許 梁

（中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)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(gòu)法，盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用預(yù)制管片拼裝而成。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，BIM模型作為信息載體與容器，其內(nèi)嵌項目構(gòu)件的相關(guān)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(fā)環(huán)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]?！癇IM+Unity 3D”技術(shù)在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用，從傳統(tǒng)的電腦三維模型中讀取構(gòu)件屬性轉(zhuǎn)變到身臨其境的場景中，利用BIM建立的模型結(jié)合Unity 3D實現(xiàn)動態(tài)漫游查看各構(gòu)件屬性、安全教育、事故模擬、施工復(fù)雜節(jié)點查看、空間方案技術(shù)交底等沉浸式體驗。本文就“BIM+Unity 3D”技術(shù)在地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工中的應(yīng)用進行介紹。

1 設(shè)計技術(shù)路線

本研究提出一種新的技術(shù)實現(xiàn)思路：通過Revit建模工具實現(xiàn)盾構(gòu)管片精細化三維建模,采用Civil 3D構(gòu)建區(qū)間的三維地質(zhì)模型，基于Unity 3D實現(xiàn)聯(lián)動和漫游，同時將危險源的沉降監(jiān)測信息實現(xiàn)在線發(fā)布和數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2 BIM模型構(gòu)建

2.1 管片BIM模型構(gòu)建

以1.2m幅寬的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)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(guī)模型”功能，并在此基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)塊模型，將制作好的標(biāo)準(zhǔn)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(qū)間Civil 3D地質(zhì)建模

區(qū)間地層地質(zhì)建模采用Civil 3D和3Dmax相結(jié)合的方式進行，通過研究地質(zhì)剖面圖確定鉆孔數(shù)據(jù)，考慮到鉆孔數(shù)據(jù)的片面性，為更真實體現(xiàn)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(gòu)模技術(shù)，形成了構(gòu)建精細三維地質(zhì)模型的技術(shù)思路，見圖4。

圖4 地質(zhì)建模和編程技術(shù)思路

（1）地質(zhì)建模俯視效果：透過俯視效果圖可以看出不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地形結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 俯視效果

（2）地質(zhì)建模側(cè)面效果：通過BIM軟件的渲染與潤色功能，設(shè)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(cè)面效果

3 基于盾構(gòu)機實時數(shù)據(jù)驅(qū)動施工管理平臺的搭建

為保證盾構(gòu)隧道施工正常推進，保障周邊建筑物及環(huán)境的安全，通過移動端、傳感器等設(shè)備采集的多源信息整合分析，在Unity 3D開發(fā)環(huán)境中結(jié)合BIM模型實現(xiàn)信息的可視化表達。基于此提出風(fēng)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(gòu)隧道BIM安全風(fēng)險智能監(jiān)控系統(tǒng)，重點研究BIM技術(shù)在盾構(gòu)隧道施工管理及安全管理中的應(yīng)用，實現(xiàn)了隧道施工數(shù)據(jù)實時掌控，安全風(fēng)險事先辨別與預(yù)防，施工全過程監(jiān)控與預(yù)警。

（1）BIM+Unity 3D區(qū)間盾構(gòu)實時數(shù)據(jù)接入總體效果展示。Unity 3D平臺與盾構(gòu)機實時數(shù)據(jù)對接（時間、環(huán)數(shù)、里程、總推力、推進速度、土倉壓力等開放性數(shù)據(jù)），如圖7所示。隧道埋深根據(jù)公式定義計算，實時顯示。圖7的上下兩部分為塔談?wù)居揖€對應(yīng)的實時盾構(gòu)機的掘進情況，實時展示掘進環(huán)數(shù)和掘進里程，以及不同的進度對應(yīng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況。

圖7 Unity 3D平臺與盾構(gòu)機實時數(shù)據(jù)對接總體效果

（2）轉(zhuǎn)向和縱向變坡提示。根據(jù)圖紙中的具體位置將轉(zhuǎn)向點和縱向變坡標(biāo)注在三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖中，如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)向及變坡提示

（3）盾構(gòu)機數(shù)據(jù)實時展示。通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)對盾構(gòu)機數(shù)據(jù)的采集和解析，采集盾構(gòu)機實時數(shù)據(jù)包括：時間、環(huán)數(shù)、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(tǒng)對采集到的實時數(shù)據(jù)進行實時展示，并且根據(jù)盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)速實時調(diào)整右側(cè)模型中刀盤的模擬轉(zhuǎn)速，如圖9所示。

圖9 盾構(gòu)數(shù)據(jù)展示

（4）危險源預(yù)警。根據(jù)危險源所在的里程，進行預(yù)警展示（預(yù)警位置：距離盾構(gòu)機30m），并且在盾構(gòu)機下實時標(biāo)注危險源的距離，如圖10所示。

圖10 危險源預(yù)警

4 結(jié)束語

對地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工基于BIM技術(shù)的應(yīng)用研究，主要實現(xiàn)三維模型的構(gòu)建以及盾構(gòu)機數(shù)據(jù)的接入與展示。

（1）三維模型的構(gòu)建。利用Revit、3Dmax、Civil 3D軟件實現(xiàn)對區(qū)間結(jié)構(gòu)、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及路面附屬建筑的建模，將模型導(dǎo)入到Unity3D開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)對三維模型的操作和運用。

（2）盾構(gòu)機數(shù)據(jù)的接入與展示。將盾構(gòu)機數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口的形式接入到軟件中，實現(xiàn)盾構(gòu)機數(shù)據(jù)的實時接收，處理和分析，并在三維模型中進行展示，同時驅(qū)動三維盾構(gòu)機模型按照實際運行情況進行推進，同時根據(jù)地質(zhì)、危險源、轉(zhuǎn)向、變坡等情況實現(xiàn)超前預(yù)警。