建筑信息模型技术在地下工程施工中的应用

1　基于BIM技术的地下工程场地仿真布置

地下工程更多的是向下运输设备、物料或向上运输土方，针对郊区明挖区域可以根据场地大小合理规划布置，地下空间施工范围或地铁、管廊主体结构分布范围结合不同阶段的需求通过BIM三维模型模拟比选可获得最佳布置方案，减少施工过程中临建及物料堆放区的不断变动，节约施工时间及临建拆改费用。城市核心区暗挖区域，需要合理协调周边环境，利用有限空间满足施工需求，同时降低对城市空间的影响。

以通州文化旅游区地下综合管廊项目和首都机场线西延项目为例，两种地下工程因所属地理位置不同，周边环境制约性不同，场地布置方式存在很大区别，管廊项目为明挖式带状施工，布置方式要结合带状特点沿两侧布置物料堆放区，并方便车辆运输及总包现场管理。地铁项目地处东城老城区，施工围挡需要与周围环境相协调，并且沿线分布繁华的商业店铺及住宅等重要建构筑物，地理位置极其敏感，对安全文明施工有极高要求，项目利用BIM技术，结合“临建融入城市”的理念进行临时设施布置设计，使得防尘隔离棚不仅造型美观，且与周边环境相融合，在大棚立面深化设计的过程中利用BIM技术减少返工重造等材料的浪费，进行钢平台、钢坡道、桥式起重机等设备模拟布置、用材计算等，保证了现场空间的利用率、垂直水平运输的合理性和立体化布置的经济性，做到了集约立体化布置。

2　基于BIM技术的地下工程道路导改及管线拆改

地下工程如局部为明挖施工作业，因不同于普通房建为规划好的建设用地，地铁、管廊工程开工前应根据施工方案确定好所需场地情况，如对城市交通产生影响应及时做出交通导改方案，并及时上报。

BIM技术可利用其可视化、可模拟特性辅助现场做出最优方案，对道路做出最小幅度导改，同时满足居民的日常出行使用。在管道拆改方面，一方面车站占地范围内存在影响施工的城市管道，另一方面隧道施工路由会与管道发生碰撞或存在施工过程中的管道损坏情况。利用BIM技术将建设单位和勘察设计单位的既有数据转化为三维立体化模型，通过与地下工程的施工范围进行拟合，可以发现必须要拆除的管道和施工中需要重要保护的管道，并对管线路由更改和重要城市管道保护做出专项方案。

施工前利用BIM技术，进行三维管线迁改施工进度模拟，预先对需要迁改的管线进行排布，采取分段施工方式，将管线区域隔离，保留足够的安全距离，完成管线迁改后再施工该区域，优化道路导改及管线拆改的作业时间及作业顺序，同时便于对地下空间盾构施工人员进行可视化交底，以免损坏城市管道。

3　基于BIM技术的地下工程风险源管控

地下工程的正式施工作业中对于风险源管控是重中之重，大面积的地下空间工程对于基坑施工方案、支撑方案、安全监测要求较高。以苏州地下空间工程为例，项目采用分区分坑施工方法，基于BIM模型，利用数值模拟软件辅助预测，如结构换撑、分坑桩拆除等关键工序施工风险，有针对性地制订并实施安全控制措施。在邻近太湖和地铁侧深基坑的重点部位，设置土体位移、支撑轴力等自动化监测设施，实时读取基坑受力与变形信息，动态控制基坑工程安全风险。

在地铁隧道项目中，对前方施工地质情况进行分析，通过可视化编程对隧道进行快速建模，并对多模型整合分析，判断风险源所处环境，提前筹划，进行方案比选，选择可靠设计方案，实现风险管控。针对风险源施工，将现场监测数据与立体模型进行关联整合，直观地分析现场管线、路面等周边环境与初期支护结构等变形关系、数据监测，保证风险动态判断的准确性。

在地铁线路穿越既有车站施工时，由于空间位置关系把握不明确，在选择施工工法时存在困难，且依据不够精确。利用BIM三维可视化特点可更加明确地展现特级风险源位置的具体情况，通过比选分析，辅助现场确定更加正确的施工方案。以北京地铁17号线05标段为例，17号线下穿望京西站，标段施工工法为盾构法，但经BIM模型论证展示，盾构法穿越既有车站围护桩，对维护结构扰动过大。

拱顶结构距既有车站距离过近，盾构法施工难以灵活控制参数，存在较大的施工安全风险隐患，故将工法改为人工暗挖。同时BIM技术可以辅助地下工程施工建立风险应急知识库，并通过二维码等方式下发，用于现场工人入场教育和安全交底，加强工人安全应急意识水平。

4　基于BIM技术的地下工程方案可视化模拟

复杂的地下工程会存在多种施工工法，通过BIM技术进行方案模拟，在模拟过程中对不合理和有问题的施工方法进行调整优化，得出一种最佳的施工方案，缩短工期，节约成本，达到精细化施工的目的。通过BIM技术对现场重要工序及复杂节点进行三维可视化技术交底，加强施工作业信息的高效传递，使接收交底者更直观地了解并掌握施工工序及操作要求，提高施工质量，降低安全风险。模拟与交底内容在施工阶段将与现场实际需求相匹配，协助项目利用BIM工具对关键技术方案进行三维可视化展示或探讨验证。

5　基于BIM技术的地下工程智能建造管理

房建工程施工过程中可以通过定位安全帽实现人员分布定位，但是地下工程，尤其是地铁管廊工程线性较长，信号传递存在一定困难，且盾构区间所需人员有限，机械设备运行成为管理的关键，通过管理平台与BIM模型的融合，将盾构施工期间相关数据进行融合，实现盾构施工的可视化管理、综合预警管理、数据分析、地上地下联动机制的管理。

在智慧管廊方面，建立运维化BIM模型，将桩号信息、编码信息、设备信息、管道信息、风井信息等集成到模型中，利用BIM+GIS集成技术，将现状地上和地下既有构筑物全景全信息展现，所有专业数字模型植入地理信息系统，施工进度、质量、安全等现场建造状态实时传输至平台，让上层管理者实时发现问题、解决问题，同时在运维阶段能够随时调取信息，并结合物联网系统可远程控制电动阀门的开关机廊仓内运行信息进行抓取，减少地下工程施工与管理中的不确定性。

6?结束语

建筑信息模型（BIM）技术在地下工程中应用逐步加深，图纸会审、工程量统计、节点深化、机电管综、进度模拟、漫游模拟等常规的基础应用在一定程度上适用于地下空间工程，但地铁工程、管廊工程为线性工程，明挖、盖挖、暗挖方法均有可能存在，应该注重分阶段的应用，如解决前期场地、市政管线拆改、施工中风险、过程中智慧管理等问题。目前应用中存在一些问题，传统施工管理观念得不到有效转变，使建筑信息模型在地下工程上应用还不够完善，因图纸等问题时间节点上跟不上施工进度要求，往往出了问题才会想到三维立体化推演，而且对于成本、进度、质量的控制化管理不到位。但随着施工条件的进一步约束，劳动力成本进一步增加，风险管控进一步提升的客观因素，BIM+智能建造技术介入施工管理流程不可避免，也是未来发展趋势，建筑信息模型是一种理念的提升，相信随着项目应用经验逐步加深，BIM技术会在地下工程领域发挥更大的作用。