BIM问答|BIM在地铁的应用案例：哈平路地铁车站工程设计准备阶段BIM技术应用

哈平路地铁车站工程由于体量庞大和风险众多等因素的影响，其前期准备和方案设计阶段的重要性不言而喻。在工程前期引入BIM技术，可以打破方案设计时各专业之间的壁垒，解决信息孤岛的问题和状况，从而确定最优的施工技术方案。

工程布置与风险识别

哈平路地铁车站工程位于交通比较繁忙的城市主干道交叉路口，邻近建筑物及重要管线紧密排列，又由于车站自身“超深超宽”的尺寸特点，工程施工过程中将会受到各个风险源的影响和约束，对后期施工带来严重的安全隐患。通过利用BIM技术的可视化特点，在三维场景下将地铁车站的场地布置和周围风险源全方位、立体地展现出来，不仅可以让风险源可视化，还可以让工程施工人员直观立体地了解工程的特点和状态。

哈平路地铁车站共有5个环境一级风险源和3个工程一级风险源，通过Revit软件建立车站场地布置、车站主体结构及重大风险源分布3D模型，作为三维可视化载体，将周围重要建筑物、排水及供水管线和既有结构物的状态展示出来，直观显示工程项目的整体情况和各类一级风险源，具体的风险源模型如下图1所示。同时，可将项目整体模型导入BIM管理平台中，将各个风险源的状态做好定位和标记，为以后的地铁车站施工开挖方案的设计以及施工过程中的安全管理做好准备。

图1 环境及工程风险源模型图

方案优化与设计协调

制定详尽高效的施工设计方案是工程建设过程中最关键、最核心的问题，一般而言，一套切实可行的施工方案需要经过反复地修改和优化，尤其是对于哈平路地铁车站这样庞大的系统工程而言。在传统的方案设计过程中，如果设计方案出现错误而需要变更，就需要手动修改相关联所有图纸中的数据信息，将消耗大量的时间和人力。方案优化设计功能作为BIM设计阶段的一大优势，不仅是BIM高质量设计价值的关键体现，还可以以最大效率来确定工程的最佳施工方案。哈平路地铁车站建设中所涉及的施工方案设计工程由深基坑工程、车站换乘通道工程以及地道桥改造工程组成。首先，应利用BIM设计软件Revit来建立三个相关工程的三维实体结构模型，在此基础上针对安全、工期、成本、技术等要求来完成对相关工程施工方案的优化，增加方案的准确性和针对性。由于在BIM模型中所有的图元构件之间都存在相应的逻辑关系，设计方案文件中的各类图纸和模型都随着某一图纸的修改而进行相应的变化和更新。对于深基坑工程和车站换乘通道施工方案的优化设计，主要以围护结构的选择、开挖步序及支撑结构和方式的优化为主，在结构安全的前提下，确定成本最低、工期需求最短的施工技术方案。通过改变围护结构的种类和尺寸，减少和改变支撑结构的材料形式和布置位置来进行不断地优化设计。图2和图3分别所示的是深基坑工程和车站换乘通道工程支护结构的模型图。对于地道桥改造方案的设计，应确定合理的原有围护桩的破除顺序、新建侧墙以及底板结构加固过程中混凝土的型号和用量，不断通过BIM技术的优化协调功能，来确定最优的地道桥加固方案。图4和图5分别所示的是保健路地道桥改造前后的模型图。

图2深基坑工程支护结构模型图

图3车站换乘通道支护结构模型图

图4地道桥改造前结构模型图

图5地道桥改造后结构模型图

碰撞检测与专业协调

地铁车站工程项目作为地下施工的工程类别，施工作业场地非常狭小，施工组织管理极其困难，故在施工过程中极易发生施工空间冲突和专业工种矛盾所引发的安全事故问题。只有合理协调安排好施工空间和施工工序，才能避免施工过程中发生“错、漏、碰、缺”等现象。作为BIM软件的主要功能，碰撞检测可以很好地解决管线、构件及设备之间的空间碰撞问题。

在大致确定地铁车站各个工程施工技术方案的基础上，要提前对工程技术方案进行碰撞检查。本项目利用Navisworks软件对工程中每一构件及设备等占用的空间利用边界法描述其实体外形，快速搭建工程开挖模拟交互场景和支撑体系建构三维模型，动态模拟深基坑及换乘通道工程施工过程中的各项状态，通过观察施工设备和支撑结构的相互作用情况和施工结构的受力特点，进一步优化和改善支撑体系，应着重关注重要管线和大型机械设备的空间影响。由于本工程的重点在于基坑的开挖，所以对于基坑开挖深度和支撑结构的设置应加强关注。每一次基坑开挖过程中，都要给机械设备及人员留出足够的施工活动空间，例如各种挖掘机的旋转半径、塔吊的运行路径以及工人的工作范围等，通过Navisworks软件的不断检测，来寻找最优的机械行进路线和工人运动路径。同时，生成可视化3D碰撞监测报告，可以据此查看碰撞点，分析碰撞原因，并及时采取相关措施进行调整或修改。本工程所检测出来的碰撞点主要是挖掘机械和支撑结构之间的碰撞，通过适当加大支撑结构间的距离来消除存在的碰撞问题，再经过多轮检测及相应的设计调整后，便可以得到满足专业要求的“零碰撞”模型。图6和图7分别体现的是深基坑工程和换乘通道工程中机械设备与支撑结构的位置对应关系。

图6深基坑机械与支撑结构位置模型

图7换乘通道机械与支撑结构位置模型

协同会审与设计交底

工程的设计施工方案是一个工程项目成败的关键所在，施工方案的最终确定需要建设单位、施工单位以及设计单位的共同认可，同时需要岩土、结构、机电等各个专业人员的协同磋商。

BIM技术软件Revit中的快速出图功能可以快速生成深基坑和车站换乘通道设计方案中的工程平面图、剖面图以及每一次开挖后的支撑结构的平面和剖面图等相关工程图纸，且图中各个结构均存在精确完整的尺寸标注，让各方工作人员对工程有着精细化的理解和认识。工程专业会审过程中，技术人员根据BIM系统中导出的相关图纸、碰撞检测报告以及工程施工需要关注的重难点问题来进一步深化设计图纸问题，各专业人员根据深基坑和换乘通道结构模型展开技术方案讨论，并通过BIM技术的可视化功能实时更新展示设计变更后的工程模型状态。

通过一次又一次的评估论证，确定真正能保证施工安全的技术方案。BIM数字化三维模型的优势，让各方及各专业工程人员在统一的BIM系统上完成对地铁车站工程项目施工方案的审核、论证和评估，而且多专业的协同工作使得在任何时刻、任何地方，由任何一个专业所做变更，均可确保在BIM平台上各设计模型文件的一致性和完整性，更加方便和高效地完成图纸会审和设计交底，大大提高了项目建设过程中各专业人员和各方之间的沟通效率，确保了设计施工的质量，使得施工准备阶段的工作更加高效。

赵智成（哈尔滨工业大学）

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