试点车站BIM与预制隔墙设计研究

试点车站BIM与预制隔墙设计研究

郑继婷

上海市隧道工程轨道交通设计研究院

摘要：我国城市轨道交通始建于1965年，至今已有42年历史。地铁不仅运行速度快，乘车环境好，方便市民日常出行，并且更加的节能环保。但是地铁的建设周期长，施工难度大，运营期间投入大。地铁建设、运营、维修的投资远远超过收入。据统计，地铁每公里造价成本5亿元甚至更多。所以在地铁设计、施工中应不断的探索，在保证地铁百年工程质量的同时减小轨道交通建设的投入。某站做为试点车站，在BIM应用、预制墙（板）方面比以往车站进行了改进。

关键词：地铁；BIM；预制隔墙

第1章概述

1.1试点车站背景

轨道交通某线着力打造“安全、高效、科技、绿色、可经营和人文化”的城市轨道交通。工程设计贯彻“节省能源、合理利用能源”的方针。

试点车站为该线第二座车站，车站位于城市郊区。车站周围主要为厂区及居住用地，主要以两层住宅为主。地下一层为站厅层，地下二层为站台层。

该站作为典型的地下两层岛式车站。车站整体规模小、方案稳定。车站周围建设条件较好，附属拆迁难度小。该站整体设计及施工难度小，工程量计算更加直观准确。所以将一些研究、试验应用于该站风险小，并且该站为典型的标准车站更加具有代表性。

第2章车站BIM应用分析

2.1地铁BIM应用现状分析

BIM即建筑信息模型，是建筑工程领域生产力革命性技术。BIM技术解决了工程建设项目管理中“海量基础信息全过程分析”和“工作协同”两大难题。有调查研究指出，通过有效的应用BIM技术可以降低40%的工程设计变更，并将施工现场的劳动生产效率提高20%~30%。自2002年被提出后世界范围内的工程领域便广泛的应用。我国“十二五”期间将BIM设计定位为重点项目计划。

目前BIM技术并没有在地铁设计中取得广泛应用，现阶段地铁设计仍以CAD设计为主。现阶段BIM技术在地铁设计中主要应用为进行管线综合碰撞检测，各专业设计人员通过CAD绘制设计方案，BIM设计人员按照各专业提供的CAD图纸将二维图纸转化为三维模型。通过各专业提供的图纸建成模型后，BIM进行管线综合碰撞检测，自动形成碰撞报告，提示设计人员修改如图1。这个技术的应用可以很大程度的减小管线综合设计人员的负担，并百分之百的保证了设计质量。同时减少管线综合安装时由于各专业的管线碰撞带来的返工问题。

图1车站管线碰撞检测

BIM在地铁设计中涉及范围小，目前只能作为第三方的专业参与。BIM技术对硬件设备要求高，企业虽对BIM技术研究投入较多，但是在设计中应用的并不广泛，没有创造出BIM应有的价值。BIM技术值得更深入的研究，更广泛的参与到我们的设计中，在减少设计工作量的同时也能提高设计质量。

2.2试点车站BIM应用情况

为更好的研究BIM技术、提高BIM技术在地铁中的应用范围，该站作为三维设计试点车站。为使BIM技术更广泛的在车站设计中应用，车站各专业设计人员使用BIM相关软件进行建模。BIM设计人员规定了统一的建模原则及各种构件色系使用原则。

各专业人员在相对同一个原点进行建模。在建模过程中设计人员可以更直观看到自己的设计，所有房间的空间尺寸跃然眼前，设计人员自己更容易发现设计中的不足，以便更好的优化设计方案。各专业设计人员将自己建好的模型通过同一原点合成一个完整的车站模型。合成为一个模型后BIM技术可以对各专业模型进行检测，如设计过程中某个专业的图纸修改了，但是各专业间没有及时的沟通，结果有些专业的图纸还是在原来图纸的基础上深化的。在合成同一个模型后，BIM技术通过检测提示各专业的协调问题，减少设计人员反复校对图纸时间。通过BIM的信息统计技术，分别统计了土建、机电及机电设备管线预埋件的工程量。通过与投资监理工程量比较，发现以往投资监理在计算工程量时存在大量人工估值的成分，最后的工程量估算结果存在经验系数，给业主的工程招标带来了大量的不确定性。BIM的工程量计算通过各专业的设计图纸精确建模所得来的数值，得到的结果更加准确。

BIM建立的三维模型具有直观可视化性，并且通过改变模型中不同构件的材质、颜色使模型更加接近未来建设的车站实体。BIM模型直观可视化性解决了设计人员为业主汇报方案时仅凭借二维CAD图纸描述车站情况，再通过想象讨论设计是否可行的问题。该站均由BIM专业使用三维模型向业主汇报车站方案。业主及运营人员通过虚拟的模型及效果图可以直观的感受车站建成运营后的情况，为现在的设计提出合理的优化建议，也提高了设计人员的工作效率。并且为施工验收人员提供了建成后验收的依据。如图2

图2车站站厅模型

第3章车站预制隔墙分析

3.1地铁砌体隔墙现状分析

地铁车站中后砌隔墙一般采用200mm厚MU15实心混凝土砌块墙，采用M7.5混合砂浆砌筑至上层结构板底。后砌隔墙中构造柱、圈梁、过梁、门樘的布置及墙体与主体拉结均按照《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）和《蒸压加气混凝土砌块建筑构造》中的规范要求实施。

地铁站内房间隔墙砌筑时需考虑各专业设备运输安装情况，设备开孔孔边构造柱、圈梁待设备安装后再行浇筑，并砌筑圈梁上方墙体。变电所等大型设备用房的局部隔墙应根据相关专业要求预留设备运输洞口，两侧设构造柱，上方设过梁，配筋同圈梁，待设备安装就位后再砌墙封堵。应根据设备尺寸、运输路线决定设备用房隔墙砌筑顺序，机房应先定位大型设备，后砌筑墙。隔墙施工时墙体砌筑至2500mm高度，定位并预留好设备管线安装空间后再按要求砌筑剩余墙体。风阀两侧墙体等风机安装后后砌，阀门安装完毕后，两侧剩余空间≤300mm，需用钢板封闭。阀门安装完毕后，两侧剩余空间≥300mm，需在洞口两侧设置构造柱，构造柱竖向钢筋锚入下部结构梁、板内并与之主筋相焊。

3.2试点车站预制墙应用情况

为减小工程投资，方便施工，节省工期，该试点车站采用预制隔墙代替砌筑隔墙。考虑地下车站的特点，在满足建筑消防要求的基础上尽量减小墙体厚度，有效控制单块墙体重量，方便施工。现阶段设计单块墙体尺寸为3.0m（高）×0.6m（宽）×0.12m（厚），单块墙体重量大概为150kg。3~4人便可以搬运、拼装墙体。可以节省施工阶段人工费用。考虑一定的经济性及施工方便性，尽量减少预制构件模数数量，达到整个项目80%~90%预制构件为通用模数，其他复杂或不便于采用预制构件的地方，仍可采用现浇混凝土。

地铁车站内每个房间通过预制墙单块拼装而成，每个单块之间、单块与混凝土楼板及外墙之间由特制连接件连接，连接件固定单块预制墙后使用水泥粘结剂加固连接件。预制板固定后在阴角、阳角处使用专用粘结剂加固密封如图3、4。保证预制板连接密实性及防火特性。

针对站台板，预制楼板标准块重约2吨，由于地铁施工很难预先确定限界的特点，地铁车站站台板一般都是后期施工，导致预制楼板无法提前安装，后期吊装难度大；且站台板下墙体间间距不等，导致预制楼板板形各异，成本较大不经济，因此站台板仍采用现浇楼板，只考虑房间隔墙及楼梯采用预制构件。

预制隔墙应满足耐火要求，在满足建筑消防要求的基础上尽量减小墙体厚度，对墙体进行分割时应综合考虑墙体模数和自重，便于后期施工安装并满足抗震要求。采用预制隔墙应综合考虑预留孔洞因素，板型数量不宜过多，注意结构受力体系的变化，确保结构安全。同时在预制构件的制作过程中即考虑好后期箱柜的安装。

施工单位对预制构件施工时应做到，了解地铁车站的实际施工工艺，综合考虑各个房间的施工顺序，合理安排叉车的行车路线，同时要考虑叉车的自身重量对结构的要求。

综合上述分析，车站后砌隔墙采用现场砌筑时具有工序复杂、需要人工较多、施工时间长等不利因素。工人砌筑隔墙需要多人配合绑扎钢筋，并且需要反复核对图纸中各管线的位置标高。施工费时费力，并且各专业管线穿墙孔洞预留错的情况较多，经常需要返工。预制隔墙具有工厂制作，有效缩短工期；模块化生产，使用范围广；机器施工，强度大，耐久性好；节能、降低造价等诸多优点。预制工厂能控制构件加工精度，并且预制墙板之间可采用卡扣连接。无需考虑实际现浇施工现场的精度误差，做到连接方便；最终实现像搭“乐高”积木一样方便、迅速施工，同时保证了工程质量。

第4章总结与展望

该试点车站在原有建设经验的基础上，研究并采用了BIM技术、预制墙等新兴技术。在控制投入成本，降低施工难度等方面均有优异表现。也让我们认识到其在轨道交通发展中所具有的无可比拟的推广价值。相信其在未来的轨道交通领域会得到广泛应用，同时在技术层面更趋于完善，更好地为轨道交通发展做出贡献。