雷美玲 赖鹏安

(中交二公局第四工程有限公司 河南洛阳 471013)

0 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)或者建筑信息管理(Building Information Management)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。BIM从2002年引入工程建设行业，至今已有十七年历程，已经在全球范围内得到业界的广泛认可，被誉为建筑业变革的革命性力量[2]。目前，地铁建设在各大城市急速发展，地铁土建施工成为建筑施工中的重要组成部分，许多专家学者及工程师们对BIM在工程应用方面也展开了相关研究，取得了一定的成果[3-4]。本文在借鉴前人研究成果的基础上，结合BIM技术在福州地铁2号线上的应用情况，展开了相关研究，以期抛砖引玉，共同提高地铁土建项目管理水平现实意义。

1 BIM技术应用的基本原则

BIM技术应用的基本原则，在于“指导现场施工，提高管理水平”。因此，在BIM模型、BIM协同管理平台以及其APP客户端创建过程，均应考虑是否能给施工管理带来效能提升，尤其是协同管理平台及APP客户端，必须达到操作简单、系统性能好、平台自动处理数据能力强等特点。

2 地铁土建BIM模型创建

2.1 地铁土建BIM建模需考虑的因素

BIM模型是BIM技术应用的基础，为了使BIM模型能够更好地发挥其优势，指导现场施工，在模型创建时应考虑以下因素：

(1)与实际方案相结合

必须结合实际施工方案，将施工方案作为建模依据之一，若仅以二维施工图纸为建模依据，BIM模型与实际施工脱节，难以满足现场施工需求。

(2)类型类别划分的合理性

地铁土建中部分构件属于异形结构，在BIM软件中无模板，需要创建族来完成，创建的族类型类别必须与设计构件保持一致。

(3)构件的独立性

各构件均属于独立体，因此，建模过程可对各构件添加位置、名称、编号等属性予以区分，便于独立管理。

2.2 BIM模型创建的基本步骤

(1)场地布置建模

城市土地寸土寸金，地铁施工多位于城市交通要道和人员密集区域，周边建(构)筑多集中，导致地铁土建施工场地较小。因场地局限性，合理配置各阶段场地设施设备至关重要。利用BIM技术创建场地模型，模拟现场布局，研究出最优布置方式。

场地建模包括步骤如下：

步骤S1：根据标高，利于BIM技术创建场地；

步骤S2：建立需要的族，例如，渣土车辆、混凝土罐车、沉淀池、洗车台、钢筋加工棚、泥浆拌和站、活动板房、配电柜、塔吊、水沟、栏杆等；

步骤S3：创建临时行车道，导入车辆族，验证行车道宽度是否满足需求；

步骤S4：转换各设施设备位置，模拟最优方案；

步骤S5：不同施工阶段，调整布局，实施场地动态管理。

图1 车站场地布置建模图

(2)车站建模

地铁车站土建施工分部分项工程多，建模一般划分为6大项，分别为：围护结构土建模型、围护结构钢筋模型、主体结构土建模型、主体结构钢筋模型、建筑土建模型、建筑钢筋模型，如图1所示。

地铁车站建模包括步骤如下：

步骤S1：创建标高、轴网；

步骤S2：创建各构件(或创建构件并配筋)；

步骤S3：完成模型。

车站建模构件多，建模工作量大，同时为了提高模型的精准性，必须注意以下事项：

①地铁土方开挖采用分段分层开挖，建模时应结合施工方案分段分层建模。

②支护结构钢管支撑建模时，若仅按照二维图纸将二维转化为三维，虽视图效果较好，但实际应用效果不佳。因此，建模时必须结合钢支撑规格模拟拼装，即固定端+中间节+活络端。例如，采用Revit建模，各种规格的固定端、中间节、活络端应用族创建，固定端、中间节采用常量族，活络端采用变量族。每种规格的固定端均设置两个常量参数，分别为：长度参数L固，单重参数G固。每种规格的中间节也均设置两个常量参数，分别为：长度参数L中，单重参数G中。而活络端设置一个常量参数、一个变量参数，分别为：变量参数长度L活(参数取值范围为L最小值～L最大值)，常量参数单重G活，建模时，钢支撑总长为L应满足：L固+(L中1+L中2+L中3+……)+L最小值≤L总≤L固+(L中1+L中2+L中3+……)+L最大值，则单根钢支撑总重G总=G固+(G中1+G中2+G中3+……)+G活。模型完成后，根据属性表，可直接导出各种规格钢支撑数量及重量，现场施工前，可根据施工进度编制各种规格钢支撑材料进场计划，现场依据模型拼装。

③车站主体结构建模过程，不仅需要将标高轴、平面轴作为轴网，结合施工方案，还需将施工缝作为轴网。施工缝划分墙、板、梁、柱，分为段。建模时，分层、分段、分部位依次建模，现场施工时，分层、分段、分部位依次浇筑。

(3)区间建模

地铁区间线路是由竖曲线及平面曲线相结合，属于空间曲线，可采用Rhino3D NURBS及Revit两种软件相结合来完成建模工作。Rhino3D NURBS是一个功能强大的高级建模软件，处理曲线能力较强，可用其生成地铁区间三维曲线。Revit结构建模功能强大，且可以采用Danymo编辑存储数据，完成管片建模及排版工作，如图2所示。

图2 车站围护结构建模图

区间建模包括以下步骤：

步骤S1：获取线路平面和纵断面数据，利用Rhino3D NURBS生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线；

步骤S2：根据设计，建立单环管片三维模型；

步骤S3：沿所述盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线进行线路预拼装；

步骤S4：获取线路各单环管片预拼装排版图；

步骤S5：按照预拼装排版图进行实体构件安装。

利用BIM技术，模拟盾构管片预拼装是根据整条线路曲率来选择管片楔形量，从而形成所需曲率的线路，考虑了每一环管片的拼装，无累计误差，如图3所示。

图3 区间盾构隧道建模图

3 BIM技术在地铁土建施工中应用

3.1 地铁土建模型应用

地铁土建模型完成后，即可根据模型，直接应用。

(1)工程量统计

工程量统计是项目最基础的工作，成本管理、进度统计、计划编制、计量结算、材料采购等均以其为基础。地铁车站分部分项工程较多，工程量计算复杂，人工计算准确性较低。BIM模型创建后，多数工程量均可直接导出，部分简易换算即可。

(2)指导现场施工

应用BIM模型进行技术交底、日常技术交流，360度查看模型，更易理解；

将BIM模型导入移动端，查看构件位置、尺寸、结构等信息，按模型施工；

地铁土建施工中，预留孔洞及预埋件数量多且类型杂，容易遗漏。建模中可用警示颜色创建，施工时查看BIM模型，可快速识别，避免误差。

(3)二维图纸校核

建模过程，因人为主观原因造成的二维图纸上的错误更易暴露，三维模型提高了图纸的准确性。

(4)复杂节点分析

地铁土建施工中部分节点复杂，尤其是管片钢筋，利用BIM技术，三维显示，清晰明了。

3.2 BIM协同管理平台应用

除直接应用BIM模型外，因BIM软件数据处理存在一定的局限性，且在BIM模型中存贮数据过多，容易造成模型冗杂，数据传输能力不强。因此，可将BIM模型与协同管理平台、APP相联接，达到数据共享功能。

BIM协同管理平台需根据各公司管理需求并结合项目特点进行创建。地铁施工BIM协同管理平台可创建以下模块：

(1)质量、安全管理

安全技术交底资料、检验报审资料等均可在BIM协同管理平台中创建模板，模板创建后直接在平台中进行操作，填写、保存或修改、打印。

运用定制的流程将原先施工管理的工作移植到平台，不仅各方可以及时准确了解到现场的施工情况，而质量安全管理工作更加流程化。

在BIM协同管理平台中，登记民工信息，并生成二维码，将二维码粘贴在各民工的安全帽上，扫描二维码，即可查看协同平台中登记的民工进场时间、工种、上岗证件等信息。同理，大型设备也可使用二维码进行管理，设备检修均可设置到期预警，提前安排设备检修事宜。

(2)全过程成本管控

在协同平台中，创建项目工程费用预算表。设计数据与工程量数据库相关联，实际数据与现场数据相关联，可实现进度成本与总成本的分析对比，实际成本与设计成本的分析对比。工程施工前，由现场技术人员使用APP客户端在BIM模型中标示出计划施工部位，推送给成本管理人员。成本管理人员收到施工计划后，统计设计量。现场人员收到设计量后，按设计施工，并将实际数据填报在系统中，即可统计出实际成本。

(3)进度管理

由项目计划编制人员创建施工计划，并将施工计划与BIM各构件相关联。项目施工前，计划到期预警，由计划编制人员将计划下发给现场施工人员。施工完成后，由现场施工人员在手机APP中填报完成时间。进度滞后，预警提醒，从而及时优化施工方案，确保节点工期。

(4)施工方案模拟

一些重要施工环节可利用BIM技术创建专项技术方案演示模型及动画，有助于直观地理解方案流程和细节问题，也便于借助BIM模型进行方案影响因素的讨论，确保专项方案的可行性和安全性。

(5)区间风险管控

地铁区间模型创建后，将周边风险因素加入到模型中，组合成风险源管控模型。模型中，标示风险范围，并添加风险处理方案。盾构机掘进至风险范围时，风险预警启动，现场按照风险处理方案执行。

(6)数据的分散管理、集中查询

根据项目实际需求，日常管理资料及施工影像等均可在BIM协同管理平台中分模块创建，各管理部门对其范围内的数据进行管理。要想实现单个构件的所有相关资料查询，在管理过程，仅需各部门将数据链接至相应BIM模型构件中，点击构件，其相关数据均可调用，实现了施工管理数据的分散管理、集中查询功能。BIM协同管理平台与BIM模型的交互，优化了数据存贮方式，减少了数据调用时间，且存贮量更大，存贮时间更久。同时，与其相关的数据可不断更新，实现数据动态管理，可为地铁运营过程检修养护提供最原始的基础数据。

4 BIM技术应用难点

BIM技术虽具有较多优势，但因其自身的弊端以及目前存在的众多问题，使得其在地铁土建中推行仍有很大阻力。难点如下：

(1)目前，国内BIM技术开发研究公司较多，BIM技术软件也各不相同。很多需求需要不同软件之间的交互与配合，增加了应用难度。

(2)地铁建模工作量大，且BIM技术相对还不成熟，短期内投入成本大，效益小。

(3)人才短缺，尤其是既掌握BIM技术，又对地铁土建施工各模块深入了解的专业人员少之又少。

(4)目前各公司管理模式已基本形成，推行BIM技术将对原来的管理模式造成冲击。

5 结语

目前，地铁土建施工BIM技术的应用还处在初步发展阶段，项目应用时，首先需咨询专业人员，初步了解BIM技术特点，然后根据自身项目特点，制定详细的实施方案，从应用需求、可行性分析、产品选择、成本估算、效益等多个方面综合考虑。实际实施过程中，更需定期总结归纳，方可不断发展。

BIM技术的应用大多基于模型，尤其是地铁土建施工，模型的精准度都是影响地铁土建施工单位应用BIM技术的关键因素，因而从设计单位引入BIM技术，直接采用BIM建模并出图很有必要，可以促进在地铁土建施工阶段再进行细化，应用效果将更加明显。