BIM技術在盾構隧道與地下工程中的應用研究

翁露波

上海申通地鐵集團有限公司 上海 200000

BIM技術就是基于三維數(shù)字技術基礎上的，集成工程項目所有數(shù)據(jù)信息的工程數(shù)據(jù)模型，可以通過數(shù)字化的方式展現(xiàn)工程實體以及功能特性，當前該技術在工程領域中得到了有效的運用。隨著經(jīng)濟和交通基礎設施建設的發(fā)展，城市軌道交通建設規(guī)模不斷增加，和建筑工程相比，其信息化水平相對較低，BIM技術的運用情景值得探索。盾構隧道等線性地下工程因地質條件復雜，建設過程不確定因素較多，如何借助BIM技術高效管理、控制風險，是建設管理者一直在思考的重要問題，為此，很多從業(yè)人員也開展了大量的嘗試。

1、BIM技術在隧道與地下工程中應用的問題和解決思路

1.1 技術層面

1.1.1 標準問題 主要包括技術層面，也涉及到管理方面。BIM技術的運用是構建在相互協(xié)同上的，需要相關的軟件之間的配合，比如，制圖、建模和施工模擬等等，然而每個軟件的提供廠家不一，若是缺乏統(tǒng)一的平臺和數(shù)據(jù)標準，就很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享，無法發(fā)揮出該技術的優(yōu)勢[1]。國內因為技術引進時間較短，對于技術標準方面的研究有限，加上國內建筑行業(yè)缺乏統(tǒng)一的體制，存在嚴重的條塊化問題，沒有統(tǒng)一的技術標準，BIM法律體系不完善、相關技術人才不足等，使得技術在國內隧道行業(yè)中的運用中出現(xiàn)標準問題。

1.1.2 軟件平臺問題

首先，國內普遍使用的是國外的BIM軟件，本土化水平較低，在和其他軟件結合運用時需要進行二次開發(fā)，雖然國內在這方面進行了很多探索，然而都未能有效推廣。比如，revit是國內建筑行業(yè)常用的軟件，其中的很多方面都與國內存在差異，如，圖紙規(guī)范、單位制等，然而因為軟件具有豐富的功能，所以，受到了歡迎。其次，建筑類建筑信息模型運用的地質條件比較簡單，現(xiàn)有的軟件就可以適應，然而盾構隧道等地下工程的地質條件復雜，尤其是越江隧道，現(xiàn)有的地質軟件無法有效的構建模型，還無法與BIM設計軟件兼容，所以，建筑信息模型在國內隧道方面的運用只能利用BIM設計軟件或者是制造業(yè)軟件，由于軟件應用平臺不統(tǒng)一，使得模型數(shù)據(jù)交流存在限制。同時，缺乏高效兼容的管理交互平臺，不利于BIM三維化數(shù)據(jù)在管理層面降低應用門檻。

1.1.3 解決思路

和建筑信息模型前景的定量評判問題研究進行整合，促進理論方面的研究，有效的在設計、施工和管理方面運用該技術。BIM標準框架不僅包含技術自身標準，還包含對于企業(yè)信息技術的運用標準，其中企業(yè)級標準是技術標準體系的基礎。當前在城市軌道交通領域，對于技術標準方面的研究有了顯著的進展。就建筑信息模型來說，地質、隧道建模平臺與GIS平臺都不是很成熟，對此，可以打通BIM軟件與有關地質建模軟件和其他分析應用軟件的接口，實現(xiàn)有效的結合，分工協(xié)作，分享數(shù)據(jù)信息，同時與國內隧道規(guī)范、建筑信息模型設計標準進行結合，真正實現(xiàn)BIM設計應用，為管理應用提供平臺[2]。

1.2 管理方面的問題和解決思路

國內項目管理的主要模式是計劃方式下的DBB，對于相關方的交流存在限制，無法及時有效的傳遞信息，限制了建筑信息模型在地下工程管理的發(fā)展。現(xiàn)階段建筑信息模型在國內軌道交通的運用一般依賴特殊項目，普通的隧道工程項目，一般只會在設計環(huán)節(jié)運用該技術。研究顯示施工方運用BIM可以更好的發(fā)揮技術優(yōu)勢，體現(xiàn)其經(jīng)濟價值。所以，要想促進技術在隧道工程方面的發(fā)展，就需要對當前的項目管理模式進行轉變。IPD是一套產(chǎn)品開發(fā)的理念模式，當前演變成新的項目管理模式，其注重考慮項目過程中的利益，強調項目團體的協(xié)作能力，和BIM優(yōu)勢的發(fā)揮相似。

1.3 發(fā)展方面的問題和解決思路

1.3.1 BIM和GIS結合的問題

隧道與地下工程建設條件較差，地質地形比較復雜，這就使得BIM的運用比較困難。GIS是空間屬性資訊系統(tǒng)，其對象就是地理空間信息數(shù)據(jù)，若是可以將二者進行有效的結合，就可以有效的簡化建模以及分析過程并為實施過程的動態(tài)調整提供支持，所以，二者的結合就是BIM技術在國內隧道方面普及中的一個重要問題。

1.3.2 BIM和智能設備的結合

現(xiàn)階段國內隧道領域BIM技術運用的限制就是無法和生產(chǎn)工具進行有效的結合，并不能實現(xiàn)真正意義下的BIM施工，所以，該技術和智能設備的結合也是一個重要研究方向，尤其是自動化測量設備、激光掃描儀等空間定位設備。

1.3.3 BIM前景的定量評判問題

現(xiàn)階段國內上沒有統(tǒng)一成熟的BIM應用效能測度方法，因為技術運用的實際效果很難測度以及量化，專家們試著就不同角度提出應用效能測度方法，然而還未形成統(tǒng)一成熟的測度方法，目前還在積極的探索中[3]。

2、BIM技術在盾構隧道與地下工程中的應用策略

BIM技術具有很多的優(yōu)點，比如，可視化，通過運用三維模型，能夠構建立體的施工設計方案，直觀具體的展現(xiàn)有關信息，明確施工要求，避免施工中的各種沖突；虛擬施工，可以最大化的減少返工的情況；數(shù)據(jù)準確性，基于組建施工的各項數(shù)據(jù)信息和參數(shù)等，精準的分析以及處理，保證施工的順利進行。所以，在工程建設中，應該積極的運用BIM技術，充分發(fā)揮出其優(yōu)勢。

2.1 在設計中的應用

在設計階段運用BIM技術，利于表達：用三維模型分析項目中包含的相關信息和數(shù)據(jù)等內容，動態(tài)化的展示2D設計圖紙，方便設計人員更好的把握施工設計圖紙。便于修改：設計人員在有新的思路或者是要改變設計功能時，也可以輕松的在3D建筑信息模型中修改。適于溝通：可以隨時直觀立體的展示設計成果，驗證需求，發(fā)現(xiàn)問題，準確的對設計方案進行優(yōu)化[4]。比如，上海地鐵15號線桂林公園站、上海周家嘴路越江隧道工程等，在設計環(huán)節(jié)中采用BIM技術，對各方面實施優(yōu)化設計，如結構優(yōu)化、管線碰撞檢查、3D協(xié)同、工程量輔助量統(tǒng)計等等，有效的提升設計質量。同時，3D模型檢查管線碰撞和錯漏碰缺問題，大幅度提升設計人員效率。

2.2 在施工中的運用

隧道與地下工程施工協(xié)調性要求高，可以運用BIM技術提升施工的效率和質量。①前置模擬：在施工前模擬施工節(jié)點方案[5]、動線組織、場地布置等，整體性提升工程現(xiàn)場條件對工程實施的支持，保證工程建設時效。②過程模擬：盾構隧道施工，是一個動態(tài)變化的施工，利用BIM模型和自動化儀器采集每一環(huán)的拼裝狀態(tài)、軸線的姿態(tài)，實時調整糾偏、注漿、推力等數(shù)據(jù)，可大幅度提升施工質量。③動態(tài)籌劃：現(xiàn)場施工包含眾多作業(yè)類型，交叉作業(yè)密集，尤其是旁通道施工提前啟動等工況，為了充分利用作業(yè)空間和時間，運用BIM技術采集現(xiàn)場進度和變形量，調整現(xiàn)場布置，優(yōu)化工序銜接、工時分配等。

2.3 在項目管理中的應用

借助BIM技術開展盾構隧道等地下工程項目管理，可以從效率、質量、安全等多維度切入。①效率方面：全面的，深入結合實施工序的模塊化籌劃，同時過程可調，聯(lián)動各方。尤其是在盾構隧道建設管理中心，對管片排產(chǎn)和調撥、盾構設備網(wǎng)絡化調度優(yōu)化等具有優(yōu)勢。②質量方面：過程模擬加上物資效率的提高，是對質量控制的根本保證，同時BIM與地質系統(tǒng)的聯(lián)動，可以高精度匹配注漿等施工數(shù)據(jù)，應對地表建構筑物的變形控制。③安全方面：在施工模擬中排查安全隱患，有針對性的制定防范對策，可以直觀開展安全交底，讓施工人員認識到安全生產(chǎn)的重要性[6]。并可結合5G技術等開展人員定位管理，提前規(guī)避風險聚集。④場外協(xié)調：運用了BIM技術布置交通組織以及場地，具體模擬大件運輸、渣土運輸、施工場地和社會道路界限、臨時交通標志的邊線等，找好項目效益與社會效益的平衡點，就模擬結果和有關部門實施溝通，利于取得理解、形成共識，為工程實施創(chuàng)造有利環(huán)境條件。⑤成果保存：基于BIM模型的全過程管理，可以直接形成最終成果的展示和跟蹤體系，對于建設數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的保存具有重大意義，并可助力優(yōu)質評審、通車評審、檔案歸檔等管理工作。

結語：

BIM技術具有顯著的優(yōu)勢，比如，可模擬、可視化、可保存、協(xié)調性、優(yōu)化性等，這一理念也是工程建設信息化發(fā)展的一個主要方向，具有很大的發(fā)展前景。在盾構隧道與地下工程中運用該技術具有積極影響，可以提升施工的安全性、設計的精細化、后期運營的合理性，減輕勞動強度，減少造價，提升設計施工的效率以及質量，促進相關方的協(xié)作。然而因為隧道與地下工程的特點，如，地形復雜、帶狀分布等，導致BIM技術的運用無法照搬建筑工程中該技術的運用方式 ，所以，要想更好的運用BIM技術，就需要明確當前應用中的問題，并采取有效的措施進行改善和解決，不斷探索有效的應用路線，提升盾構隧道與地下工程建設的水平。