卞晨杰，李小戌，王书明，树 叶

(1.金陵科技学院建筑工程学院，江苏 南京 211169；2.空中客车(中国)企业管理服务有限公司，北京 101300)

1 引言

在能源危机与环保压力日益加大的今天，轨道交通具有绿色、快捷、安全、舒适的特点，日益被广泛运用。截至2016年末，我国累计30个城市建成投运城轨交通线路133条，运营线路长达4153 km，其中地铁线长3168.7 km，占比76.3%。2016年城市轨道交通完成投资3847亿元，在建线路总长5636.5 km，均创历史新高，这有效地缓解了我国各一线城市的交通压力。在未来，我国的城市轨道交通线路网将进一步扩张。轨道交通工程建设规模大，所处施工环境大多复杂，因此轨道交通施工技术必须引起足够的重视。

2 轨道交通施工的特征

2.1 建设环境复杂

轨道交通的建设通常需要贯穿城市中心地带，在施工过程中就不可避免地会遇到地上已建房屋、管线、桥梁、隧道、道路等建(构)筑物和设施，以及文物、地表水体等，其中穿越已有线路的施工，就是典型的特级风险源。因此周边的复杂环境给轨道交通的建设工作带来了许多难题。

2.2 建设规模大、周期长

目前在我国一线城市的轨道交通线网规划里程数达百余公里至数百公里，如上海达673 km，北京达600 km，且轨道交通每公里的造价高达5-7亿元左右。至于其建设周期，单线建设一般为4～5年，线网建设一般要30～50年。

2.3 控制标准严格

轨道交通工程在其区间隧道，深基坑等开挖过程中，要严格保证周边建筑物、构筑物、设施、桥梁、隧道、道路、管线等不发生严重沉降和坍塌，这不仅是保证地面建筑物、行人的安全，也是保证地下列车和轨道的贴合程度符合要求，从而有效地避免脱轨事故的发生，通常地面沉降控制在3 mm以内。因此对于如此严苛的施工标准，就给现有的施工技术带来了巨大的挑战。

3 轨道交通隧道工程施工技术

3.1 明挖回填法

一般情况下，在没有上部环境条件限制时，通常会采用明挖回填法。该法显而易见，是类似于土建工程的基坑开挖，先由挖掘机和工人从地面开挖，开挖过程中需要在基坑周围放坡、做支护，支撑等，以防止周围土方塌陷，保证工人的安全，之后在基坑中进行主体结构施工以及防水作业，最后进行土方回填恢复地面的一种工法，明挖法通常分为无支护放坡开挖和基坑支护开挖两种形式。明挖法施工工艺简单，费用低，速度较快，但施工时对地面影响很大，需长时间占用公路设施等，在施工过程中会产生较大的噪音污染，因此在使用该方法时有很大的限制，特别是在人口密集，交通繁忙的中心城市地带。

3.2 浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是由新奥法发展而来的一种工程方法，它在距离地面较近的位置进行各种形式的地下洞室暗挖施工。浅埋暗挖法大多用于穿越山丘线路等，在城市施工中的特殊情况下也可予以使用。其工艺流程为预先支护并加固，后进行土方开挖，为防止土方坍塌进行初期支护，在支护达到一定强度并保持稳定后开始防水层施工，最后二次衬砌[2]。其中土方开挖工艺繁多，大致分为全断面开挖、正台阶开挖、环形开挖预留核心土、单侧壁导坑、双侧壁导坑、中隔壁法、交叉中隔壁法七种形式。浅埋暗挖法的施工工艺灵活多变，对地下管线和路面环境等影响较小，施工场地用地面积小，不扰民。因此在全国范围内该法应用广泛，例如北京地铁复西区间、西单车站、长安街地下过街通道及地铁复—八线等都采用了该法。

3.3 盾构法

盾构法是由暗挖法发展而来的一种机械化的施工方法，由盾构机顶部的刀片在土中挖掘前进，再通过盾构机的外壳和管片支撑四周土壁以防止土层坍塌。盾构法的施工工艺流程为建造竖井—盾构机的拼装、吊放—土层开挖—推进纠偏—衬砌拼装—衬砌压注[1]。此外，盾构法的优势很大，因此在国内外应用广泛，它完全在深层地底施工不会影响地面的正常交通，施工过程中所产生的噪音、震动较小，对地面建筑物和地下管线影响较小等。因此，盾构法适用于交通繁忙的中心城区。但盾构机的购置费昂贵，造价不够经济，且不适用于断面形式多变的地域，故对于一些较短的线路不采用盾构法。

4 BIM技术在轨道交通施工过程中的应用

BIM技术具有可视化模拟、冲突检查、三维化、信息化等优点，目前在轨道交通的施工过程中BIM技术的应用主要包括：施工场地的规划和综合布置、施工过程的可视化模拟、管线及结构的碰撞检测、风险源的识别和快速预警。

4.1 施工场地规划及综合布置

轨道交通的施工环境复杂，施工场地具有局限性，在进行场地规划时往往要涉及地上已建建筑物，地下管线等复杂状况，各个单位在施工图完成后，在狭小的空间内进行十几个专业的同时交叉施工，这会导致施工工序紊乱，无法发现一些盲点，轻则重新返工，重则引发安全事故。因此要保证整个场地的有序性、协调性是一项困难的工作。但BIM技术的出现恰好可以解决这样的问题，在施工过程中应用BIM技术能更好地布置施工场地和组织现场施工，有效地降低风险、提高效率和节约成本。其中包括大型机械吊装设备安装场地的规划、人员调动的规划等。

4.1.1 大型机械吊装设备安装场地的规划

在轨道交通施工过程中，塔吊、泵车等都是必不可少的施工机械，在过去运用图纸测算的方法不精确且耗时很长，而应用BIM技术，可以将这些大型设备进行建模，然后将模型导入设备管理平台进行分析，可以更为直观地调整设备的外形和尺寸，调整设备安装和运输的线路，可视化的操作平台加上精确的数据分析能够有效地避免以上的问题。

4.1.2 人员调动的规划

其中人员调动的规划也是BIM技术中的一项，将不同工种的人流分布导入BIM模型后，可以实现对施工现场、生活区、办公区的人流量模拟以便于组织疏散，提高安全防范水平，同时还能够模拟交叉作业的施工人数，以便于有效地调动人员，提高施工进度，避免窝工等现象发生。

4.2 施工过程可视化模拟

在传统的施工中，设计院出图后需专业人员进行识图并指导工人施工，而BIM技术能将设计院设计的施工图纸，其中包括平面图、立面图、剖面图等，输入系统当中转化为三维图的效果，实现了设计图纸的可视化，后期还可进行4D动画的模拟，在开工前就对施工全过程进行模拟，能够有效地验证施工方案的可行性并对一些关键部位的施工进行最终的调整[5]。在轨道交通施工这种多专业交叉作业的条件下，进行施工工序、设备安装等方面的模拟，有效地提高了施工过程中的组织协调水平，让施工效率达到最大化。此外，在施工过程中难免会发生某些突发状况，如大型设备的送检、施工材料的进场等等，应用BIM技术能够提前地模拟场地的空间，规划施工过程中可以通过的路线，从而避免事故的发生。

4.3 管线及结构碰撞检测

轨道交通的建设包含大规模的土建工程和机电工程，这两者往往贯穿于施工过程的始终，因为现场的空间有限，管线的错综布置，使得施工顺序紊乱，施工效率较低。同时，因为现场操作的失误，或者设计图纸的问题会引起碰撞，其中包括：管线与管线间的碰撞，管线与建筑结构的碰撞[6]。这会导致设计人员花费大量时间进行调整或者重新返工，极大程度地影响了工期，增加了工程造价。

目前，BIM技术的出现提供了相应的revit技术，该技术可有效地进行全方位碰撞检测，设计出多种管线铺设的方案并进行对比选择。在轨道交通建设中应用BIM技术能精准地确定管线预留孔洞以及管线支架的位置，提高空间的利用率。同时，基于BIM的模型，能够发现管线与结构或管线与管线之间的冲突，预测管线碰撞的发生，并将碰撞结果检测发送至各单位及时进行调整从而避免了后期返工。综上所述，BIM技术有效地优化了管线的布置。

4.4 风险源的识别和快速预警

建立地下工程的BIM模型可以实现二维和三维视角下的全程监测，其中包括设备状态的实时监测、周边环境变化的监测、施工质量的监测等，通过对隧道施工全过程的监控可以及时地识别潜在风险源，并及时启动动态智能预警，及时疏散地下施工人员，防止事故的发生。

4.5 BIM技术在隧道工程中的应用实例

我国研发了隧道工程BIM设计软件平台。针对沉管、钻爆、盾构等工法，开发了专业的BIM设计模块。

4.5.1 港珠澳大桥拱北隧道

港珠澳大桥拱北隧道为港珠澳大桥珠海连接线的关键施工段，是继港珠澳大桥主桥后又一世界级工程，该隧道全长2.74 km，包括海域明挖段、口岸暗挖段、陆域明挖段，地质条件极差。在该施工段的施工过程中，我国成功地实现了BIM多专业协同施工、BIM隧道设计流程的可视化、BIM三维模型与出图、路线线形设计。其中路线线行设计结合了Revit建筑软件和JSL路线专家系统。在暗挖段通过BIM模型分为5个台阶、15分区，这让现场的管理人员更加方便地指挥工人施工。

4.5.2 西成铁路清凉山隧道

清凉山隧道全长12.553 km，是西成高铁自北向南进入秦岭的第一条长大隧道。在西成铁路清凉山隧道的建设过程中，成功地引入了BIM技术。它是国内第一批铁路工程BIM应用试验点，工程的设计阶段和施工阶段均与BIM技术相衔接。其中各单位主要尝试了：建立桥隧BIM模型、4D施工工法模拟、模拟实际地形场景、形成基于BIM的建设阶段管理平台等新技术。清凉山隧道的顺利贯通，为BIM技术在轨道交通建设中的应用打下了坚实基础。

5 结语

当前，我国轨道交通事业正飞速发展，在交通强国战略的支持下逐步实现了从跟跑、并跑到领跑的目标，我国各大一线和新一线城市开始扩大和引入城市轨道交通线路网以满足人们日常出行的需求，逐步实现绿色、环保的交通出行理念。这就给轨道交通的施工技术带来了巨大考验，随着城市交通水平的快速发展，施工技术也必须不断地创新适应时代的变化。近些年，工程界衍生的BIM技术给轨道交通建设带来了巨大的变革，通过引入BIM技术实现了整个建设过程的可视化、信息化、模拟化，达到了提升效率，缩短工期等目的。然而，目前BIM技术还在逐步开发完善当中，各方人员仍需要大量实践，以积累经验来探索BIM技术在轨道交通中的发展道路。