交通12號(hào)線工程懷德站位于福永大道與懷德南路路口南側(cè)，沿懷德南路敷設(shè)，途徑密集建筑，沿線管線錯(cuò)綜復(fù)雜，車站西側(cè)建筑距離車站主體結(jié)構(gòu)僅15～20m。車站主體為地下二層島式站臺(tái)[5]，自下而上分別為站廳層和站臺(tái)層，站臺(tái)寬11m，有效站臺(tái)長(zhǎng)度為140m，車站部分總長(zhǎng)312.1m。車站采用明挖順筑法施工（局部蓋挖），基坑開(kāi)挖深度為17.4～22.7m。

工程地處沿海地區(qū)，軟土主要為海陸交互相淤泥，平均層厚2.03m。沿線場(chǎng)地人工填土范圍較廣，成分多樣，厚度變化大，土體不穩(wěn)定，工程性質(zhì)較差，易造成局部基坑坍塌及不均勻沉降。

該工程施工場(chǎng)地狹窄、地質(zhì)條件差、管線交錯(cuò)、工期緊張、風(fēng)險(xiǎn)源多，質(zhì)量及安全管控困難。通過(guò)BIM技術(shù)并融合GIS技術(shù)、管理平臺(tái)及有限元分析，對(duì)相應(yīng)工程進(jìn)行施工場(chǎng)地布置、4D施工模擬、質(zhì)量與安全管理和施工監(jiān)測(cè)，以保證工程質(zhì)量。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM在施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施布置中的應(yīng)用

施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施布置是施工組織設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，需結(jié)合工程環(huán)境和施工需求，研究解決施工期間所需的交通運(yùn)輸、施工及辦公設(shè)施的平、立面布置問(wèn)題，以使工程按期完工，同時(shí)需要充分考慮相關(guān)成本，并在保證工程安全的前提下盡可能地降低施工對(duì)生態(tài)環(huán)境和周邊居民生活的影響。在深圳市城市軌道交通12號(hào)線工程懷德站的建設(shè)過(guò)程中利用BIM技術(shù)建立施工實(shí)際場(chǎng)布模型（見(jiàn)圖1），在場(chǎng)內(nèi)布置臨時(shí)車行道路、模擬施工、吊裝等，可直觀、精準(zhǔn)模擬施工環(huán)境，并通過(guò)參數(shù)化功能快速優(yōu)化場(chǎng)地布置，為施工提供專業(yè)有效的數(shù)據(jù)。

圖1 施工場(chǎng)地布置圖

2.2 BIM技術(shù)在可視化交底中的應(yīng)用

通過(guò)Revit軟件對(duì)懷德站車站主體進(jìn)行建模，將模型上傳至Fuzor軟件中模擬施工及安裝過(guò)程，并對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)施工工藝的做法和工序排布進(jìn)行模擬優(yōu)化以直觀地向施工人員表達(dá)施工流程及控制要點(diǎn)，可使現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的人員深入理解相關(guān)工法，避免出現(xiàn)因理解錯(cuò)誤而導(dǎo)致的安全隱患。通過(guò)VR技術(shù)讓施工人員及管理人員身臨其境地感受施工過(guò)程并模擬安全事故的發(fā)生與危險(xiǎn)自救過(guò)程，從而有效保證工程質(zhì)量及安全、文明工地的建設(shè)。

2.3 BIM技術(shù)在碰撞檢查中的應(yīng)用

該工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整信息化模型的三維位置數(shù)據(jù)，以達(dá)到快捷優(yōu)化的目的。碰撞檢查通過(guò)Navisworks對(duì)模型進(jìn)行自動(dòng)檢查，并出具檢測(cè)報(bào)告，與傳統(tǒng)手段相比，避免了人工檢查時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤或者遺漏，更加方便、高效。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)可以模擬地鐵施工對(duì)周邊建筑物的影響，結(jié)合施工組織設(shè)計(jì)，判斷人員、機(jī)械布置是否合理，施工作業(yè)空間是否滿足作業(yè)需求，并對(duì)施工進(jìn)行全面動(dòng)態(tài)仿真，模擬變化趨勢(shì)，提出合理化動(dòng)態(tài)調(diào)整方案。

3 基于BIM與管理平臺(tái)的聯(lián)合管理

3.1 基于BIM+GIS可視化數(shù)據(jù)平臺(tái)的管線遷改管理

GIS技術(shù)與BIM技術(shù)將宏觀層面的空間地理信息與微觀層面的建筑信息跨界整合集成。懷德站施工場(chǎng)地內(nèi)涉及的地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，管線遷改是制約施工進(jìn)展的關(guān)鍵，通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)采集現(xiàn)場(chǎng)信息，通過(guò)Super Map展示真實(shí)的地理測(cè)繪信息，繪圖精度可控制在5cm范圍內(nèi)。在GIS可視化數(shù)據(jù)平臺(tái)上通過(guò)BIM技術(shù)直觀展示地下管線遷改方案，優(yōu)化遷改位置及順序，協(xié)助論證方案的可實(shí)施性。通過(guò)模擬地下管線的遷改方案，三維可視化施工指導(dǎo)，使各個(gè)專業(yè)在施工過(guò)程中做到協(xié)同、高效。

3.2 基于BIM+建設(shè)管理平臺(tái)的質(zhì)量安全協(xié)同管理

項(xiàng)目施工過(guò)程中質(zhì)量及安全的管理往往是決定一個(gè)項(xiàng)目成敗及是否能順利進(jìn)行的關(guān)鍵，因此如何及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并解決安全及質(zhì)量問(wèn)題是項(xiàng)目管理人員所關(guān)注的重中之重。懷德站的建設(shè)過(guò)程中引入了BIM+建設(shè)管理平臺(tái)進(jìn)行質(zhì)量安全協(xié)同化管理。技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者有安全問(wèn)題時(shí)，利用魯班手機(jī)端App、魯班協(xié)同軟件，將相關(guān)問(wèn)題拍照記錄上傳，再將現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全問(wèn)題照片在建設(shè)管理平臺(tái)中與BIM模型、人員相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行標(biāo)識(shí)，督促班組進(jìn)行整改，整改完成形成完成報(bào)告。同時(shí)，可以隨時(shí)導(dǎo)出報(bào)告，進(jìn)行資料存檔，做到了信息實(shí)時(shí)共享，及時(shí)精準(zhǔn)定位并解決相關(guān)問(wèn)題。

4 基于BIM與有限元分析的聯(lián)合分析

4.1 基于BIM與有限元分析聯(lián)合的創(chuàng)建

該工程中基坑開(kāi)挖深度為17.4～22.7m，需建立800mm厚的地下連續(xù)墻對(duì)主體進(jìn)行圍護(hù)。利用已有Revit模型進(jìn)行優(yōu)化并導(dǎo)入Midas GTS形成一個(gè)整體網(wǎng)格組后，為了減少邊界效應(yīng)的影響，模型邊界設(shè)定如下：沿X軸方向上的左右邊界，約束X向的平動(dòng)自由度；沿Y軸方向上的前后邊界，約束Y向的平動(dòng)自由度；約束有限元模型底部的Z向平動(dòng)自由度；模型頂部面為地表面，不施加任何的約束。確定L形墻整體三維模型尺寸為35m×35m×50m（長(zhǎng)×寬×高），直形墻整體三維模型尺寸為40m×20m×50m（長(zhǎng)×寬×高），最終形成網(wǎng)格模型（見(jiàn)圖2）。

圖2 Midas GTS網(wǎng)格模型

4.2 連續(xù)墻成槽過(guò)程中土體變形分析

此次分析采用地層-結(jié)構(gòu)法，充分考慮土層-結(jié)構(gòu)相互作用。成槽機(jī)+旋挖鉆施工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力波會(huì)導(dǎo)致周圍土體產(chǎn)生一定程度的沉降，通過(guò)對(duì)L形連續(xù)墻和直形連續(xù)墻成槽過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析并生成施工過(guò)程位移云圖（見(jiàn)圖3），模擬各工況的變形情況，以驗(yàn)證不同土體環(huán)境的工況在連續(xù)墻施工過(guò)程中的優(yōu)劣性。

圖3 L形連續(xù)墻和直形連續(xù)墻施工過(guò)程位移云圖

由圖3可知，當(dāng)L形墻兩側(cè)均為土?xí)r，最大豎向沉降量為2.06mm，最大隆起變形量為0.26mm；當(dāng)L形墻一側(cè)為土，另一側(cè)為混凝土?xí)r，最大豎向沉降量為1.27mm，最大隆起變形量為0.24mm；當(dāng)L形墻兩側(cè)均為混凝土?xí)r，最大豎向沉降量為0.99mm，最大隆起變形量為0.24mm。當(dāng)直形墻兩側(cè)為土?xí)r，成槽Z方向最大沉降量為3.60mm，最大隆起變形量為0.27mm；當(dāng)直形墻一側(cè)為土，另一側(cè)為混凝土?xí)r，成槽施工完成階段，成槽Z方向最大沉降量為2.92mm，最大隆起變形量為0.28mm；當(dāng)直形墻兩側(cè)均為混凝土?xí)r，成槽Z方向最大沉降量為2.26mm，最大隆起變形量為0.28mm。施工中各工況對(duì)應(yīng)變形控制優(yōu)劣排序從大到小依次為兩側(cè)混凝土、一側(cè)土一側(cè)混凝土、兩側(cè)土。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的被認(rèn)可程度越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。文章以深圳市城市軌道交通12號(hào)線工程懷德站為實(shí)例，在沿海地區(qū)工程地質(zhì)條件差、風(fēng)險(xiǎn)管控難度大、地下管線復(fù)雜、施工作業(yè)場(chǎng)地狹窄、施工方案選取困難及工期緊張等條件下，應(yīng)用BIM技術(shù)開(kāi)展施工場(chǎng)地布置模擬、可視化交底、碰撞檢查等應(yīng)用，直接有效地解決了工程施工過(guò)程中的問(wèn)題；同時(shí)，基于BIM技術(shù)與GIS、建設(shè)管理平臺(tái)、Midas GTS的融合應(yīng)用，進(jìn)行管線遷改、質(zhì)量安全協(xié)同管理、施工監(jiān)測(cè)及方案模擬優(yōu)化，降低了項(xiàng)目管理難度，也為未來(lái)城市軌道交通BIM體系的推廣應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。