劉阿鋒，郭海洋，吳 寧

(中建三局城建有限公司，吉林 長春 130030)

0 引 言

在以裝配式橋梁、裝配式管廊為代表的裝配式基礎(chǔ)設(shè)施在城市建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用的背景下，裝配式地鐵車站的發(fā)展顯得較為遲緩，目前僅在長春、青島等少數(shù)城市進行試驗性應(yīng)用[1]。從現(xiàn)有的工程實踐來看，裝配式地鐵車站普遍面臨施工過程模塊受力不明、預(yù)制構(gòu)件拼裝定位精度不高、防水效果不佳、工程管理方法不科學等問題。雖然從技術(shù)的角度看，以上問題相互獨立，但是從裝配式地鐵車站整體工程角度看，這些問題從屬于系統(tǒng)工程的一部分，需要通過一項系統(tǒng)性的研究，探索系統(tǒng)問題的解決方案。

目前國內(nèi)外研究主要集中于將智慧建造應(yīng)用到工程項目建設(shè)中，或基于信息手段的智慧建造研究，對全裝配式地鐵車站施工全過程的深層次智慧建造體系研究甚少。同時，在智慧化管理的研究中，大部分學者都是應(yīng)用BIM技術(shù)或單一的信息技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理和分析。而單一的新興信息化手段無法同時對裝配式建筑的生產(chǎn)和運輸階段、現(xiàn)場裝配以及質(zhì)量驗收等各個階段的數(shù)據(jù)都進行詳細、準確的處理。因此，需要借助BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算等多種新型信息化技術(shù)進行配合才能達到預(yù)期的管理效果[2-4]。

本文依托長春市城市軌道交通6#線工程南溪濕地站工程，整合當前施工技術(shù)，融合智慧建造技術(shù)，形成系統(tǒng)性、規(guī)范化、智能化的裝配式地鐵應(yīng)用方案。

1 工程概況

南溪濕地站為長春市城市軌道交通6號線工程第15座車站。該站為兩層三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工。車站主體基坑長258.6 m，現(xiàn)澆段標準段基坑寬度21.3 m，裝配段基坑寬度22.5 m，小里程端頭寬24.7 m，大里程端頭寬23.7 m，基坑開挖深度約為19.49～22.17 m，基坑采用坑外降水，支護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐/錨索的型式。地層自上而下依次為：素填土層、粉質(zhì)粘土層、中粗砂層、下部為砂巖、泥巖。車站的底板座落在泥巖層，圍護樁樁底落在泥巖層。

2 BIM模型建立

該項目根據(jù)設(shè)計單位提供的設(shè)計圖紙、設(shè)備信息和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，利用Revit建模軟件在工程開始階段建立建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)及機電專業(yè)BIM模型，在建模過程中對圖紙進行仔細核對和完善。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

該項目施工難度大，施工前對各項施工方案進行提前規(guī)劃、預(yù)演尤為重要。利用BIM模型的可視性進行三維立體的施工方案規(guī)劃，可以合理安排生活區(qū)、鋼結(jié)構(gòu)加工區(qū)、材料倉庫、現(xiàn)場材料堆放場地、現(xiàn)場道路等的布置。

另外，利用BIM模型模擬一些危險性大的專項施工方案，可以直觀的反應(yīng)施工現(xiàn)場情況，輔助專家論證，降低施工危險性?；贐IM的施工周邊環(huán)境規(guī)劃，進行吊裝設(shè)備、施工場地布置及土方開挖方案模擬。

3.1 碰撞檢查

使用Navisworks進行碰撞檢查[5]，快速找到管線布置不合理的位置，對出現(xiàn)的問題提前進行合理優(yōu)化，碰撞結(jié)果如表1所示。

針對Navisworks檢測出的碰撞問題，進行篩選，將存在碰撞問題的地方進行整理，形成碰撞檢測報告并給出優(yōu)化調(diào)整建議，從而提供一個具有實時性的虛擬仿真分析應(yīng)用體系。

表1 碰撞檢查表

表1(續(xù))

3.2 凈高分析

(1)根據(jù)圖紙及模型，南溪濕地站站廳層設(shè)備間區(qū)域凈高為6 300 mm，最小梁下凈高為5 300 mm，圖紙設(shè)計要求吊頂高度2 800 mm，由于此區(qū)域大尺寸風管較多，所以機電綜合管線按照以下標高排布。

①風管板下或梁下敷設(shè)，例如1 250 mm×1 000 mm排風管板下200 mm安裝，風管底標高為H+5 200 mm。

②縱向風管分系統(tǒng)垂直排布，預(yù)留出施工空間與檢修空間。

③電纜橋架在風管下方安裝，底標高為H+3 900 mm和H+3 415 mm。

④消火栓管道墻邊風管下方敷設(shè)安裝，標高為H+3 240 mm。

⑤各個管線之間存在碰撞時，應(yīng)根據(jù)避讓原則合理調(diào)整。

(2)根據(jù)圖紙及模型，南溪濕地站站廳層走廊凈高為6 685 mm，圖紙設(shè)計要求吊頂高度2 800 mm，由于該走廊內(nèi)空間狹小，需要預(yù)留出安裝及檢修空間，所以機電綜合管線按照以下標高排布。

①風管板下敷設(shè)，三層風管標高分別為H+5 600 mm、H+4 400 mm、H+3 800 mm。

②電纜橋架在風管下方安裝，底標高為H+3 480 mm和H+3 150 mm。

③給排水管道墻邊電纜橋架下方敷設(shè)安裝，標高為H+2 940 mm。

④各個管線之間存在碰撞時，應(yīng)根據(jù)避讓原則合理調(diào)整。

3.3 管線綜合排布

對關(guān)鍵部位和關(guān)鍵管道進行初步規(guī)劃及討論后進行預(yù)排布，然后經(jīng)專業(yè)工程師審查出最優(yōu)方案，根據(jù)最優(yōu)方案，創(chuàng)建實體三維模型。

4 智慧建造

4.1 預(yù)制構(gòu)件工業(yè)化智能建造

結(jié)合智能生產(chǎn)的理念，充分融合和利用物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)等，建立一套以新興的信息技術(shù)為基礎(chǔ)，BIM技術(shù)為核心，適用于地鐵建造的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，利用RFID技術(shù)BIM技術(shù)相結(jié)合，生產(chǎn)過程中預(yù)制構(gòu)件的安裝部位和用途的信息嵌入含量等構(gòu)件信息的RFID芯片，實現(xiàn)對建造過程中的預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和施工的智能化，有效解決傳統(tǒng)建筑施工中的高消耗、高浪費、信息不對稱和構(gòu)件不兼容等問題，大大縮短裝配式地鐵的建造周期，提高施生產(chǎn)效率，進一步促進我國建筑工業(yè)化的進程[6,7]。將建筑工業(yè)的“制造”推向“智造”，利用移動互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對客戶的服務(wù)對接，依托BIM模型的深度挖掘與大數(shù)據(jù)應(yīng)用實現(xiàn)企業(yè)外部的服務(wù)設(shè)計、內(nèi)部的管理協(xié)同與精益管理，借助BIM技術(shù)讓構(gòu)件實體得以三維展示，依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)信息傳遞。把智能化融入建筑行業(yè)，加快地鐵施工效率，降低施工成本，以智能化的生產(chǎn)方式，輸出智能化、綠色化的產(chǎn)品與服務(wù)。

4.2 工藝工序虛擬仿真分析體系

地鐵施工過程中，受周圍環(huán)境影響大、不確定因素多、施工方案選取局限性大等因素的影響，利用BIM技術(shù)進行三維場景建模，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)驅(qū)動，結(jié)合虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)對施工全套工藝工序的場景再現(xiàn)，并通過對三維場景高速碰撞算法的研究，對施工過程中構(gòu)件吊裝、施工機械調(diào)配和結(jié)構(gòu)碰撞等進行虛擬仿真分析并進行三維技術(shù)交底，針對出現(xiàn)的問題提前進行合理優(yōu)化，提供一個具有實時性的虛擬仿真分析體系，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)可視化與操作性功能，實現(xiàn)人員、機械調(diào)動、場景布局等碰撞分析與合理布置，保證在施工過程中提前發(fā)現(xiàn)并有效合理解決施工過程中的問題，避免返工、窩工現(xiàn)象，保證施工過程的安全性。

4.3 體系建設(shè)與應(yīng)用研究

在建立項目整體化BIM模型的基礎(chǔ)上，打造多端協(xié)同管理平臺，線上完成項目的檔案、質(zhì)量、安全和進度等管理工作。引入GIS的空間數(shù)據(jù)圖層，還原項目的地形、地貌特征。在此基礎(chǔ)上，進行施工方案預(yù)演，通過動態(tài)演示的方式，預(yù)測工程的高危風險、以及對周邊環(huán)境的影響，為方案比選、優(yōu)化提供依據(jù)。針對不同結(jié)構(gòu)建立參數(shù)化構(gòu)件庫，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型的快速建立，編制臨時結(jié)構(gòu)快速計算程序，預(yù)制常用參數(shù)，并與手動輸入相結(jié)合，滿足一線施工技術(shù)人員快速計算需求。以BIM智慧平臺為基礎(chǔ)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息數(shù)據(jù)庫對接，集成多種數(shù)據(jù)模塊，實現(xiàn)“BIM+”技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

4.4 技術(shù)應(yīng)用效果

(1)縮減工期：平均裝配速度2環(huán)/天(4 m)土建工期節(jié)省4～6個月(約20%～30%)，裝修設(shè)計簡約，工期也大幅縮減。

(2)節(jié)省臨時占地：圍擋寬度縮減5 m，節(jié)省施工臨時占地至少1 000 m2，對道路交通導(dǎo)改組織更為有利。

(3)節(jié)材環(huán)保：節(jié)省鋼筋約800 t，輕量化設(shè)計混凝土量也減少很多；現(xiàn)場施工木材消耗減少800 m3，其他建筑垃圾也大幅減少。

(4)利于管理：施工高峰期作業(yè)人員由130～180人減少至15～20人，更易于安全質(zhì)量管理。

(5)綜合效益：綜合效益大幅度提高，包括道路交通，噪音粉塵，綠色節(jié)能環(huán)保等方面。

5 總 結(jié)

項目管理落后是影響行業(yè)進步的最重要原因之一，借助BIM技術(shù)，通過現(xiàn)場管理人員使用易懂端實時上傳問題至相關(guān)責任人進行高效協(xié)同，使問題能夠快速高效的得到解決。在此背景下，為實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的精細化管理、精益化建造，本項目在項目管理全過程、各方面都開展了基于BIM技術(shù)的應(yīng)用探索。

將BIM在施工階段的應(yīng)用延伸到生產(chǎn)和運營等多個階段，使裝配式地鐵建造過程中信息能夠高效創(chuàng)建、整合、共享、交換，從而實現(xiàn)對項目施工全過程的智慧建造管理。通過對智慧建造進行概念辨析及范疇界定，深入發(fā)掘裝配式建設(shè)項目系統(tǒng)要素和系統(tǒng)環(huán)境，將BIM和智慧建造理念應(yīng)用到裝配式地鐵車站施工全過程中，實現(xiàn)各專業(yè)、各階段和項目參建各方的信息得到高度集成，提升BIM在裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用度，從而提高裝配式地鐵車站智慧建造的效率。

在經(jīng)濟效益上，圖紙審查、土建模型問題、深化設(shè)計等方面節(jié)約了成本；管理上各專業(yè)提高了交底效率，降低了安全風險，縮短了工期；在技術(shù)上積累了BIM建模規(guī)則、BIM應(yīng)用流程、標準方法，為后期BIM推廣形成技術(shù)支持。