BIM 技术用于地铁围护结构施工可视化实践

引言

传统的地铁围护结构施工过程中，由于信息的传递不及时、施工工艺复杂、施工风险控制困难。BIM 技术下围护结构三维可视化建模、施工组织流程模拟及碰撞检查有利于提高地铁围护结构施工的准确率及安全性，施工组织及方案的优化、施工现场的协同管理提高管理水平、对施工过程中潜在的风险进行事前控制有利于提高工程的安全质量及整体管理水平，助力地铁工程项目高效、精细化技术。

一、BIM 技术的概念

BIM (BuildingInformationModeling，建筑信息模型) 是一种基于数字化技术的建筑管理模式，通过构建建筑三维信息模型，并利用该三维信息模型在建筑全生命周期进行数据共享和协同。BIM 不只是单纯的几何信息，还包括材料、施工时序、造价、运维等多维度的信息，可以让各参与方在同一个平台上进行协同操作，提高工程设计、施工和管理的效率。BIM 主要通过对信息进行集成和可视化，在建筑施工中进行施工模拟、碰撞检验、成本分析和进度安排，降低施工中产生的风险，提升工程质量。除此之外，BIM 能够支持多方作业，各参与方之间的数据可以实现协同共享，及时完成数据更新和交换，进而达到精细化的建筑工程管理目标。基于不断发展的信息技术，BIM 目前成为数字化时代建筑业转型的强有力手段，在基础设施、商业、民用建筑等领域得到广泛应用。

二、BIM 技术用于地铁围护结构施工可视化实践的对策

（一）建立三维模型

BIM 三维模型的创建是利用 BIM 可视化进行地铁围护结构施工设计、管理和实施的最基本和核心的内容。首先，三维模型能够真实直观地表达施工设计方案围护结构的几何形状、结构构造和空间位置，更加直观地体现设计围护结构的施工设计方案，施工设计单位利用 BIM 软件创建围护结构的详细三维模型，其中包括地下连续墙、支撑系统、支护桩等关键构筑物，结合相关地质勘探的围护结构工程参数比对围护设计结构的施工设计并优化设计，提高围护结构在施工期间的可靠性。其次，可以通过BIM 三维模型的施工模拟实现施工的精细化管控。利用三维模型建立 BIM 施工方案，实现基于 BIM 施工模拟能够大大提高施工可控性和精细化的建筑工程管理水平。基于 BIM 的模型进行施工模拟能够在设计施工前进行施工方案的比选和优化，模拟不同方案实现的可行性和预测可能存在的施工风险等，提前预防围护结构施工的变更和施工，降低施工过程中后期返工和损失。其次通过模型的创建联合时间轴实现施工的进度模拟，实现施工的提前计划，从而进一步实现施工的精细管控。在施工期间，通过将 BIM 模型与智能监测系统对接，将围护结构的实时变化等数据及时反馈给 BIM 模型，对模型进行动态修改，进而改变施工方案，保障施工安全。综合来说，在地铁工程建设中建立 BIM 三维模型，不但可以在一定程度上提升地铁围护结构施工的可视化管理水平，而且可以优化施工管理，提升施工质量以及施工安全性，进而为地铁工程建设提供较强的技术保障。

（二）优化施工模拟

优化施工模拟是地铁围护结构施工过程 BIM 技术可视化实践的重要方面，在保障施工单位施工组织合理性的基础上，减少施工的不确定性。施工单位可以利用 BIM 技术在施工过程中建立施工现场的三维模型，对地铁围护结构施工过程的动态模拟，分析施工方案的可行性，优化施工方案。基于具体的施工现场工程条件，开展数字化的施工现场基坑开挖模拟、围护结构支护模拟，以混凝土浇筑为项目核心工作开展施工模拟，通过动画方式将项目设计和各项实际施工完成动态关联，提前了解在开槽、挖掘、固定支护结构过程中的具体内容，从而提前规避可能出现的实际施工问题，为解决相应的施工问题提供技术支持。除此之外，基于施工现场各种复杂工序开展 BIM 施工模拟动画，结合土方开挖模拟、围护桩施工模拟、地下连续墙建设模拟，动画生动地还原围护结构各工序的实施过程，提高现场各个工序的可视化程度，保证现场围护结构施工的工序衔接，保证高效的现场围护结构施工进程。进一步，基于对 BIM 施工模拟的优化，施工资源和现场施工进度也可以通过科学施工过程的 BIM 模拟进行优化，提升施工单位的施工管理和进度控制质量。BIM 模拟施工可以将施工模拟和施工计划相结合开展 4D 模拟（时间维度 + 三维模型），形成科学的现场施工进度组织，尽量减少工期延误造成的项目成本。基于 BIM 软件建立有效的围护结构施工工程方案，优化施工方案中的各种机械设备、材料及人员的合理分配，保证现场的施工按照先机后力的顺序进行，防止因人员和物资安排不当产生的现场施工拥堵问题，提高地铁围护结构施工效率。同时，还可以利用 BIM 的施工模拟并与物联网技术进行结合，对施工中关键参数进行实时监控，如围护结构的变形、基坑沉降、支撑体系所受的力等，利用模拟分析进行风险预测，提前进行防范，保证施工的安全性。

（三）进行碰撞检测

BIM 技术应用于地铁围护结构施工的可视化实践，通过碰撞检测，降低施工过程的误碰错漏概率，消除由于设计理念不合理或施工环节干涉导致的错漏碰缺，降低施工失误带来的风险和返工率，改善施工质量，提升施工安全性。围护结构施工主要包括地下连续墙、支撑体系、降水井、钢筋桩等构件，其施工涉及多种构件类型，传统的二维设计无法直观表明各结构之间存在空间关系，施工过程中容易发生碰撞干涉的情况。由于 BIM通过三维设计及自动碰撞检测可识别出设计过程的冲突点，如围护结构与支撑体系施工冲突、围护结构与基坑开挖围护范围冲突、围护结构与基坑开挖范围土方开挖（挖土范围超过设计的围护结构挖土范围）、围护结构与管线冲突等情况，避免出现现场施工返工情况。施工单位根据碰撞检测出的设计碰撞点，多场景碰撞点查找对原有施工方案进行优化和调整，提升施工过程的通畅性和施工方案的合理性。在地铁围护结构施工过程中，根据不同的工序和施工内容进行施工作业，例如挖掘施工和结构支撑的施工等，施工作业发生交叉时可能会出现相互干涉的现象，进而导致施工方法不具备可行性，例如连续墙施工中若支撑系统安装施工不符合相关施工规范，会导致土方回填处理对施工结果存在影响。使用碰撞检测与施工进度的模拟应用结合，实现施工的动态碰撞检测，进一步提升施工组织管理。例如，施工过程中发生支撑体系的施工安装过程与土方挖掘施工之间的交叉，根据工序施工需要，应先施工支撑系统的安装，再开展挖土作业，BIM 碰撞检测利用 4D 施工模拟（时间 + 三维模型），进行施工流程模拟并优化施工顺序，从而降低施工过程空间方面的冲突，提升围护结构施工的顺利度。此外，还可以利用 BIM 与物联网实现对施工实际状况的监控，及时发现问题纠正施工偏差并修正施工方案，从而进一步降低碰撞风险。

结语

由此可见，运用 BIM 技术开展地铁围护结构的可视化施工可提升施工质量及施工管理水平；降低围护结构施工风险，减轻人员劳动强度。BIM 技术在围护结构施工可视化过程中的应用是推进地铁向着智能化和精细化方向发展的基础，对将来基础设施的建造与施工具有重要的支撑作用。

参考文献：

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[2].河南科学，2023,41(3):321-328.

[3]刘建华，樊振阳，陈子俊，等.基于 BIM 技术的地铁隧道结构监测系统应用研究[J].中外公路，2023,43(6):261-266.