賴嘉華

摘要 BIM技術(shù)優(yōu)化了盾構(gòu)隧道裝配式施工技術(shù)，主要是對(duì)盾構(gòu)管片的參數(shù)化建模及盾構(gòu)隧道的可視化交底、進(jìn)度管理和材料管控，及時(shí)糾偏，調(diào)整施工方案和進(jìn)度計(jì)劃。以G省S市某盾構(gòu)隧道工程為例，探討B(tài)IM技術(shù)在盾構(gòu)隧道裝配式施工中的應(yīng)用，BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，與盾構(gòu)隧道裝配式技術(shù)的結(jié)合發(fā)展為裝配式工程施工指明了新的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù);盾構(gòu)隧道;裝配式技術(shù)

中圖分類號(hào) U452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0056-03

0 引言

裝配式施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工程建設(shè)中，但仍存在一些缺陷。而BIM技術(shù)因其可視化、可模擬與信息可傳遞的特性，能夠彌補(bǔ)裝配式施工技術(shù)的缺陷，保證裝配式工程的設(shè)計(jì)合理性與施工質(zhì)量。盾構(gòu)隧道裝配式施工環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)多，將BIM技術(shù)與盾構(gòu)隧道裝配式施工相結(jié)合，可以突破技術(shù)壁壘，完善施工圖設(shè)計(jì)，有效監(jiān)控施工過程，確保施工安全，提高施工質(zhì)量，縮短施工周期，減少工程消耗，對(duì)隧道施工技術(shù)乃至整個(gè)工程行業(yè)發(fā)展具有極大促進(jìn)作用。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國應(yīng)用BIM技術(shù)在盾構(gòu)隧道施工中構(gòu)建完善的全壽命循環(huán)管理體系的經(jīng)驗(yàn)較少，在盾構(gòu)隧道的施工中不能發(fā)揮出BIM技術(shù)的最大作用。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)BIM技術(shù)在隧道施工過程中的應(yīng)用研究。

戴林發(fā)寶[1]對(duì)裝配式施工隧道進(jìn)行了深入剖析，總結(jié)出了BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式隧道安裝的優(yōu)選措施;徐博[2]等對(duì)BIM技術(shù)和裝配式隧道的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，指出BIM技術(shù)在裝配式隧道施工應(yīng)用中存在的問題，提出了針對(duì)性的解決辦法;翟世鴻等[3]對(duì)裝配式隧道施工圖存在的問題進(jìn)行分析，指出BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)中可解決施工圖常規(guī)設(shè)計(jì)中存在的多數(shù)問題;鐘宇等[4]利用盾構(gòu)隧道的IFC擴(kuò)展方法實(shí)現(xiàn)了基于IFC的盾構(gòu)隧道信息模型的數(shù)據(jù)表達(dá);喻鋼等[5]運(yùn)用BIM技術(shù)建立了基于BIM技術(shù)的三維可視化隧道施工管理與后期運(yùn)維體系。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

國外專家研究在對(duì)隧道軟土地基施工所造成的地面沉降進(jìn)行研究時(shí)，StvliAnos ProviDakis等提出了使用3D技術(shù)構(gòu)建BIM模型和使用Matlab軟件三維建模來分析和估計(jì)隧道施工造成的底層沉降損傷敏感性，從根本上解決了地面沉降問題;在隧道施工建立多尺度模型的潛在擴(kuò)展問題研究中，A.Borrmann等采用了不同建模定義和實(shí)體間的相互影響關(guān)系對(duì)BIM的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展分析，提供了更適合于盾構(gòu)的信息模式，形成完備的裝配式隧道BIM技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)。

2 BIM技術(shù)在裝配式隧道的應(yīng)用

2.1 建模流程

在盾構(gòu)隧道工程中，通過對(duì)隧道的盾構(gòu)管片進(jìn)行建模來驗(yàn)證管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道施工可行性的評(píng)估。如圖1所示，為盾構(gòu)隧道建模流程。

（1）準(zhǔn)備資料、創(chuàng)建平面曲線和空間曲線等，進(jìn)行管片族和Excel表格的制作。

（2）利用盾構(gòu)隧道Civil 3D技術(shù)進(jìn)行線路規(guī)劃的設(shè)計(jì)和Dynamo模型的創(chuàng)建。

（3）對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼處理，更加直觀地反映隧道盾構(gòu)管片。

2.2 可視化模擬交底

傳統(tǒng)技術(shù)交底是利用二維圖表或者文本對(duì)模擬交底加以描述，通常是比較抽象的。而可視化模擬交底是利用BIM技術(shù)構(gòu)建信息模塊來進(jìn)行工程設(shè)計(jì)輔助交底，較復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)信息能夠直接顯現(xiàn)出來;盾構(gòu)隧道裝配式結(jié)構(gòu)施工的全部信息通過BIM模型關(guān)聯(lián)起來，BIM模型與施工平面圖結(jié)合，模擬各施工工序流程、重難點(diǎn)技術(shù)施工交底以及安全注意事項(xiàng)等，并精確傳遞到工程的各部分施工;盾構(gòu)隧道裝配式結(jié)構(gòu)施工流程及工藝過程等利用BIM進(jìn)行三維仿真，可以直觀地反映施工過程，施工技術(shù)交底也不再只流于紙面形式，施工過程得到有效監(jiān)控，施工技術(shù)人員容易理解施工要求，對(duì)提高施工質(zhì)量、防止施工事故發(fā)生等具有重要的實(shí)際意義。如圖2所示，為可視化模擬交底圖。

2.3 進(jìn)度管理

BIM技術(shù)可以將現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成4D BIM模型，實(shí)現(xiàn)裝配式隧道施工全過程管理，更加準(zhǔn)確、及時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，達(dá)到精確管控現(xiàn)場(chǎng)情況目的。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以提高隧道盾構(gòu)管片的施工安裝進(jìn)度，施工效率大大提升，從而保障了盾構(gòu)隧道施工進(jìn)度。用Revit隧道模型的數(shù)據(jù)集成能力建立3D模型，當(dāng)前實(shí)際進(jìn)度與施工進(jìn)度計(jì)劃同時(shí)顯示，盾構(gòu)隧道裝配式施工現(xiàn)狀得到精確反映。用不同顏色來對(duì)施工狀態(tài)和施工環(huán)節(jié)進(jìn)行區(qū)分，直觀地反映出施工的現(xiàn)場(chǎng)情況，使其形成動(dòng)態(tài)的施工進(jìn)度模型，為制定盾構(gòu)隧道裝配式其他施工管理方案提供依據(jù)。施工進(jìn)度管理人員依據(jù)Revit隧道模型制定出相應(yīng)的管理方案及進(jìn)度控制計(jì)劃，有效控制了人員及管理成本，保證了盾構(gòu)隧道的施工效率和施工進(jìn)度。

2.4 其他施工管理應(yīng)用

BIM施工協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理，發(fā)揮出施工管理的最大作用。該平臺(tái)將工程質(zhì)量認(rèn)證檢測(cè)信息和施工模型進(jìn)行統(tǒng)一分析，將檢修與保養(yǎng)記錄、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量信息等相關(guān)信息用App軟件及時(shí)地反映給施工管理人員，便于利用這些信息制定有效的施工質(zhì)量管理方案，保證施工質(zhì)量。相應(yīng)的施工信息可以進(jìn)行搜索和傳遞，信息傳遞的及時(shí)性可以方便施工管理人員更好地管理施工現(xiàn)場(chǎng)。

3 工程應(yīng)用案例

3.1 工程概況

以G省S市某盾構(gòu)隧道工程為例。該工程全長(zhǎng)約5.08 km，其中隧道長(zhǎng)約4.82 km，盾構(gòu)段長(zhǎng)約3.58 km。該隧道采用單洞雙層的結(jié)構(gòu)形式，且設(shè)計(jì)速度為60 km/h，該項(xiàng)目的施工時(shí)間為四年，且盾構(gòu)隧道工程是S市 “東進(jìn)戰(zhàn)略”的重大交通項(xiàng)目，對(duì)于國家發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用。

該工程施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，需要的施工材料、施工人員和施工設(shè)備較多，對(duì)施工的質(zhì)量影響較大。因此，使用BIM技術(shù)開展工程施工管理至關(guān)重要。

3.2 盾構(gòu)模型創(chuàng)建

用Autodesk Revit軟件按照盾構(gòu)流程進(jìn)行WBS工作分解，構(gòu)建管片三維模型。盾構(gòu)法施工開挖斷面為圓形斷面，管片采用7+2+1分塊形式，用襯砌環(huán)，錯(cuò)縫拼裝的施工方式，而斷面結(jié)構(gòu)采用管片+口子件的形式。其中，管片外徑15.2 m，管片內(nèi)徑13.9 m，管片環(huán)寬2 m，管片塊與塊、環(huán)與環(huán)之間采用螺栓連接。

根據(jù)項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)圖快速建立BIM模型。其中，建模按照工程項(xiàng)目進(jìn)行劃分，劃分為明挖段模型和盾構(gòu)隧道模型。建模完成后可以獲得整個(gè)項(xiàng)目的施工圖工程量，把預(yù)算模型掛接BIM施工協(xié)同管理平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)部共享，項(xiàng)目參建人員可以用后臺(tái)控制系統(tǒng)對(duì)所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。BIM數(shù)據(jù)與施工圖紙高度對(duì)應(yīng)，模型輸出的工程量清單和材料清單可直接應(yīng)用于材料計(jì)劃，結(jié)合項(xiàng)目BIM模型，進(jìn)行工程管理、驗(yàn)收及計(jì)量支付。

使用Revit地形命令進(jìn)行場(chǎng)地繪制，用放置點(diǎn)的方式確定地表各點(diǎn)的高程坐標(biāo)，生成地表模型。通過分割命令將地表各個(gè)區(qū)域分割形成單獨(dú)的表面，賦予相應(yīng)材質(zhì)，能夠模擬地面的真實(shí)情況。下部土層可以采用內(nèi)建場(chǎng)地模型的方式，借助勘探圖土層邊界線、拉伸命令繪制各個(gè)土層，分別賦予相應(yīng)材質(zhì)、顏色，生成整體土層模型。針對(duì)該項(xiàng)工程實(shí)例，結(jié)合BIM建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和參照工程所提供的具體數(shù)據(jù)，構(gòu)建盾構(gòu)區(qū)間上部建筑物及地層BIM模型。

3.3 三維模擬

利用BIM技術(shù)開展了項(xiàng)目施工場(chǎng)地模擬和交通組織模擬等。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，針對(duì)不同施工階段建立不同的施工模型，構(gòu)建每一個(gè)施工環(huán)節(jié)模型，保證每一個(gè)施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。BIM技術(shù)將施工現(xiàn)狀和施工設(shè)計(jì)方案相結(jié)合，更好地反映出施工實(shí)際情況，有利于對(duì)施工進(jìn)行管理和控制。建立不同區(qū)域的BIM場(chǎng)地模型，根據(jù)盾構(gòu)隧道工程的實(shí)際施工情況確定臨建位置、塔吊布置、重型起重機(jī)械等設(shè)備，并對(duì)行走路線及空間運(yùn)行合理性進(jìn)行分析，布置加工場(chǎng)地及鋼筋、模板等堆場(chǎng)位置。由于該工程的施工預(yù)制構(gòu)件較多，現(xiàn)場(chǎng)須留出部分空地放置預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)用BIM技術(shù)信息化、可視化的特點(diǎn)，對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)堆放模擬，避免二次搬運(yùn)。

該盾構(gòu)隧道工程中，需要對(duì)東面和西面兩部分進(jìn)行明挖，建立相應(yīng)的隧道，盾構(gòu)隧道必須從西面進(jìn)行構(gòu)建。施工時(shí)占用了主干道，開展了交通組織模擬。BIM模型作為基礎(chǔ)，遵循“借一還一”的原則，進(jìn)行實(shí)際交通的模擬和仿真。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況和交通情況等，運(yùn)用BIM技術(shù)模擬交通疏導(dǎo)的實(shí)際效果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況和交通流量等，局部調(diào)整交通疏導(dǎo)方案，保證交通和施工同步進(jìn)行，減少施工對(duì)交通的影響。利用BIM模型保證了施工質(zhì)量，減少了因施工而帶來的交通問題，加快了施工進(jìn)度。比如，東側(cè)明挖段交通疏解節(jié)約了4個(gè)月工期。

3.4 進(jìn)度管理

在進(jìn)度計(jì)劃軟件中完成該盾構(gòu)隧道工程項(xiàng)目初步進(jìn)度計(jì)劃編制，將初步計(jì)劃導(dǎo)入到BIM施工協(xié)同管理平臺(tái)后，通過與BIM模型關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行模擬，如圖3所示。

根據(jù)檢查交叉作業(yè)頻繁、工期緊迫的特殊時(shí)間段的進(jìn)度情況，分析出總進(jìn)度情況及穿插作業(yè)的滯后對(duì)工作面交接的影響，優(yōu)化了進(jìn)度計(jì)劃。進(jìn)度計(jì)劃審批通過后，現(xiàn)場(chǎng)必須掃描構(gòu)件二維碼錄入實(shí)際進(jìn)度信息，自動(dòng)關(guān)聯(lián)BIM模型顯示實(shí)時(shí)進(jìn)度，對(duì)構(gòu)件的編碼處理。對(duì)比分析形象進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度，若進(jìn)度偏離，關(guān)聯(lián)的構(gòu)件自動(dòng)進(jìn)度預(yù)警，進(jìn)行進(jìn)度偏差可視化，輔助建設(shè)單位、監(jiān)理單位協(xié)同施工單位開展進(jìn)度協(xié)調(diào)糾偏。BIM技術(shù)模擬施工進(jìn)度，邊箱涵、立柱現(xiàn)澆與盾構(gòu)掘進(jìn)同步、預(yù)制車道板拼裝與盾構(gòu)掘進(jìn)同步、隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工等能夠大幅降低隧道貫通后的工期壓力，可糾偏工期2個(gè)月。

3.5 材料消耗管理

BIM技術(shù)還可以對(duì)材料消耗進(jìn)行管理控制，減少材料消耗，降低因材料產(chǎn)生的施工成本。BIM模型對(duì)構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，計(jì)算出構(gòu)件的需求量，預(yù)估出材料的使用費(fèi)用。該技術(shù)能夠?qū)⒉牧系南囊员砀竦男问竭M(jìn)行顯示，將材料消耗直觀地反映給管理人員，方便管理人員對(duì)材料進(jìn)行管理和對(duì)材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。材料消耗管理應(yīng)用BIM技術(shù)及時(shí)地評(píng)估因設(shè)計(jì)變更造成材料數(shù)量變化而引起的成本變動(dòng)，有利于工程成本控制。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)可使復(fù)雜的盾構(gòu)隧道施工管理由繁化簡(jiǎn)，讓信息傳遞更加方便快捷。BIM技術(shù)在盾構(gòu)隧道裝配式模型構(gòu)建、三維模擬、進(jìn)度管理及其他施工管理等一系列應(yīng)用，使質(zhì)量安全管理、進(jìn)度管理、施工技術(shù)管理等變得更加便捷。后續(xù)將結(jié)合盾構(gòu)隧道的技術(shù)發(fā)展與BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，持續(xù)發(fā)掘新的應(yīng)用點(diǎn)，并將已有裝配式施工應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)一步推廣到更多的盾構(gòu)隧道項(xiàng)目施工管理過程中。

參考文獻(xiàn)

[1]戴林發(fā)寶. 隧道工程BIM應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問題綜述[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2015（10）： 99-102+113.

[2]徐博. 基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計(jì)方法研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2018（4）： 35-40.

[3]翟世鴻， 姬付全， 王瀟瀟， 等. 鐵路礦山法隧道BIM建模標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2016（1）： 107-110.

[4]鐘宇， 周少東， 陳健， 等. 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2017（S2）： 613-622 .

[5]喻鋼， 胡珉， 高新聞， 等. 基于BIM的盾構(gòu)隧道施工管理的三維可視化輔助系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2016（1）： 1-5+16.