“BIM+Unity 3D”技術在地鐵區間盾構施工中的應用

許 梁

（中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

地鐵隧道施工最常用的方法為盾構法，盾構隧道襯砌結構采用預制管片拼裝而成。隨著BIM技術的發展，BIM模型作為信息載體與容器，其內嵌項目構件的相關信息屬性，需要有更為直觀的視覺化平臺來有效地展示這些信息[1-3]。Unity 3D開發環境的特色使其具有更強的具象性及互動功能，可以有效地加強BIM模型的可視化和具象沉浸式體驗效果[4-5]。“BIM+Unity 3D”技術在地鐵盾構施工中的應用，從傳統的電腦三維模型中讀取構件屬性轉變到身臨其境的場景中，利用BIM建立的模型結合Unity 3D實現動態漫游查看各構件屬性、安全教育、事故模擬、施工復雜節點查看、空間方案技術交底等沉浸式體驗。本文就“BIM+Unity 3D”技術在地鐵區間盾構施工中的應用進行介紹。

1 設計技術路線

本研究提出一種新的技術實現思路：通過Revit建模工具實現盾構管片精細化三維建模,采用Civil 3D構建區間的三維地質模型，基于Unity 3D實現聯動和漫游，同時將危險源的沉降監測信息實現在線發布和數據分析。系統整體結構設計如圖1所示。

圖1 系統整體結構設計

2 BIM模型構建

2.1 管片BIM模型構建

以1.2m幅寬的標準環為例簡單介紹管片BIM模型的制作流程。

（1）制作頂面輪廓族：首先打開BIM建模軟件-revit，選擇“公制輪廓”，然后保存輪廓[4]，見圖2。

圖2 頂面輪廓族

（2）制作模型：打開“公制常規模型”功能，并在此基礎上做好參考線；隨意繪制路徑，保證路徑垂直于管片上下兩個面，并且長度為1.2m。然后點擊“編輯輪廓”，編輯輪廓完成后，點擊“√”，初步生成標準塊模型，將制作好的標準塊分別按參照線作為軸線來進行鏡像得到三維圖像，如圖3所示。

圖3 管片BIM模型

2.2 區間Civil 3D地質建模

區間地層地質建模采用Civil 3D和3Dmax相結合的方式進行，通過研究地質剖面圖確定鉆孔數據，考慮到鉆孔數據的片面性，為更真實體現實際地層分布，引入空間插值算法建立可靠地層界限混和構模技術，形成了構建精細三維地質模型的技術思路，見圖4。

圖4 地質建模和編程技術思路

（1）地質建模俯視效果：透過俯視效果圖可以看出不同的地質結構以及地形結構，如圖5所示。

圖5 俯視效果

（2）地質建模側面效果：通過BIM軟件的渲染與潤色功能，設定不同地層的填充形式，使其更加形象化，如圖6所示。

圖6 側面效果

3 基于盾構機實時數據驅動施工管理平臺的搭建

為保證盾構隧道施工正常推進，保障周邊建筑物及環境的安全，通過移動端、傳感器等設備采集的多源信息整合分析，在Unity 3D開發環境中結合BIM模型實現信息的可視化表達。基于此提出風險源實時感知方法，建立了一套全過程、多角度、多維度的盾構隧道BIM安全風險智能監控系統，重點研究BIM技術在盾構隧道施工管理及安全管理中的應用，實現了隧道施工數據實時掌控，安全風險事先辨別與預防，施工全過程監控與預警。

（1）BIM+Unity 3D區間盾構實時數據接入總體效果展示。Unity 3D平臺與盾構機實時數據對接（時間、環數、里程、總推力、推進速度、土倉壓力等開放性數據），如圖7所示。隧道埋深根據公式定義計算，實時顯示。圖7的上下兩部分為塔談站右線對應的實時盾構機的掘進情況，實時展示掘進環數和掘進里程，以及不同的進度對應的地質結構情況。

圖7 Unity 3D平臺與盾構機實時數據對接總體效果

（2）轉向和縱向變坡提示。根據圖紙中的具體位置將轉向點和縱向變坡標注在三維地質結構圖中，如圖8所示。

圖8 轉向及變坡提示

（3）盾構機數據實時展示。通過網絡數據傳輸的方式實現對盾構機數據的采集和解析，采集盾構機實時數據包括：時間、環數、里程、總推力、推進速度、壓力泵壓力、主推進油缸A行程等，系統對采集到的實時數據進行實時展示，并且根據盾構機刀盤轉速實時調整右側模型中刀盤的模擬轉速，如圖9所示。

圖9 盾構數據展示

（4）危險源預警。根據危險源所在的里程，進行預警展示（預警位置：距離盾構機30m），并且在盾構機下實時標注危險源的距離，如圖10所示。

圖10 危險源預警

4 結束語

對地鐵盾構區間施工基于BIM技術的應用研究，主要實現三維模型的構建以及盾構機數據的接入與展示。

（1）三維模型的構建。利用Revit、3Dmax、Civil 3D軟件實現對區間結構、三維地質結構以及路面附屬建筑的建模，將模型導入到Unity3D開發環境實現對三維模型的操作和運用。

（2）盾構機數據的接入與展示。將盾構機數據通過網絡接口的形式接入到軟件中，實現盾構機數據的實時接收，處理和分析，并在三維模型中進行展示，同時驅動三維盾構機模型按照實際運行情況進行推進，同時根據地質、危險源、轉向、變坡等情況實現超前預警。