BIM技术在大型倒虹吸工程施工中的应用研究

BIM技术在大型倒虹吸工程施工中的应用研究

袁庄、宋瑛瑛、曾俊锟

中 国建筑第五工程局有限公司 湖南长沙 410014

摘要：随着科学技术的发展，我国的BIM技术有了很大进展，并在大型倒虹吸工程中得到了广泛的应用。本文首先分析了BIM技术特征，其次探讨了BIM信息化平台及应用，以供参考。

关键词：信息化技术；大型倒虹吸；BIM应用

引言

随着国内经济的发展和人口的增长，为满足一些重点地区的生产和生活用水需求，调水工程建设成为水利建设的一个热点。在调水工程中，倒虹吸管是交叉建筑物的主要型式。受制于地形和建设成本考量，倒虹吸管的进口段、出口段以及部分依地形而建的陡坡段通常较陡，在工程运行初期管内充水时会遇到高速水气两相流问题，给工程的安全运行带来隐患。传统的倒虹吸充水过程研究多采用不考虑空气流动影响的一维水力计算，这在通气良好的倒虹吸管中是基本可靠的。但对于长距离倒虹吸管，通气设施的数量通常有限，充水过程的通气效果不佳，采用一维水力计算的话误差可能较大，因此越来越多的工程开始采用多维水气两相流数学模型对充水过程进行模拟。

1BIM技术特征

（1）促进相关单位的信息沟通。BIM技术不仅可以帮助相关人员在现有的建筑工程项目数据的基础上建立3D模型，还可以促进建筑项目可视化发展。另外，BIM技术还有利于实现建筑项目全过程监管。在BIM技术的辅助下，工作人员可以建立建筑项目信息模型。该信息模型在不同单位之间起到了一定的连接作用，从而加强了各单位之间的沟通和合作，完善了各个部门的工作模式，提高了建筑工程管理工作的质量和效率以及建筑工程的质量及施工速度。（2）推动项目工程的有效实施。BIM技术与许多方面都存在一定的关联性，例如建筑项目造价、设备使用等方面。BIM技术可以利用特定的形式来模拟并显示这些内容，从而提高了数据信息的直观性和清晰性。因此，BIM技术在一定程度上消除了多次利用数据的弊端，从而减少了资源的消耗量，实现了建筑工程项目的预算控制目标。现代建筑工程项目的开展需要依靠数据库。（3）实现建筑项目信息共享。在建筑项目施工过程中，设计、施工、拆除等不同环节都可以通过3D技术来模拟和展示。利用资源共享的途径将3D模拟结果发送给相关组织和个人，可以在一定程度上帮助相关人员开展项目管理和决策等工作。在项目建设过程中，工作人员可以根据相关数据建立一个科学的BIM信息管理系统，该系统可以为数据信息的收集、整理、分析等工作提供帮助。

2BIM信息化平台及应用

2.1复杂地形条件下的高难度钢管运输安装

工程线路穿越村庄、河流、山区较多，施工道路地形复杂，倒虹吸设计最大坡度为23.7°，在运输和安装过程中，施工难度大、安全风险高。通过施工进度计划，结合BIM模型，对施工方案进行预先模拟，评估机械布置、施工方案的合理性与可行性，并对斜坡段压力钢管安装、平直段压力钢管安装、管桥处压力钢管安装、下穿武易高速段安装四个方案进行优化创新，从而减少质量问题、安全问题，减少返工和整改。

2.2降水

根据倒虹吸段勘察物探溶洞的分部情况，在倒虹吸段采用新型的降水技术来满足现场降水的要求，结合现场实际管线布置，预防溶洞位置出现降水倒流发生。

2.3充水过程

进出口和沿程设置的排补气井内的空气流动方向不是恒定的，由于充水初期水流流速较高，管内空气在水流的推动下亦会向下游流动，从而使部分通气井为进气状态，而另外部分通气井为排气状态。而当水流开始减速后，管内空气收到挤压，则通气井全为排气状态。

2.4大直径压力钢管的“智能化加工”

压力钢管厂建设标准高，包括加工车间、防腐涂刷车间、焊材库、仓库、成品堆放区等；生产质量要求高，从开始下料到防腐涂刷整套工序复杂，生产加工设备的配置及选型标准高。通过特大压力钢管智能化加工模拟的应用，将施工画面直观展现，提供工程管理可视化控制和技术分级评价体系，建立基于虚拟现实的高端工程管理模式，实现特大压力钢管加工规范化，有效提高工程质量，降低施工风险。特大压力钢管加工及安装施工难度大，精度要求高，对施工人员的技术水平提出了极高的要求。施工前需要对施工人员开展相关培训工作，传统的培训方式无法满足特大压力钢管加工及安装施工的要求。BIM的倒虹吸压力钢管智能化加工及安装模拟平台是一款对压力钢管智能化加工及安装施工进行模拟管理的系统，该系统主要为压力钢管智能化加工及安装施工提供一种交互性操作、模拟体验环境，以增加学习过程中的互动感。系统能够让用户在大场景中对将要加工及安装施工的工艺进行动画展示，并且每一个场景能够进行360°全方位操作，让客户对整个将要施工完成的压力钢管加工及安装场景了然于胸。直管段钢板坡口加工可采用数控双边双面坡口成型机，通过钢板电子磁吊装置将已下料完成的板料吊运至该设备工作台上，可实现板料自动对中、自动给进，双边同时铣削加工，提高了数10倍功效，并得到一次成型固有的平整度和直线度。纵缝焊接采用二氧化碳气体保护焊打底，然后使用双丝双弧埋弧自动焊机，相较于传统单丝单弧埋弧焊机，生产效率提高1倍。

2.5有限元模型

计算模型包括钢管、支撑环、支墩、镇墩、地基。钢管、支撑环采用壳单元模拟，混凝土和地基采用8节点实体单元模拟。在计算分析时，镇墩、支墩混凝土和垫层部分采用各向同性模型，作为水工建筑物的压力明钢管在工作运行时是充满水的。考虑实际情况，结构及地基整体的重力通过重力加速度施加。

2.6长距离多工种施工的“数字化管控”

倒虹吸工程是目前国内在建的线路最长、施工规模最大的倒虹吸工程，专业分包多，工期紧，施工管理难度大。通过在自卸汽车上安装的空间定位传感器来获取自卸汽车的运行状态。及时获取施工进程，对工期延误、行车超速、装料卸料异常进行预警，便于规范化、安全化施工。通过对施工进度数据进行可视化处理，直观快速地了解施工项目进展，进而可以合理安排技术工人、材料、设备的入场时间，避免由于窝工导致利润的损失。采用三维电子沙盘、镇墩精准控制点、压力钢管精准安装、运输车辆调度、管理全景分析等施工数字化管控技术，提高了施工管理智慧化水平，实现了引水工程智慧工地创新技术的落地。BIM的倒虹吸现场施工协同服务平台是一款对现场施工进行数据共享、数据分析、数据应用等协同工作的服务系统。该系统主要为施工现场数据采用、应用提供一种规范化、流程化、共享化的协同工作方式。基于BIM平台的资料管理，主要可上传关键技术资料及日常管理文件，供管理人员实时查看。项目管理人员可通过平台上传质量问题并关联模型，推送至相关责任人进行回复，日常检查安全问题可上传平台关联模型，推送至相关责任人，做好模型与现场安全管理及时有效挂接。

结语

综上所述，在工程勘测中发现倒虹吸中段底部有串珠状溶洞，现根据实际工程情况进行溶洞模拟建立，采用弹性地基梁模拟计算，采用有限元分析软件对管廊断面进行受力分析。在信息的自动提取方面须进一步研究，目前平台信息采集过程中某些部分仍需要人工导入，如何实现平台与外来信息的自动、准确对接是后续工作中要考虑的问题。

参考文献

［1］陈文宝，魏志松，张航，等.BIM技术在装配式桥梁工程中的应用［J］.北京交通大学学报，2019，43（4）：65-70.

［2］马江桥.参数化设计在轨道交通工程BIM建模中的应用［J］.天津建设科技，2021，31（4）：55-58.

［3］梁建波，李德，董平.基于RevitAPI的水工参数化模型二次开发［J］.水利规划与设计，2021（10）：106-111.