摘要：隨著我國社會經濟的發展，BIM技術變得越來越完善，在建筑工程中的應用變得更加深入，并且由于BIM技術具有可視化、模擬化、優化性等特點，可以極大的減少工程建設的風險和誤差。BIM技術的應用已經相對成熟，但是針對在地鐵盾構隧道施工方面的應用仍舊處于起步階段。因此，本文以BIM技術為研究對象，探討其在地鐵盾構隧道風險可視化研究，具有較大的現實意義。

關鍵詞：BIM技術；地鐵盾構隧道；風險可視化

引言

地鐵做為我國一種重要的綠色交通工具，在城市交通中扮演著極其重要的角色，近年來，我國各大一線城市已經將開通地鐵做為了一種標配，地鐵的發展十分迅速。當然，在地鐵建設的過程中，不可避免的會出現較多的建設風險和安全隱患，盾構法是一種較為科學的風險分析方法，可以將風險事件進行有效評價，并將風險隱患進行可視化分析。因此，本文以此為研究課題，并以自身的一個實際工程項目為例，來探討基于BIM技術的盾構“隧道”風險可視化，期望能對后來的研究者提供一定的借鑒價值。

1 BIM概述

BIM技術，即建筑信息化模型，是一種結合現代信息技術的工程輔助技術，能夠極大的幫助工程施工過程中減少風險、降低成本的目標，跟CAD相比，這種技術具有不可比擬的優勢，CAD制圖技術只能進行三維設計，而BIM則能進行四維設計。

從BIM技術的內涵來看，其具有以下幾大好處：一是全生命周期，相比于CAD來說，BIM技術增加了時間維度，可以從設計階段開始，一直到運營管理都可以進行全方位的模擬；二是構建三維模型，以往的施工圖紙均是二維，要想實現三維可視化，就需要設計人員自己想象，這十分的不方便，而且隨著建筑結構的不斷復雜化，CAD技術已經逐漸被淘汰；三是模擬與優化，使用BIM還可以進行多方位的模擬，包括節能模擬、日照模擬、緊急疏散模擬、施工進度的模擬乃至模擬建筑物投入使用之后方方面面。掌握更多的信息之后，也方便做更多更好的優化，方便進行項目管理、特殊設計的優化、成本與工期的控制等等。

總之，BIM的優勢十分明顯，可以極大程度的提升建筑工程的施工效率，對于地鐵隧道建設來說，同樣具有不可替代的作用。

2地鐵盾構模型構建

2.1相關參數設置

香港地鐵建設已經十分成熟，針對盾構隧道來說，筆者采用的是預制管片拼裝技術，但是這種技術存在著一定的缺陷，由于裝配形式變化多樣，而且存在著管片數量眾多的情況，因此導致管片拼裝位置十分復雜。因此，必須使用整體拼裝建模策略，才能最大的提升效率，否則工作量將十分繁雜。因此，采用參數化建模，分析軟土地鐵盾構隧道管片組成規律，借助多個控制參數快速生成模型，是解決該階段建模問題的首選之法。

從一般意義上來說，進行BIM參數設置，從而進行有效建模的流程比較復雜，但是環節清晰。一是要對地鐵盾構隧道的相關數據進行測量，比如管片內徑、拉伸長度、旋轉角度等，依據這些數據做為參數設置的依據，特別要使旋轉角度與管環中心參照點的距離在自適應體量下進行關聯，建立兩點自適應管環的參數化模型；二是要利用Revit程序來進行自適應點的設置，要保證自適應點與管片中心點的距離始終，并把這距離做為驅動參數的主體，并需要對其進行進一步的參數定義，可以選用if公式對隧道中心進行等距分割，從而可以有效的生成對應參照點，將自適應點放在這個參照點上，接著利用Revit程序，一鍵生成管環，Revit程序參數設置方法如下圖所示：

圖1 Revit程序參數設置

2.2參照平面設置

在自適應點的設置過程中，參照平面的設置至關重要，要保證自適應點與參照平面相互協調，必須還要利用Revit程序進行參照平面的生成，以此保證管環的順利生成，針對參照平面的設置，如下圖所示：

圖2 Revit程序中參照點、參照線、參照平面

2.3BIM模型構建

在參照平面設置完成的基礎上，必須進一步在Revit程序中新建一個公制常規模型，并結合參照平面以及圖紙信息的基礎上，對管片的位置進行迅速定位。在此基礎上，編制一個融合命令，并在上面繪制出管片前后兩側的輪廓線，并修改融合起、始點，生成楔形體的鄰接塊與封頂快，采用旋轉等命令完成單環管片的拼裝，最后得到由帶有楔形體的完整盾構管片所拼接而成的盾構隧道。在進行參數化處理后，通過調整個別參數即可得到不同尺寸的管片，進而實現模型的構建，該方法可以比較容易地實現盾構區間的 BIM 建模工作，從而極大地提高建模效率。經過這樣的操作步驟，筆者初步得到了盾構環模型以及隧道錯縫拼裝模型，如下圖所示：

圖3 盾構環模型

圖4 隧道錯縫拼裝模型

3 案例工程概述

3.1工程背景簡介

香港地鐵工程建設項目沙中線，是香港鐵路有限公司正在興建的一條全新地鐵線，也是當前香港地鐵建設中最先應用BIM技術的項目。目前該地鐵項目由于現實需求，已經將計劃線路拆分成了兩部分，即“沙田至紅磡段”及“紅磡至中環段”。

地鐵項目原本就是一個十分復雜的項目，在該項目中，其構造較為復雜，標高眾多，管線十分密集，洞口設置如果不合理，則會造成大量成本的浪費，采用BIM技術進行盾構隧道風險可視化評價，則會大大的減少風險發生的可能，從而為地鐵工程施工提供堅實的數據支撐。

香港地鐵工程建設項目沙中線項目全長約17公里，途徑10個車站，本文選取的就是擴建鉆石山站與金鐘站之間的隧道，區間距離為1.6公里。在這兩個車站之間，由于已經漸趨郊區，工程地質剖面圖如下所示：

圖5 工程地質剖面示意圖

3.2相關量的確定

在進行盾構“隧道”施工之前，需要對其總配件數量、總混凝土數量、隧道挖土土方量等進行量的確定，以配合估算師工作，接下來本文對此進行一一闡述。

（1）總配件數量

在這種施工中，所涉及到的配件數量較多，比如橋架、線管、用電設備等，這些配件的總量可以由Revit中的明細表計算得出。通過打開明細表，在項目瀏覽器中，選擇標題、合計和綜述，合計中顯示組中圖元的數量，標題和合計左對其顯示在組的下方，總數即為總配件數量。

通過在Revit軟件中進行總計，發現刀盤、盾體、人艙、螺旋輸送機、管片安裝機、管片小車、皮帶機、拖車等，總數量為5234件，其中管片居多。

（2）總混凝土體積

總混凝土體積也可以用Revit軟件來計算得出，首先打開創建完畢的模型，新建明細表，并創建結構柱明細表，選擇類別為結構柱；其次，添加相應的需要字段信息，比如體積，并點擊成組，勾選總計；然后，點擊格式，設置體系，計算總數；最后點擊體積列，選擇選項卡中的“設置單元格式”，保留三位小數，并導出進行數據處理即可。

因此，由于之前已經創建了模型，那么經過這樣的步驟，很容易就得出總混凝土體積量為304m3。

（3）隧道挖土土方量

針對隧道挖土土方量的計算，進行的步驟可能要稍微復雜一點，首先要繪制地形，這在前面已經完成。在繪制地形的基礎上，選擇地形，待圖元高亮顯示后，在左側屬性對話框中將“創建的階段”設定為“現有”；其次，單擊“體量和場地”選項卡>“修改場地”面板>“平整區域”命令，彈出對話框，并繪制建筑地坪，進入3D視圖，在左側視圖屬性對話框中將“相位”設置為“現有”；然后，將屬于“現有”階段的原地形選擇后刪除，再次在視圖屬性對話框中將“相位”設置為“新構造”，此時可見到新構造階段的地形及其他構造物出現，并單擊“視圖”選項卡>“圖形”面板>“可見性/圖形”按鈕，在彈出的“可見性/圖形替換”對話框中取消勾選“場地”中的“建筑地坪”（如圖-1），這樣畫面上將只會看見單純的地表；最后，任選一個被地坪切割過后的地形，高亮選擇后，在實例屬性對話框中，在“標識數據”下的“名稱”欄內輸入這個輪廓的名稱，再利用明細表計算土方量。經過這樣的步驟，可以很輕松的得到，本次隧道施工挖土土方量為59.05m3。

4基于BIM技術的盾構“隧道”風險可視化

4.1盾構“隧道”風險事件評價

在進行盾構隧道風險事件評價之前，需要對工程施工中會出現的風險事件進行整理和歸類，結合施工現場實際情況，對地鐵盾構隧道的風險事件進行了全面總結，如下表所示：

表1 地鐵盾構隧道的風險事件表

上表對于不可接受需要重新決策的風險進行了全部羅列，但是由于受到主客觀環境的影響，無法將所有風險都一一羅列出來，比如還有較多的三級風險。

4.2基于BIM技術的風險可視化

在利用BIM技術將風險可視化之前，需要在Revit程序中進行底層模型的模擬，即對鉆石山站與金鐘站進行詳細分析，可以將場地視圖導入進CAD平面圖紙中，從而方便后續操作。在此基礎上，必須修改導入單位和可見性等參數，并使用Revit程序中的特殊命令，來進行場地繪制，利用放置點來確定地表高程坐標，順利生成地表模型。此外，還需對地表模型進行有效分割，在分割成一個個單獨的區域后，輔以不同顏色的材質，來模擬地面上的真實情況。下部土層分布參考區間工程地質土層勘探圖，通過內建場地模型的方式，借助勘探圖土層邊界線，通過拉伸命令繪制各個土層，并分別賦予相應材質、顏色，生成整體土層模型。通過以上操作，可以得到盾構區間底層及周邊環境的模型，具體如下圖所示：

圖6 盾構區間底層及周邊環境的模型

當然，為了對盾構隧道的風險進行全面評價，在BIM模型庫已經建立的基礎上，針對鉆石山站與金鐘站的管片參數設置，從而在Revit程序中可以極其方便的生成盾構隧道以及聯絡通道等模型，具體如下圖所示：

圖7 盾構隧道模型

圖8 聯絡通道模型

在以上步驟完成情況下，要想進一步將風險評價表中的風險事件進行可視化，需要利用BIM模型庫中的相關模型，將其轉換成圖片，然后載入到程序中，并放置于相應的事故發生位置做為警示標志。而一線施工人員可以依據模型圖紙，清晰的看到哪些區域屬于風險高發區域，從而及時的對施工過程進行有效監測，提前進行警示的優勢可以極好的避免風險的發生，而這樣將風險進行可視化，才能有效的降低風險。

結束語

綜上所述，BIM技術的應用讓建筑工程領域的建設效率得到了極大的提升，而且由于其可視化的特點，最大程度的避免了施工風險的發生，解決了潛在的安全隱患，讓施工變得更加安全。本文以香港地鐵鉆石山站與金鐘站為例，探討了將BIM技術應用在盾構隧道風險可視化的方法，在構建好了BIM模型庫之后，利用Revit程序的建模功能，實現了風險可視化的目標。因此，本文的研究內容和結論對香港地鐵沙中線避免施工風險提供了理論上的指導價值。（基建項目總監蔡振聲編輯）

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關鍵詞： 隧道 風險 可視化