地铁车站施工中BIM数字化技术的应用_王曼.pdf

CM&M 2023.011930 引言目前 BIM 技术作为建筑业行业信息化的关键技术之一，逐渐被应用在各个项目中1-3，并获得非常明显的效果，得到了行业技术人员的普遍认可4。但 BIM 技术在国内地铁设计和施工中的应用范围较小，起步较晚，其价值值得深入的研究。广州市轨道交通十八号线陈头岗地铁站停车场项目，具有涉及专业多、施工过程复杂、技术标准新、管理要求高、施工风险高等特点，为了提高工程的施工效率和管理质量，在该工程中应用了 BIM 技术。本文以该工程为例，分析了 BIM 技术在实际工程中的应用效果，为相关工程提供了指导和借鉴。1 项目概况广州市轨道交通十八号线及二十二号线为市域快线，设计时速 160km/h，其中陈头岗停车场承担二十二号线列车月检、列检和停放，并预留上盖开发条件。陈头岗停车场位于东新高速以西，石北工业路以北，大石水道以东的地块内，大致南北走向，拟建场地总长约1250m，宽约 200m，红线面积约 24.2 万 m2。从南往北分别为运用库房区、咽喉区、出入段线及 U 型槽，另有综合楼和变电站两个单体建筑，陈头岗停车场规模调整后，设 20 列位停车列检，包括2列位周月检线、1 条临修线、1 条镟轮线、1 条试车线（较初步设计减少 4 列位停车列检位，减少 1 个周月检线）。盖板 11 万 m2（初设盖板面积 13.3 万 m2）。2 BIM数字化技术应用分析2.1 数字化交付的优势BIM 技术的不断发展，实现了建设与运维的无缝衔接，为业主的运维带来便利以及为未来的数字化建设打下了基础，项目工程的数字化交付也越来越受到行业重视。数字化交付是通过数字化平台，有效管理工程信息，并将设计、采购、施工等阶段产生的数据、文档、模型以标准运维模式提交给企业，是一种区别于传统纸质文档交付的新型交付方式。数字化交付贯穿于项目的建设阶段、运维阶段及全生命周期，是工程协同设计、建设信息透明化、提升工程建设效率和企业管理运维的有力手段。数字化交付可以满足业主及管理者对可视化数据的需求。采用数字孪生技术构建工程模型，向各项目参建方提供透明的施工过程信息，增强各方在项目实施中的协调性，减少冲突、规避风险，缩短项目周期。本工程具有工程规模大、建设工期紧、涉及专业多、施工过程复杂、技术标准新、管理要求高、施工风险高等特点。针对本项目工程特点，有效打通各施工环节的沟通，有助于减少返工率，提高工程效率。本项目以五线一转变为指导思想，全过程采用 BIM 新技术，实现数字化移交。1.2 BIM软件选择 合适的建模环境和 BIM 软件是保证 BIM 应用方案顺利进行的核心部分。当前主流 BIM 软件包括法国的DELMIA、CATIA 系列软件、美国的 Revit 系列软件以及芬兰的 Xsteel 系列软件，其优点各异。DELMIA、CATIA 软件在三维模拟动画和建立复杂空间结构模型方面有着独特的优势。Revit 软件优势在于给水暖电、结构、建筑等专业提供了良好的配合平台，能够建立出包含各个专业在内的完成模型，快速便捷的达到“三维协同设计”的目的。Revit 功能齐全，能够对单个模型、材质复杂的模型进行集成，并且有着完善的 API 接口功能，能够给众多结构分析软件提供可编程接口。除此之外，Revit 软件建族功能非常强大，能够支持设计师跟随想象去创作，设计出更有特点结构族。而 Xsteel 系列软件在建立地铁车站施工中BIM数字化技术的应用王曼摘要：广州市轨道交通十八号线陈头岗地铁站停车场项目，具有涉及专业多、施工过程复杂、技术标准新、管理要求高、施工风险高等特点，为了提高工程的施工效率和管理质量，在工程中应用了 BIM 技术。通过建立复杂构件的 BIM 模型，进行 3D 可视化交底，避免因施工人员理解不清而出现错误；通过 BIM 模型能够将各专业的需求与问题整合到一起并展现出来，并快速找出施工过程中各专业间相互冲突的部位，提高各专业的配合效率；通过 4D 模拟演示，将施工过程中可能存在的问题反映出来并进行优化，以提高施工质量和效率。基于 BIM 平台的质量管理模块，实现对施工项目质量安全的全过程控制。关键词：地铁站；施工效率；BIM 技术；4D 模拟演示（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东济宁 272100）194工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工钢结构模型、渲染等方面有着独特的优点。经过上述分析，结合本项目具体情况，最终认为 Revit 系列软件更加适合此项目，BIM 软件和所用其他软件的具体情况如图 1所示。3 建立BIM模型及数字化信息管理3.1 模型建立该地铁车站停车场区域狭长，建设工期紧，设计专业多，建模任务量巨大，建模时对各软件灵活应用，通过 AutoCAD 将绘制好的 2D 模型输入到 Revit 中形成三维模型。图2所示为此地铁车站停车场的整体模型图。图 3 所示为梁柱节点模型图。为了根据图纸达到对 BIM 模型精细化处理的目的，针对地铁车站停车场结构位置的不同选择不同的建模方式。对于梁、板、柱这些形状相对规则和简单、尺寸比较固定的结构构件，通过 Revit2016自身具备的板梁柱功能来快速完成参数化建模；对于大门、预制混凝土块、排水沟等结构形式不规则的构件，可通过 Revit2016 来完善族功能来建立构件模型，再把建好的族模型导入到整体项目模型中的合适位置，完成异性结构的建模。当钢筋模型的结构形式比较复杂时，比如 U 型槽、盖板、咽喉区钢结构等，可通过 3Dmax2016来进行建模。3.2 建模特点通过 Revit2016 建立的模型有着以下特点：其一为针对性。模型的建立过程中对于地铁车站停车厂不同部位的不同结构，可以根据结构特点选择相应的软件和功能来进行建模，能够做到精细化建模。其二为精准性。不论是空间结构比较复杂的 U 型槽施工，盖板，咽喉区钢结构等，还是形状尺寸较为固定的梁、板、柱，都可以根据工程图纸的标高、位置和尺寸来进行精准建模。其三为参数化。在建立分布规律强、形状比较正常的模型时，要尽量选择参数驱动自动化的方法来进行建模。其四为批量化。所需模型的属性统一设置，参考 cad 图纸来对 BIM 模型进行修改，批量生成构件模型。其五为规范化，即根据施工条件和设计要求制定对应的出图标准和建模标准，对出图格式、模型的命名进行统一。3.3 BIM数字化信息管理施工过程中，搭建 BIM 平台辅助施工管理，进行进度、质量、安全、人员、物资设备、档案资料等的综合管控。上传项目人员和工人信息及附件，实行实名制身份认证，对人员调动、进场、退场进行综合系统管理。与门禁系统结合，监管现场门禁系统是否在线，并对进入施工现场人员进行过闸验证记录，导出进出记录和考勤记录。可根据总包编制计划关键节点和实际施工情况，调整每个工点施工计划上传平台，实行可控管理。可通过周报了解一周内施工动态，日报填写每日完成量，自动更新统计开累量。通过填写查询可全面了解现场施工情况。通过计划和模型的关联，可以制作 4D 模拟，模拟施工进程，直观展示完工标识。通过派工单下发每日施工任务，派工单集成了系统中的人员、设备、材料、计划各项数据，记录了工程建设的全过程，结合模型与计划、安全、质量关联，最终实现从施工到的数据保留和转移。本项目区域狭长，可通过 BIM 技术模拟布置现场施工设施、施工通道、现场临时水电等，分析施工场地布置是否满足现场生产需要及安全等问题，然后进行模拟调整，将潜在问题进行前置。同时本工程涉及专业多，机电与土建交叉施工，通过三维模型的方式能够发现图纸中的错，漏、自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，作为建模的参照。Lumion是一个实时的3D可视化工具，用来制作电影和静帧作品，涉及到的领域包括建筑、规划和设计。主要用来制作漫游、效果图展示。三维地质系统是功能强大的地质工程软件系统，用于地质建模和地质分析。Bently MicroStation作为盾构管片建模的工具。BentlyAglos GeoLumionAutoCAD 2016Revlt 2016/2017NavisWorks 2016Revit系列软件是为建筑信息模型（BIM）构建的，可帮助建筑设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑。主要用来进行三维建模。可视化和仿真，分析多种格式的三维设计模型，主要用来进行合模碰撞检测、动画模拟制作。图1 BIM主要软件应用情况图2 车站整体模型图3 梁柱节点模型CM&M 2023.01195碰、缺与专业间的冲突，出具预检施工过程中可能出现的问题，提前解决，优化设计，减少返工，如图 4 所示即为变电站土建模型和机电模型的合模结果。对施工工艺复杂的工艺进行动画模拟、直观展示。同时在施工前，辅助施工图纸与模型对预留孔洞、复杂工序及节点部位进行分析，对工人进行三维交底。比如变电站施工遇夹层涉及层高变化，二维图纸展示并不直观，通过三维可视化模型，进行施工技术交底，一目了然。对于工程中的预制柱、叠合梁或组合梁、叠合板或钢筋桁架楼板，可通过 BIM 技术进行建模，装配式模拟，优化装配式施工方案。在成本控制方面，应用 BIM 技术可以快速统计出指定构件的工程数量，利于项目动态成本管控。比如可利用精准模型，对 U 型槽出入场线段区域进行顶板和墙身工程量统计。同时在此次工程中，结合了无人机技术对项目全景图进行拍摄，根据全景图将项目进度信息及现场安全文明施工情况进行反馈，准确掌控现场施工进度。3.4 资料数字化验收与可视化交底按照地铁行业竣工要求，在分部分项划分库中配置完成表格（全线通用、无需多次重复配置），每一道工序所需的验收表格置于系统，施工单位发起质量验收，监理确认合格之后，归档。把整个质量验收环节全部上线化，无纸化办公，确保日常资料归档的及时性和完整性。施工日志在线上填写报送，可直接导出符合地铁专业验收要求的纸质版施工日志存档备查，减少了资料管理人员的日常工作量。为了方便班组技术交底，模型导入轻量化平台，通过二维码技术，数据通过二维码传输，把技术交底三维可视化。在施工前，辅助施工图纸与模型对预留孔洞、复杂工序及节点部位进行分析，对工人进行三维交底。项目的所有工作人员用手机扫码，通过生成二维码，可以查看和利用轻量化交底模型，使 BIM 技术平易近人，便于使用。4 BIM应用效果本项目全过程采用建筑信息化模型（BIM）与其他信参考文献1 李君君,李俊松,王海彦.基于 BIM 理念的铁路隧道三维设计 技术研究 J.现代隧道技术,2016(2):6-10.2 喻钢,胡珉,高新闻,等.基于 BIM 的盾构隧道施工管理的三 维可视化辅助系统 J.现代隧道技术，2016(2):1-5.3 沈亮峰.基于 BIM 技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应 用 J.工业建筑,2013,43(6):163-166.4 李坤.BIM技术在地铁车站结构设计中的研究J.铁道工程学报,2015(2):103-108.息化应用相结合，基于项目管理平台应用，实现人员、物资、设备、进度、质量、安全等的综合管控，结合无人机、地质建模等技术，实现了项目智慧化管理与建设，达到了如下效果：BIM 可视化技术节约与各方协调联络的时间为 32 天，较传统作业方式节约比例 10%。基于 BIM 模型的管理平台，各参建方能有效监督和把控部门的日常施工工作。节约材料的价值为 18 万元，较传统作业方式比较节约比例 7%。通过虚拟建造，优化施工组织方案，缩短工期 35 天，较传统作业方式节约 5.2%。节省的建造费用总额 203 万元，较传统作业方式节约 0.19%。同时通过基于 BIM 平台的质量管理模块，实现了对施工项目质量安全的全过程控制。且在 BIM 施工管理平台发起的各类安全、文明、质量事件百余条，并均已落实整改到位。5 结论为了提高工程的施工效率和质量，减少优化工程成本，在保证工程质量的前提下，最大程度上缩短工期，本文以实际地铁站停车场工程为例，分析了 BIM 技术在实际工程中的应用效果，得到了如下几个结论：通过将复杂构件建立到 BI