近接穿越地铁顶管施工BIM可视化技术应用

近接穿越地铁顶管施工BIM可视化技术应用

曾林涛

中国安能集团第三工程局有限公司 四川 成都 611130

摘要：本文以武汉某项目综合管廊近接穿越地铁顶管施工为例，通过BIM技术的应用，建立了BIM数据库，使项目能够准确快速计算工程量，提升施工预算的精度与效率，为施工企业制定精确的人员、材料、机具计划提供有效支撑，大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费，为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。

关键词：BIM技术、顶管施工、地铁

引言

BIM是建筑信息模型技术(Building Information Modeling)的简称，是一种建筑全生命周期信息化管理技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图五大特点。通过BIM进行虚拟建造、虚拟验收等，能有效减少现场签证和变更、提高工程质量；方便建设单位优化施工筹划、缩短工期、控制投资；并可在工程竣工后,根据竣工建筑信息模型，提供三维可视化信息档案，方便建设单位进行日常人员培训、设备管理。建立以BIM应用为载体的项目管理信息化，提升项目生产效率、提高工程质量、缩短工期、降低建造成本

1.工程概况

本工程为武汉某地下综合管廊工程，管廊长度约为2.42km，管廊分明挖及顶管施工段，管廊内纳入管线包括给水、电力、通信各能源等管线，其中顶管施工段为上跨穿越现状地铁线盾构区间，顶管内径为3m,采用双线混凝土管，管间距离3.66m。顶管管节材料为钢筋混凝土，强度等级C50，抗渗等级P8,钢筋等级：HRB400,管节长250mm，管壁厚270mm。

图1 顶管井平面位置BIM模型

2.施工难点及BIM技术实施背景

本工程项目包含三个分部工程，分别为雨水、污水管道排水工程、地下综合管廊工程。其中地下综合管廊顶管工程是我公司第一个综合管廊顶管施工项目。顶管施工模型建立的第一步，也是施工的一个重难点。顶管始发井处于一处湖塘内，始发井工作平台处理相对困难，同时顶进长度达180m，加之采用一井两线设计，两个顶管间存在相互影响，且顶管顶进时近接地铁处于运营中，危险性较大，施工技术要求高，且施工工期紧为40天。为加强进度及质量管控，本项目通过Revit软件建模，BIM计量平台、对该项目进行建模指导顶管施工作业。

3.基于BIM的模型应用

3.1 工作井BIM模型

施工前期，采用Revit、AOUTCAD3D软件构建顶管始发井、接收井三维模型。顶管工作井三维模型图(如图2)，工作井内构件包括，工作四周钻孔灌注桩、接收井基础高压旋喷桩、工作井四周三轴搅拌桩止水帷幕、顶圈梁、顶框梁、顶板及井壁等。通过前期三维模型的建立，熟悉了设计图纸，对结构间相互位置关系，进行统一的梳理，防止后期各序施工出现返工情况。

图2 顶管始发井BIM建模图

3.2 砼顶管BIM模型

混凝土管节内径为3.0m，管节壁厚270mm，管节在Revit采用概念体量模型进行，BIM体量模型完成后载入项目模型，对管节进行连接，管节建模时，主要对管节内钢筋、预埋构件、灌浆孔、止水环设置等。通过BIM三维模型的展示，让预制单位直观的感觉预制管节的内部结构构造，提前发现问题，通过BIM模型建立数据库，使施工单位、预制单位、设计单位相互间交流通畅，更有利预深化设计，减少工程变更。

图3 管节顶管BIM模型

3.3 施工可视化交底

通过BIM三维可视化，真实再现施工过程，将每个施工细节通过三维软件展现出来，提高了施工人员的工作效率，使工程施工变的更加简单，能有效的将施工技术通过三维模型传递给施工人员，并通过建模能全面深化设计，提前发现设计问题，避免二次交底，影响施工进度，造成返工，浪费资源，增加施工成本，如始发井中隔板通风口与后期砌体墙施工冲突、顶管管线与现有市政电力管群出现侵限、顶框梁与工作井围护支撑体系出现侵限等问题。可视化交底实施后，取得较好的效果，工人质量意识、安全意识得到显著提高。

3.4 工程量计算与统计

工程在施工过程中，依托广联达BIM计量平台，通过BIM计量软件在建模算量的同时能以3D效果直观展示施工过程的各道工序、建筑自身及周边环境的情况、钢筋三维视图等为现场施工技术、施工管理提供支持。同时对主体结构、二次结构等，通过BIM计量软件提取CAD图层、智能布置等功能快速建模，汇总计算后即可实现单构件、多构件的多元化提量，便捷地应用于工程项目的物资采购、现场钢筋算量、工程审计核算。

图4 钢筋算量BIM三维模型

3.5 顶管与近地铁三维数值模型

由于地铁隧道与管道明挖距离较近，且非平行分布，不满足平面应变条件，因此采用三维有限元模型模拟盾构施工过程。为消除边界效应，边力界距基坑边线不小于3倍基坑深度，考虑到基坑施工的影响范围，管廊隧道周边1倍开挖深度范围内有限单元划分较为密集，其余土体逐步过渡到较大单元。模型大小为120m×100m×40m。运用数值计算软件对典型里程段进行施工模拟。根据圣维南原理，计算模型的边界条件严格按照隧道力学分析结果，其横向边界到隧道边界的距离约3～5倍洞泾，垂直方向上，模型下边界到隧道底部边界的距离大于3倍洞泾，向上取至地表。

图5 三维数据分析模型

3.6 BIM工期控制

本项目采用三级进度计划控制工期，分成总进度计划、分部进度计划、月周日进度计划，通过逐级分解，逐级保证，项目总进度计划编制完成后，应用BIM建模功能进行三维模拟，通过模拟各工序在各时间段内施工情况，分析各工序是交叉是否出现冲突，对不合处及时进行优化调整，如顶管在顶进至某交叉路口时，是否与该路口地下电力管群施工出现冲突。

在Revit的软件中，将施工进度模拟软件Fuzor作为一个插件，在4d施工模拟的功能下，设置好开始时间和结束时间，通过施工进度模拟将模型构件进行关联，通过4d模拟后，完成施工进度计划调整，将各级进度计划数据输入指定的BIM系统后，根据计划填写实际施工至各阶段时的物资、人员、资金等内容，确保施工现场进度处于受控状态，并充分运用BIM系统将计划进度与实际进度进行对比，采用赢得值法进行进度、费用偏差分析，得到物资、资金、人员等各方面的对比情况，及时对实际进度计划作出科学合理的调整。

4 结语

BIM施工技术，可以贯穿整个施工模型的生命周期，通过使用BIM技术，可以在整个施工流程中将三维可视设计、参数式设计、数据一致性设计进行整合关联共享受，通过真实性模拟和可视化来更好服务于施工。本项目通过BIM建模技术在近接地铁顶管中的应用，优化了综合管廊顶管施工方案，形成了一套切实可行的工艺流程，为公司后期类似项目提供参考依据。

参考文献:

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