邱俊男(上海黃浦江越江設施投資建設發(fā)展有限公司， 上海 200093）

近年來，在城市快速路建設過程中，泥水盾構以其無須特殊土體改良、地質適應性強、開挖面穩(wěn)定性高等優(yōu)點成為國內越江隧道建設的主要施工技術。其中，泥漿處理是此類工程技術的重點。某市政越江隧道工程采用了泥漿干化系統(tǒng)來解決這一問題，即將泥漿干化處理成渣土然后再運輸。故如何在有限的空間內合理安排復雜的泥漿處理系統(tǒng)成為該項目建設的一大難點[1]。

本文依托建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）技術，即建筑模型信息化，根據泥漿干化系統(tǒng)原理，結合某市政越江隧道盾構場地實際情況，進行泥漿干化系統(tǒng)施工場地布置優(yōu)化設計[2-3]。

1 盾構泥漿干化處理系統(tǒng)基本原理

目前我國廢棄漿液處理的方式主要有以下 3 種：壓濾處理、離心處理和固化處理[4]。結合工程周邊環(huán)境以及地質土體情況，本工程選取泥水分離系統(tǒng)及壓濾系統(tǒng)相結合的形式。

盾構機開挖過程中產生的渣土被泥水攜帶，通過泥水循環(huán)的方式泵送到地面泥水處理設備。泥漿進入緩沖箱后流到黏土塊分離機，大塊黏土通過分離機直接進入渣土坑，剩余泥漿進入一級旋流系統(tǒng)。一級旋流系統(tǒng)通過水力旋流、振動篩將 54 μm 以上粒徑顆粒進行分離，分離后的渣土顆粒直接進入渣土坑，剩余泥漿進入二級旋流系統(tǒng)。二級旋流系統(tǒng)通過水力旋流、振動篩將 20 μm 以上粒徑顆粒進行分離，分離后的渣土顆粒直接進入渣土坑，剩余泥漿進入調漿系統(tǒng)。

調漿系統(tǒng)通過加速沉淀，上層優(yōu)質泥漿溢流進入調整池供盾構機掘進使用，底層大比重泥漿泵送至壓濾設備進行終端壓濾干化，干化后的渣土直接棄至渣土坑。所有進入渣土坑的廢渣含水率應＜30%。

2 場部 BIM 正向設計

2.1 施工場地布置正向設計流程

利用 BIM 技術開展場布正向設計，可以通過 BIM 技術的三維可視化、施工模擬、碰撞分析、管線優(yōu)化信息傳遞及場地漫游等功能，對平面布置中潛在的不合理布局進行分析，對安全隱患進行排查，優(yōu)化平面布置方案。利用BIM技術開展場布設計的流程如圖 1 所示。

圖 1 BIM 技術開展場布設計流程圖

2.2 場布設計關鍵技術

2.2.1 場地設施設備參數化布置

（1）根據計算進行設備選型。該越江隧道項目盾構機排泥流量為 2 000 m3/h、推進速度為 5 cm/min，地質資料顯示 20 mm 以下顆粒含量約占 50%。選用 KMZ-2000×2型泥水處理系統(tǒng)，2 套 MTP-2000 型泥水分離設備、2 套ZTJ-160 型制調漿系統(tǒng)以及 6 套廢漿干化設備。

（2）參數設定。根據工藝及各設備之間的邏輯關系，初步確定相互位置關系并設置參數，通過這些參數，建立各設備空間位置的邏輯關系，后期場地中各類設施的位置都需要基于這些參數進行驅動，需考慮的參數主要見表 1，泥漿感化系統(tǒng)設備之間初步位置布置如圖 2 所示。

表 1 場布參數化設計參數表

圖 2 泥漿感化系統(tǒng)設備之間初步位置布置圖

（3）創(chuàng)建設備參數化族庫。根據設備選型，建立設備全尺寸的族庫模型，對于輪廓相同、但型號不同尺寸也隨之變化的設備，在建立族庫模型時需設定自定義參數以便利用其進行數據關聯(lián)及驅動。

（4）編制程序。利用 BIM 搭建等比例設施設備模型及設置其機械操作范圍。基于實際施工工況，注意不同的設備尺寸及其配套設施的相互關系及要求，如不同直徑的盾構機需配套不同數量的泥漿池，各類設備之間需滿足人工操作及檢修的合理空間，設備之間的距離要求等，利用 dynamo參數化工具開展場地參數化布置，可以快速確定機械設備及配套設施的數量及所需場地范圍。通過綜合考慮材料運輸、施工作業(yè)區(qū)段劃分等因素來進行設備選型與定位，顯示出三維空間布置比二維平面布置更加直觀、便捷的優(yōu)勢。圖 3 為場布參數化設計場布模型。

本文借助問卷星網上問卷平臺設計問卷，以隨機抽樣的形式網上發(fā)放問卷，對大學生選擇校園貸的基本情況做簡單調查分析．共計發(fā)放調查問卷533份，回收有效問卷520份，有效回收率達97.56%．

圖 3 場布參數化設計場布模型

2.2.2 管路碰撞檢查及優(yōu)化設計

碰撞檢測是 BIM 技術應用初期最易實現、最直觀、最易產生價值的功能之一，作為技術管理的延伸，在管理中占有舉足輕重的地位。建立 BIM 模型之后，通過運行碰撞檢查，不僅可以解決錯綜復雜的管道之間的碰撞問題，還能通過檢查與不同專業(yè)模型之間的碰撞，提前預留孔洞和空間，對管道進行有序排列，使各個專業(yè)之間的施工工序更趨于合理，專業(yè)管線的整體布局更趨優(yōu)化[1]。

2.2.3 模型信息傳遞及維護

信息的傳遞與維護一直是傳統(tǒng)施工流程中的一大難點。通過 BIM 單一模型的概念，將所有的正確信息回饋修正到模型，既能確認信息實時性，還可以改善碰撞在傳統(tǒng)信息整合與傳遞中產生的信息的混淆問題，利用大數據使相關信息能達到完整的保留、整合與控管。

通過現場安排人員對 BIM 模型進行數據采集與維護，將現場施工信息與 BIM 的相互綁定，并通過專業(yè)平臺與 BIM模型相互關聯(lián)，利用互聯(lián)網了解現場實時工況，確保施工信息傳遞的及時和有效[5]。

3 工程應用

3.1 建立 BIM 族庫

泥漿干化系統(tǒng)由多個功能區(qū)域組成，考慮不同項目的不同功能需求及項目場地的限制，對不同功能區(qū)域的尺寸及布置會有不同的需求。利用 BIM 建模軟件強大的參數化功能，可以實現不同功能需求及不同環(huán)境條件下，各功能區(qū)域模型的快速調整，快速建模。圖 4 為相關設備模型族庫。

圖 4 相關設備模型族庫

通過對某城市越江隧道工程泥漿干化系統(tǒng)的工作原理和分區(qū)情況進行研究，可以梳理出該系統(tǒng)的所有組成區(qū)域清單及每個區(qū)域對應的參數化要求。利 BIM 軟件參數化建模功能，建立一套通用的泥漿干化系統(tǒng)參數化族庫。以此為基礎搭建完成本項目的泥漿干化系統(tǒng)模型，同時為后續(xù)同類工程中的泥漿干化系統(tǒng)模擬提供 BIM 族庫儲備，降低建模的難度、提高建模的效率。主要工作包括：①泥漿干化系統(tǒng)工作原理和分區(qū)情況研究；②各功能區(qū)域族庫清單的梳理及建模標準的制定；③建立標準 BIM 族庫。

3.2 場布設計與優(yōu)化

結合上述已建立的 BIM 族庫，通過采用 dynamo 參數化工具，并結合本工程施工場地環(huán)境條件，可快速建立泥漿干化系統(tǒng)的場布模型。一方面可以直觀分析場地布置是否合理，并統(tǒng)計出各功能區(qū)域之間所需的連接管路長度及接頭數量；另一方面結合 BIM 族庫中內置的參數，快速調整并計算出當前方案下泥漿干化系統(tǒng)支持的泥漿處理量，使其滿足本項目盾構機施工的要求。主要工作包括：①施工場地模型建立；②泥漿干化系統(tǒng)場布方案模型建立；③結合盾構機施工要求及場地環(huán)境條件優(yōu)化場布方案模型。圖 5 為泥水處理系統(tǒng)布局，圖 6 為細部節(jié)點布置。

圖 5 泥水處理系統(tǒng)布局

圖 6 細部節(jié)點布置圖

模型建立完成后再與現場 CAD 圖紙的比對過程中，發(fā)現調節(jié)池南側有一根 110 kVA 電纜無法搬遷，且現場場地狹小。因此再回到 BIM 模型中進行設備布局深化設計，最終將南側兩個調節(jié)池放入泥水干化系統(tǒng)箱變的下層，使結構更加緊湊，且布局更合理。如圖 7 所示。

圖 7 優(yōu)化后 BIM 模型

3.3 設備、管路碰撞與優(yōu)化

在完成設備模型并充分了解各設備的運行機制以及原理后，進行設備間的管路布設。利用 BIM 的三維技術在施工前期進行碰撞檢查，優(yōu)化空間設計，減少在施工階段可能存在的錯誤損失和降低返工的可能性。同時，優(yōu)化管線排布方案并進行相關設備管線的初步統(tǒng)計。最后，施工人員還可以利用碰撞優(yōu)化后的三維管線模型，進行施工交底、施工模擬，提高施工質量。

3.4 運維管理系統(tǒng)搭建

3.4.1 維護保養(yǎng)臺賬無紙化管理功能

對泥漿干化系統(tǒng)維護保養(yǎng)涉及的相關臺賬進行整理，并討論明確本系統(tǒng)所需臺賬無紙化的范圍及最終所需查看的數據統(tǒng)計報表。利用系統(tǒng)實現相關臺賬信息的統(tǒng)一管理及相關統(tǒng)計報表的實時查看，使管理層實時掌握泥漿干化系統(tǒng)的運行狀況。

3.4.2 故障跟蹤管理功能

在系統(tǒng)上建立故障上報、維修處理、驗收關閉的故障跟蹤處理流程，實現巡視人員發(fā)現故障能及時上報，維保人員能及時收到報修信息，處理結果能及時反饋，管理層能及時掌握故障處理的情況的目標。同時可以對泥漿干化系統(tǒng)的故障率、供應商的故障處理效率等信息進行統(tǒng)計分析。

3.4.3 主要工作內容

（1）相關臺賬、統(tǒng)計報表收集與整理。

（2）數據庫設計。

（3）臺賬無紙化管理功能設計與開發(fā)。

（4）故障跟蹤管理功能設計與開發(fā)。

（5）其他功能設計與開發(fā)。

（6）系統(tǒng)操作培訓及后期服務。

4 結 語

建筑實體數字化和智能化轉型是當下工程施工的一大重點，在信息化已成為行業(yè)趨勢的今天，信息共享、人機交互、減負增效已普遍得到各工程行業(yè)人員的認可。

該市政越江隧道工程通過 BIM 平臺開展泥漿干化系統(tǒng)的正向設計，不僅解決了工程中存在的實際問題，而且顯著提高了其工程實體的信息化模式，具有模型可視化高、數據自查性強、族庫模型復用性好的優(yōu)點。同時借助此泥漿干化BIM 系統(tǒng)對盾構機施工所產生的泥漿進行精準控制及管理，有效縮短了盾構機掘進的時間，為城市環(huán)境的優(yōu)化和保護做出了貢獻[2]。