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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。
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