張鵬飛

(上海世博發(fā)展(集團(tuán))公司，上海 200125)

1 項(xiàng)目背景

上海世博園區(qū)B 片區(qū)央企總部基地是后世博開(kāi)發(fā)項(xiàng)目重要組成部分，工程位于世博園區(qū)“一軸四館”西側(cè)，為了實(shí)現(xiàn)世博B 片區(qū)央企總部?jī)?nèi)部地下空間大連通，在博成路下方需要設(shè)置3條南北向地下連接通道?，F(xiàn)有博成路東西向橫穿B 片區(qū)央企總部基地，其下方有一條已經(jīng)建成并正在使用的東西走向共同溝，共同溝斷面尺寸為3.3(寬)m ×3.8(高)m。通道采用明挖法施工工藝，施工期間共同溝進(jìn)行原位保護(hù)，難度極大。(圖1)

圖1 2#通道基坑圍護(hù)平面示意圖

此外整條共同溝內(nèi)在施工期間處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，內(nèi)部敷設(shè)的電力、電信、上水等管線(xiàn)對(duì)沉降敏感度高，保護(hù)難度大，因此通道施工需要選擇一種安全性及可靠度的工藝，封閉圍護(hù)結(jié)構(gòu)。博成路下的共同溝為保障世博園區(qū)的正常運(yùn)營(yíng)起到至關(guān)重要的作用，這也對(duì)穿越博成路共同溝的三條地下通道的施工提出了非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。主要難點(diǎn)如下:

1.1 共同溝的斷面大、管線(xiàn)綜合度高

1.2 共同溝沉降控制要求高

共同溝設(shè)計(jì)單位給予施工控制指標(biāo)為伸縮縫差異沉降≤10mm，總沉降量≤20mm;

1.3 共同溝結(jié)構(gòu)復(fù)雜

1.4 共同溝原位保護(hù)難度高

由于博成路下方共同溝在完善世博園區(qū)功能上的重要性，故無(wú)法在通道施工前對(duì)共同溝進(jìn)行遷改，只能在通道施工期實(shí)施原位保護(hù);

1.5 三條通道的基坑圍護(hù)體系未封閉

由于共同溝橫穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致共同溝斷面范圍內(nèi)的鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能連續(xù)施作，間隔的長(zhǎng)度為3.3m。3.3m 長(zhǎng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如果無(wú)法封閉，基坑施工是無(wú)法實(shí)施的;

1.6 施工影響到承壓水層

三條通道采用明挖法施工，均要穿越上海最大的共同溝，通道頂板距共同溝底板最小凈距僅0.5m;基坑開(kāi)挖面積較大，距基坑坑底僅2.7m 處就有承壓水層;

1.7 施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面小

現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地較小，機(jī)械設(shè)備不容易移位;

1.8 施工工期緊

因此，應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助輔助決策、設(shè)計(jì)、施工，控制進(jìn)度和成本成為各方共識(shí)。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用

為了能夠兼顧效率和流程，在世博B 片區(qū)央企總部基地，將BIM 的服務(wù)對(duì)象定義為既滿(mǎn)足BIM 應(yīng)用的總體要求，同時(shí)又能輔助業(yè)主的項(xiàng)目管理工作。為了實(shí)現(xiàn)這一BIM 應(yīng)用目標(biāo)，世博B片區(qū)項(xiàng)目在BIM 實(shí)施過(guò)程中采用了矩陣式的實(shí)施/管理體系，如圖2 所示。在這樣的矩陣式BIM 實(shí)施/管理體系中領(lǐng)導(dǎo)也對(duì)各方的職責(zé)作了明確規(guī)定。

圖2 矩陣式的實(shí)施/管理體系

圖3 設(shè)計(jì)單位通道BIM 模型

在2013 年8 月份首次應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)2#通道施工方案進(jìn)行模擬(圖4)了之后，業(yè)主方組織設(shè)計(jì)、施工單位，并邀請(qǐng)專(zhuān)家參與評(píng)審，對(duì)之前的施工方案進(jìn)行了如下調(diào)整:1)根據(jù)施工模擬后各方提出的建議，設(shè)計(jì)單位目前已將第二道鋼支撐南側(cè)的位置進(jìn)行了調(diào)整，這樣在后期結(jié)構(gòu)施工時(shí)大約可節(jié)約半個(gè)月的時(shí)間;2)另一方面，出于對(duì)共同溝底部MJS斜樁施工完成后基坑安全性的考慮，經(jīng)專(zhuān)家評(píng)審后MJS 斜樁改為直樁，但考慮到仍有風(fēng)險(xiǎn)，原有的封鋼板仍保留，因此次方案調(diào)整對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度基本無(wú)影響;3)受到土質(zhì)情況的影響，基坑邊緣處污水管清障方案由原有的大開(kāi)挖調(diào)整為施打鋼板樁方案，此處調(diào)整已影響現(xiàn)場(chǎng)的工期。

圖4 2#通道Delmia 施工模擬視頻截圖

2013 年12 月1 日，BIM 工程師和施工單位重新對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行了模擬，由于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度已出現(xiàn)拖延，本次模擬已考慮加快挖土和換撐的速度，同時(shí)考慮縮短底板的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。截至2013 年12 月17 日，2#通道已完成第四道支撐施工，雖然由于管線(xiàn)清障等因素的影響，施工單位在前期樁基和懸吊施工時(shí)比原進(jìn)度計(jì)劃(2013 年8 月版)出現(xiàn)了拖延，但是通過(guò)增加作業(yè)班組，加快挖土速度，縮短了延誤的工期，與重新模擬得到的新的進(jìn)度計(jì)劃保持高度的一致，同時(shí)如采用技術(shù)手段縮短底板養(yǎng)護(hù)時(shí)間，再加之第二道換支撐范圍已縮小，無(wú)疑為順利通車(chē)提供了有利的支持。

對(duì)違建處理不能過(guò)于強(qiáng)硬，應(yīng)給予建造人一定的時(shí)間補(bǔ)辦審批手續(xù)。針對(duì)于擴(kuò)建違章等情況，需要責(zé)令建造人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)拆除。隨著我國(guó)法律制度的不斷完善，超土地建設(shè)情況的發(fā)生率顯著降低。

通過(guò)第二次施工進(jìn)度模擬，驗(yàn)證了2#通道可以于2014 年4 月底完成道路恢復(fù)，但仍對(duì)以下風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)警:1)天氣因素的影響。由于施工時(shí)已進(jìn)入冬季，會(huì)面臨較多的雨雪天，同時(shí)氣溫也會(huì)降低，或多或少的會(huì)影響后期的施工進(jìn)度;2)管線(xiàn)恢復(fù)由專(zhuān)業(yè)單位進(jìn)行，進(jìn)度控制存在一定的困難。

針對(duì)天氣因素影響，BIM 工程師建議提前進(jìn)行人員調(diào)配，在晴好天氣時(shí)適當(dāng)增加作業(yè)人員，確保12 月30 日完成底板施工和春節(jié)前完成地下二層中板回筑施工，針對(duì)管線(xiàn)恢復(fù)事宜，業(yè)主提前組織有關(guān)專(zhuān)業(yè)單位進(jìn)場(chǎng)，加強(qiáng)協(xié)調(diào)力度，確保管線(xiàn)恢復(fù)的工期。

3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值分析

從國(guó)內(nèi)外BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用情況看，BIM 可以在項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)階段發(fā)揮價(jià)值。另外4D 仿真以其直觀可視化特性揭露施工過(guò)程中施工空間、設(shè)施、資源之間可能存在的沖突和不足，以利施工計(jì)劃的改進(jìn)，可顯著提高計(jì)劃的可實(shí)施性。對(duì)工程重難點(diǎn)部位，依托模型進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)施工，即通過(guò)預(yù)拼裝、預(yù)施工可以提前發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題或質(zhì)量安全隱患，在施工方案階段就得以?xún)?yōu)化。

在世博B 片區(qū)通道項(xiàng)目中，BIM 的應(yīng)用價(jià)值主要在設(shè)計(jì)和施工兩階段得到了充分體現(xiàn)。

3.1 BIM 在通道項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用價(jià)值

3.1.1 通過(guò)BIM 實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)，規(guī)避設(shè)計(jì)盲點(diǎn)

在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)用BIM 模型推敲設(shè)計(jì)方案的合理性，控制連通道與共同溝之間的空間定位(圖5)。設(shè)計(jì)過(guò)程隨時(shí)可以調(diào)出相應(yīng)的三維截圖，向業(yè)主與專(zhuān)家匯報(bào)方案，論證可行性，保證溝通過(guò)程中信息的順暢表達(dá)，同時(shí)也能避免不同設(shè)計(jì)主體設(shè)計(jì)交互中的信息傳達(dá)錯(cuò)誤。

圖6 校核標(biāo)高

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與BIM 設(shè)計(jì)相互交流的過(guò)程中，可以通過(guò)BIM 設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)的校核發(fā)現(xiàn)諸如結(jié)構(gòu)標(biāo)高尺寸不一致、實(shí)際圍護(hù)樁數(shù)量與設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑墓こ塘坎环系葐?wèn)題，及時(shí)糾正，減少設(shè)計(jì)圖紙的變更次數(shù)，提高出圖質(zhì)量(如圖6-7)。

圖7 施工圖精度的三通道與共同溝

圖8 共同溝與地道橫剖面關(guān)系圖

3.1.3 體現(xiàn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

通過(guò)BIM 模型清楚反映了在2 號(hào)通道的共同溝處未封閉空間的大小以及斜打樁的最小長(zhǎng)度以及平面位置;同時(shí)，通過(guò)BIM 在設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用輔助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出合理的“增加豎向鋼圍檁+鋼橫列板”的方案，來(lái)確?；娱_(kāi)挖的安全性。

在類(lèi)似穿越共同溝地下通道施工項(xiàng)目這種復(fù)雜工程設(shè)計(jì)方案的形成過(guò)程中，通常二維圖紙和效果圖不能完全展示項(xiàng)目形態(tài)，只能依靠BIM 模型來(lái)展示(圖8)。通過(guò)BIM 模型可以預(yù)警如果施工保障措施不到位將會(huì)出現(xiàn)的變形過(guò)大，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)和共同溝開(kāi)裂等嚴(yán)重后果。對(duì)BIM 暴露出來(lái)的工程問(wèn)題，專(zhuān)家與相關(guān)單位反復(fù)溝通和驗(yàn)證，重新設(shè)計(jì)新的圍護(hù)方案，降低了工程的風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)了工程的順利實(shí)施。

3.1.4 高精度BIM 模型，貫通設(shè)計(jì)施工

設(shè)計(jì)方將完全達(dá)到施工深度的BIM 模型交付予施工單位，順利實(shí)現(xiàn)工程BIM 信息的有效傳遞與過(guò)度。通過(guò)后期相互配合與方案討論，施工方在原有靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，預(yù)演了整個(gè)工程的施工動(dòng)態(tài)模擬并合理安排好實(shí)施工期，保證施工進(jìn)度可控。

3.2 BIM 技術(shù)在通道項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用價(jià)值

3.2.1 BIM 虛擬建造便于對(duì)復(fù)雜工序的理解

懸吊下共同溝下土體開(kāi)挖，共同溝下圍護(hù)結(jié)構(gòu)是邊開(kāi)挖邊封閉鋼板的，一次開(kāi)挖通常不能暴露過(guò)多，并且共同溝下縱橫向支撐挖土也比較困難，通過(guò)BIM 演示在挖機(jī)高度及開(kāi)挖范圍內(nèi)確定共同溝下每一次開(kāi)挖的深度及收土順序，加快開(kāi)挖速度并保證開(kāi)挖安全。

3.2.2 BIM 對(duì)進(jìn)度計(jì)劃的有效管控

博成路三條地下連通道工程在圍護(hù)施工階段，涉及到了鉆孔灌注樁、三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、MJS 工法樁，機(jī)械設(shè)備比較多，而現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地又非常小，工期非常緊。通過(guò)BIM 將三個(gè)通道及施工現(xiàn)場(chǎng)3D 模型與施工進(jìn)度相鏈接，并與施工資源和場(chǎng)地布置信息集成一體，建立4D 施工信息模型。實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目施工階段工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場(chǎng)地布置的動(dòng)態(tài)集成管理及施工過(guò)程的可視化模擬。

經(jīng)過(guò)反復(fù)分析和斟酌，采用了三款軟件Naviswork(圖9)、Synchro(圖10)、Delmia(圖4)，分別對(duì)穿越博城路的地下2 號(hào)通道進(jìn)行了4D 施工模擬，輸出3 個(gè)視頻文件并提出工期預(yù)警。

圖9 2#通道Navisworks 施工模擬視頻截圖

圖10 2#通道Synchro 施工模擬視頻截圖

4 結(jié)語(yǔ)

后世博地下空間開(kāi)發(fā)工程應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助決策、設(shè)計(jì)、施工是成功的，在確保世博園區(qū)綠色施工，共同溝運(yùn)營(yíng)條件下，成功對(duì)共同溝圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封閉，保證了基坑開(kāi)挖的安全及共同溝的穩(wěn)定。目前地下空間開(kāi)發(fā)正以蓬勃之勢(shì)發(fā)展，BIM 技術(shù)非常有價(jià)值。本文針對(duì)此問(wèn)題提供了一種新思路及方法，并在下穿共同溝通道中得到很好的應(yīng)用BIM，具有較大的推廣潛力。

在穿博成路共同溝三條地下通道項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)表明:結(jié)合上海市科委《后世博大型建筑群體數(shù)字化協(xié)同管理關(guān)鍵技術(shù)研究》課題研究，通過(guò)BIM 技術(shù)虛擬建造，做到了:一是在技術(shù)上解決了大斷面共同溝下施工明挖地下通道難點(diǎn);二是安全上保證了運(yùn)營(yíng)中共同溝及基坑的安全;三是工期上節(jié)約了40 天，在2013年春節(jié)前完成3 個(gè)通道主體結(jié)構(gòu)施工，保證了博成路在亞信峰會(huì)前通車(chē)要求;四是利用BIM 技術(shù)優(yōu)化工藝，相對(duì)比與頂管法節(jié)約了1 100 萬(wàn)。因此，該項(xiàng)目BIM 技術(shù)的應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)科研和生產(chǎn)結(jié)合的一個(gè)成功典范，也是BIM 技術(shù)應(yīng)用的成功案例。

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