BIM技術(shù)應(yīng)用于暗挖工程的動態(tài)可視化管理

凌書　黃尚珩

【摘 要】文章針對BIM技術(shù)在暗挖工程中的應(yīng)用分析，提出實現(xiàn)暗挖工程可視化動態(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，并實現(xiàn)對BIM技術(shù)的有效推廣。

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

【中圖分類號】TU391.99【文獻標志碼】A

隨著城市建筑物越來越密集，埋置深度越來越深，城市中明挖法開槽的施工方案局限性越來越大，更多采用的是不開槽的暗挖法。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程中，仍存在許多施工風險，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，開展相關(guān)研究很有必要，也是對 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)控制點來控制。針對這些自適應(yīng)族，應(yīng)從正向設(shè)計思路考慮設(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，構(gòu)件統(tǒng)一管理使用，并在出圖時插入二維碼，利用二維碼實現(xiàn)管片構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝信息的實時錄入，工程完工時與竣工模型一并交付運營維護單位進行維護和使用。

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點，打開Revit軟件并從中提取隧道中心線路上的各坐標點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)進行模擬，進行預(yù)加固、預(yù)支護指導(dǎo)施工，減少工程施工風險（圖1）。

在隧道掌子面四角設(shè)置四個監(jiān)測點，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對前方圍巖在爆破瞬間的釋放應(yīng)力、釋放加速度、水壓、應(yīng)力能進行數(shù)據(jù)采集。對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，得到水壓應(yīng)變及應(yīng)變能等參數(shù)，并由云平臺實現(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，通過各類型管片的自適應(yīng)控制點坐標組來放置管片自適應(yīng)族，達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)過運算生成暗挖隧道結(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，如Autodesk Navisworks軟件開展暗挖隧道施工模擬。BIM模型具有可視化特點，通過可視化施工模擬可以對施工的各環(huán)節(jié)進行檢查，提前發(fā)現(xiàn)在施工中存在的各種問題和缺陷，并及時的將問題和缺陷消滅在施工開始之前，從而可以驗證選定施工方案或原始設(shè)計方案是否合理及進行優(yōu)化處理。

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

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

2.1.1 進度模擬

通過模擬從進廠、零件、豎井及連通道、出支、二襯到回填等階段的施工內(nèi)容，實現(xiàn)基于BIM模型編制進度計劃、實施進度計劃、施工過程中動態(tài)調(diào)整計劃。

2.1.2 管線改遷模擬

通過對地下管線與既有構(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合理，保證施工過程安全可控，通過BIM模型及管線遷改進行三維施工模擬，直觀了解整個管線遷改順序及重難點，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題（圖5）。

2.2 信息的集成與即時反饋

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，實現(xiàn)可視化管理，提前對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的異常情況作出預(yù)判和提出解決方案，同時引入時間和資源維度，將“3D-BIM”模型升維轉(zhuǎn)化成“5D-BIM模型”來模擬整

個施工過程進度和資源投入情況，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現(xiàn)施工進度計劃及成本的動態(tài)管理，并且實現(xiàn)動態(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)文件進行，對于技術(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，可以第一時間查看工程結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，對于施工操作較為復(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，提高施工操作的準確性，保障施工質(zhì)量和安全。

3 結(jié)束語

采用BIM技術(shù)建立與地下暗挖工程現(xiàn)場實際狀況相關(guān)聯(lián)的信息模型并進行施工模擬，可在工程開工前制度較準確的施工方案，合理安排施工計劃，在施工過程中隨時調(diào)整，降低施工中的不確定性減少安全隱患。通過項目整體5D-BIM模型的動態(tài)管理，調(diào)整資源配置，可縮短整個暗挖工程工期并且能達到最優(yōu)工期與成本的界值。

參考文獻

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

[2]喻佳.鐵路隧道設(shè)計中 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)計技術(shù)中BIM 的應(yīng)用研究[J].華東科技：學術(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

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