BIM 技術(shù)在綜合管廊頂管施工精準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用

萬 磊，杜利鵬

1.中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266000；2.中鐵十七局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是以三維信息模型技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對規(guī)劃、設(shè)計、建造和運(yùn)維等全生命周期模擬和分析，實(shí)現(xiàn)對項目工期、成本、質(zhì)量和安全等全過程的可測可控精準(zhǔn)化管理，達(dá)到節(jié)約成本、縮短工期、確保質(zhì)量和保證安全等目的。

1 工程概況

南京市江北新區(qū)綜合管廊項目位于國家級江北新區(qū)核心地段，建設(shè)總里程53.41km，施工總工期五年，入廊管線包括有燃?xì)?、通信、電力、給水、雨水、空調(diào)熱力等十余種管線類型。

圖1 頂管井平面位置BIM 模型

本項目頂管施工段主要集中在A2+568-A3+585 范圍內(nèi)，共計五段（如圖1 所示），直線長度約1 公里，需下穿豐子河、浦濱路、浦口大道、鎮(zhèn)南河路及上穿地鐵10 號線。管節(jié)材料為鋼筋混凝土，強(qiáng)度等級C50，抗?jié)B等級P8。頂管分單雙管兩種，單管管節(jié)內(nèi)徑3.6m，雙管管節(jié)內(nèi)徑2.4m，如表1 所示。

表1 江北新區(qū)頂管工程概況

2 施工前期BIM 技術(shù)應(yīng)用

2.1 模型建立

2.1.1 頂管井BIM 模型

利用Revit 軟件中的構(gòu)件內(nèi)建模型建立頂管井模型。以J3頂管井為例（如圖2 所示），建立的主要模型構(gòu)件包括，鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁、冠梁、圍檁及內(nèi)襯等。在建立樁孔灌注樁和高壓旋噴樁等構(gòu)件時，根據(jù)設(shè)計尺寸在族文件中單獨(dú)建立，然后倒入至項目文件中并放置在正確的位置。如需快速完成也可提前利用輔助線定位，通過陣列命令批量放置。

圖2 J3 頂管井BIM 模型

2.1.2 管節(jié)BIM 模型

管節(jié)包括3.6m 和2.4m 兩種，BIM 模型在族文件完成后載入項目文件進(jìn)行連接拼裝。建模時利用軸線鎖定尺寸，參數(shù)化建模（如圖3、4 所示），實(shí)現(xiàn)兩種管徑BIM 模型的自動轉(zhuǎn)換。

圖3 管節(jié)BIM 模型參數(shù)化驅(qū)動

圖4 內(nèi)徑2.4m 管節(jié)BIM 模型

2.1.3 接入段建模

接入段屬于帶坡度變截面異形結(jié)構(gòu)，常規(guī)的模型拉伸無法滿足建模要求，本項目則在輪廓族文件中分別建立不同廊體截面后載入常規(guī)模型族文件中進(jìn)行多截面融合，并通過調(diào)整不同截面相對高度，完成坡度設(shè)置，如圖5 所示。

圖5 接入段BIM 模型

2.2 可視化交底

本項目創(chuàng)造性的采用“F 型承插口+兩道O 型聚異戊二烯密封橡膠圈”接口構(gòu)造措施，解決了傳統(tǒng)接口處止水效果差、無法做到事前檢測的問題，但該防水構(gòu)造圖紙表達(dá)十分復(fù)雜，二維圖紙難以完成高質(zhì)量的技術(shù)交底。本項目在已有管節(jié)模型的基礎(chǔ)上對接口防水構(gòu)造進(jìn)行深化二次建模，通過利用三維BIM模型，從多角度展示防水接口的構(gòu)造形式，將交底信息的表達(dá)維度由二維平面提升至三維空間，增加了信息表達(dá)的形象性、直觀性，協(xié)助作業(yè)人員快速把握施工重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)交底內(nèi)容的無縫傳遞，并利用模型多次與防水膠圈生產(chǎn)廠商進(jìn)行技術(shù)交流，把控生產(chǎn)質(zhì)量。

圖6 防水節(jié)口構(gòu)造BIM 模型

2.3 工程量計算

在基于BIM 技術(shù)的工程量統(tǒng)計方式下，通過Revit 中明細(xì)表統(tǒng)計功能，分區(qū)域、分節(jié)段將頂管模型中包含的混凝土、鋼筋、模板及各類管線等構(gòu)件工程用量方便快捷的統(tǒng)計出來。以J2 頂管井高壓旋噴樁為例（設(shè)計圖紙只給出樁間距和加固區(qū)域，而對如何布置并未直接說明），通過在revit 中對高壓旋噴樁進(jìn)行模擬排布，確定了樁位排布方式（如圖7 所示），并計算了對應(yīng)的工程用量，為現(xiàn)場施工精準(zhǔn)化管理提供依據(jù)。

圖7 J2 井高壓旋噴樁工程量計算

2.4 三維空間檢查

三維空間檢查是分析建筑物內(nèi)部空間合理性的效方式，以第三人視角制作漫游視頻，按實(shí)際情況設(shè)置虛人物的身高和身寬［2］，利用該人物的身形尺寸判斷當(dāng)前該站位的空間尺寸時候合理。如圖8 為正在對1#人員出入口的鋼梯空間尺寸進(jìn)行合理性判斷，判斷其是否影響管線運(yùn)營使用和人員檢修。

圖8 三維空間檢查

3 施工過程BIM 技術(shù)應(yīng)用

3.1 三維場地布置的應(yīng)用

利用Revit 軟件將地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入項目文件中，建立地形模型，按照1：1 的尺寸比例在地形模型上建立施工現(xiàn)場布置模型，模擬布置頂管施工不同階段所需工程機(jī)械設(shè)備、材料堆場、辦公場所等設(shè)施設(shè)備的位置和數(shù)量。將頂管施工現(xiàn)場場地信息化，提前判斷材料堆場所需要的尺寸、面積、位置和各類機(jī)械、車輛的進(jìn)場和行駛路線等是否合理，充分進(jìn)行施工現(xiàn)場空間分析，合理規(guī)劃場地布置，實(shí)現(xiàn)場地布置的精準(zhǔn)化動態(tài)控制。

圖9 三維場地布置

3.2 施工方案模擬的應(yīng)用

對重難點(diǎn)施工方案進(jìn)行模擬分析，提前發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的問題或質(zhì)量安全隱患，提升各類技術(shù)方案的合理性和適用性，增強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)管控能力。本項目對頂管施工的十余項施工方案進(jìn)行可視化模擬，以接入段模板臺車選型為例，建立各種工況和工裝設(shè)備的BIM 模型，輔以關(guān)鍵環(huán)節(jié)的工序模擬動畫，最大限度還原真實(shí)施工現(xiàn)場情況，并將Revit 模型導(dǎo)入Abaqus 有限元分析軟件中進(jìn)行受力分析計算，避免多次重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)“一模多用”。最終經(jīng)過多次比選確定了技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合理、可實(shí)施性最高的雙艙模板臺車方案。

圖10 模板臺車方案比選BIM 模型

3.3 D 進(jìn)度管理的應(yīng)用

在Fuzor 軟件中將頂管施工Revit 模型的構(gòu)件與project 軟件中的計劃進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)（細(xì)化至構(gòu)件級別），以直觀可視化特性表達(dá)出施工全過程中工作空間、設(shè)施、資源之間可能存在的沖突和不足，持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，提高計劃進(jìn)度的現(xiàn)場可實(shí)施性。此外，將現(xiàn)場實(shí)際施工進(jìn)度輸入BIM 模型中，實(shí)時對比現(xiàn)場進(jìn)度與計劃進(jìn)度的快慢，動態(tài)調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)合同工期提供保障。

3.4 5D 成本管理的應(yīng)用

BIM5D 技術(shù)是在4D 進(jìn)度管理模型基礎(chǔ)上，添加各構(gòu)件成本信息的BIM 模型技術(shù)。本項目通過建立頂管施工的BIM 5D模型，實(shí)現(xiàn)了頂管任意位置、任意時間成本信息的快速獲取，通過合同、計劃與實(shí)際施工的消耗量、分項單價、合價等數(shù)據(jù)的多算對比，判斷消耗量有無超標(biāo)，采購單價有無失控等問題，實(shí)現(xiàn)頂管施工成本風(fēng)險的高效管控。

4 結(jié)語

頂管施工是地下綜合管廊暗挖施工的主要形式之一［3］，具有機(jī)械化程度高，工期短，造價低，無噪聲、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，能較好的解決傳統(tǒng)的管廊明挖施工所產(chǎn)生的諸多弊端。本項目通過BIM 技術(shù)在綜合管廊頂管施工精準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用，構(gòu)建出了規(guī)范化的BIM 技術(shù)實(shí)施管控模式，形成了一套適用頂管施工的BIM 整體解決方案，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，為實(shí)現(xiàn)頂管施工建設(shè)目標(biāo)提供有力保障。