BIM技術(shù)應(yīng)用于暗挖工程的動(dòng)態(tài)可視化管理

凌書　黃尚珩

【摘 要】文章針對(duì)BIM技術(shù)在暗挖工程中的應(yīng)用分析，提出實(shí)現(xiàn)暗挖工程可視化動(dòng)態(tài)管理的解決方案，將BIM技術(shù)及其理念拓展到暗挖工程施工中，有效保障施工質(zhì)量和安全，并實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM技術(shù)的有效推廣。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù); 暗挖工程; 動(dòng)態(tài)管理

【中圖分類號(hào)】TU391.99【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

隨著城市建筑物越來(lái)越密集，埋置深度越來(lái)越深，城市中明挖法開(kāi)槽的施工方案局限性越來(lái)越大，更多采用的是不開(kāi)槽的暗挖法。盡管淺埋暗挖法及盾構(gòu)法這些年地下工程施工技術(shù)日益成熟，但由于工程水文地質(zhì)條件的不確定性和施工環(huán)境的復(fù)雜性，使得暗挖法在地下工程施工過(guò)程中，仍存在許多施工風(fēng)險(xiǎn)，在施工組織和管理控制方面難度較大，將BIM 技術(shù)及其理念拓展到暗挖工程施工中，開(kāi)展相關(guān)研究很有必要，也是對(duì) BIM 技術(shù)的有效推廣。

1 暗挖隧道BIM模型創(chuàng)建

1.1 管片自適應(yīng)族的制作

利用Revit軟件創(chuàng)建隧道的管片族，為保證管片可以自動(dòng)適應(yīng)暗挖隧道結(jié)構(gòu)變化，各種管片族應(yīng)創(chuàng)建成自適應(yīng)類型族，每塊管片可設(shè)置一定自適應(yīng)控制點(diǎn)來(lái)控制。針對(duì)這些自適應(yīng)族，應(yīng)從正向設(shè)計(jì)思路考慮設(shè)置各類型參數(shù)，其中包含管片厚度、內(nèi)外徑尺寸、管片寬度。完成后的族錄入公司構(gòu)件庫(kù)，構(gòu)件統(tǒng)一管理使用，并在出圖時(shí)插入二維碼，利用二維碼實(shí)現(xiàn)管片構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝信息的實(shí)時(shí)錄入，工程完工時(shí)與竣工模型一并交付運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位進(jìn)行維護(hù)和使用。

1.2 水文地質(zhì)模擬和模擬仿真漫游

根據(jù)工程中心線路參數(shù)，設(shè)置暗按挖隧道中心線路坐標(biāo)點(diǎn)，打開(kāi)Revit軟件并從中提取隧道中心線路上的各坐標(biāo)點(diǎn)生成隧道中心線路空間三維曲線。水文地質(zhì)的模擬根據(jù)地勘資料，利用BIM軟件建立地質(zhì)模型、區(qū)間隧道、超前水文地質(zhì)進(jìn)行模擬，進(jìn)行預(yù)加固、預(yù)支護(hù)指導(dǎo)施工，減少工程施工風(fēng)險(xiǎn)（圖1）。

在隧道掌子面四角設(shè)置四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將多功能智能傳感器置于超前小導(dǎo)管中并鉆入前方圍巖，多功能智能傳感器可同時(shí)對(duì)前方圍巖在爆破瞬間的釋放應(yīng)力、釋放加速度、水壓、應(yīng)力能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到水壓應(yīng)變及應(yīng)變能等參數(shù)，并由云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與地質(zhì)信息分析處理軟件數(shù)據(jù)互通（圖2）。

1.3 生成隧道結(jié)構(gòu)BIM模型

利用 Revit 軟件拾取盾構(gòu)隧道中心線路空間曲線，通過(guò)各類型管片的自適應(yīng)控制點(diǎn)坐標(biāo)組來(lái)放置管片自適應(yīng)族，達(dá)到各類型管片沿著盾構(gòu)隧道中心線路空間曲線自適應(yīng)排布的效果。調(diào)整各類型管片參數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算生成暗挖隧道結(jié)構(gòu)模型（圖3、圖4）。

2 BIM技術(shù)在暗挖工程中的動(dòng)態(tài)可視化管理應(yīng)用分析

2.1 暗挖隧道施工模擬

在創(chuàng)建的隧道結(jié)構(gòu)BIM模型的基礎(chǔ)上，利用各類常用的BIM軟件平臺(tái)，如Autodesk Navisworks軟件開(kāi)展暗挖隧道施工模擬。BIM模型具有可視化特點(diǎn)，通過(guò)可視化施工模擬可以對(duì)施工的各環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查，提前發(fā)現(xiàn)在施工中存在的各種問(wèn)題和缺陷，并及時(shí)的將問(wèn)題和缺陷消滅在施工開(kāi)始之前，從而可以驗(yàn)證選定施工方案或原始設(shè)計(jì)方案是否合理及進(jìn)行優(yōu)化處理。

利用Autodesk Navisworks一系列軟件還能進(jìn)行工程動(dòng)畫漫游，便于觀察工程結(jié)構(gòu)的全貌，并可實(shí)時(shí)觀察工程的施工變化。

針對(duì)建模階段創(chuàng)建的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的材料、資金等量值文件，關(guān)聯(lián)BIM模型及施工模擬進(jìn)程，形成3D-BIM模型+進(jìn)度+物料+資金的多維度的施工模擬，結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)施工組織方案的合理性進(jìn)行研判。

2.1.1 進(jìn)度模擬

通過(guò)模擬從進(jìn)廠、零件、豎井及連通道、出支、二襯到回填等階段的施工內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)基于BIM模型編制進(jìn)度計(jì)劃、實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃、施工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)劃。

2.1.2 管線改遷模擬

通過(guò)對(duì)地下管線與既有構(gòu)筑物、管線與主體、管線與管線間的碰境檢查，分析提出管線遷改的優(yōu)化方案，確保管線遷改工作科學(xué)合理，保證施工過(guò)程安全可控，通過(guò)BIM模型及管線遷改進(jìn)行三維施工模擬，直觀了解整個(gè)管線遷改順序及重難點(diǎn)，解決了管線與既有構(gòu)筑物、管線與主體、管線與管線間的沖突問(wèn)題（圖5）。

2.2 信息的集成與即時(shí)反饋

將隧道的埋置位置覆土厚度，隧道周邊地質(zhì)情況，地下水分布以及出土動(dòng)量等與地下暗挖工程相關(guān)的系列信息反映到BIM模型中，實(shí)現(xiàn)可視化管理，提前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的異常情況作出預(yù)判和提出解決方案，同時(shí)引入時(shí)間和資源維度，將“3D-BIM”模型升維轉(zhuǎn)化成“5D-BIM模型”來(lái)模擬整

個(gè)施工過(guò)程進(jìn)度和資源投入情況，管理人員即可根據(jù)模擬情況調(diào)整優(yōu)化施工方案，合理安排資源供應(yīng)、優(yōu)化現(xiàn)金流，在保證工程安全的前提下實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度計(jì)劃及成本的動(dòng)態(tài)管理，并且實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)糾偏。

2.3 可視化交底

傳統(tǒng)的工程技術(shù)交底工作一般是利用平面技術(shù)文件進(jìn)行，對(duì)于技術(shù)人員看圖能力和技術(shù)水平要求很高，很容易造成理解錯(cuò)誤，影響施工的質(zhì)量和安全。利用BIM模型的可視化效果，可以第一時(shí)間查看工程結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，對(duì)于施工操作較為復(fù)雜的部分，能夠確保施工技術(shù)人員很好理解交底內(nèi)容，提高施工操作的準(zhǔn)確性，保障施工質(zhì)量和安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用BIM技術(shù)建立與地下暗挖工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況相關(guān)聯(lián)的信息模型并進(jìn)行施工模擬，可在工程開(kāi)工前制度較準(zhǔn)確的施工方案，合理安排施工計(jì)劃，在施工過(guò)程中隨時(shí)調(diào)整，降低施工中的不確定性減少安全隱患。通過(guò)項(xiàng)目整體5D-BIM模型的動(dòng)態(tài)管理，調(diào)整資源配置，可縮短整個(gè)暗挖工程工期并且能達(dá)到最優(yōu)工期與成本的界值。

參考文獻(xiàn)

[1]裴作君.鐵路隧道工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)鐵路，2014（10）：70-73.

[2]喻佳.鐵路隧道設(shè)計(jì)中 BIM 技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建設(shè)科技，2017（1）

[3]王一仟.隧道工程三維設(shè)計(jì)技術(shù)中BIM 的應(yīng)用研究[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2017（2）：144-144.

[4]朱偉南，吳軍偉，張磊.BIM 技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用[J].市政設(shè)施管理，2016，（3）：21-24.

[5]王安璐.BIM 技術(shù)在地鐵隧道工程施工中的應(yīng)用研究[J].建材與裝飾，2016（47）：224-225.

[定稿日期]2021-04-1

[作者簡(jiǎn)介]凌書（1986～），女，本科，高級(jí)工程師，從事建筑施工技術(shù)工作;黃尚珩（1974～），男，本科，高級(jí)工程師，從事建筑施工技術(shù)工作。