BIM技术在某大型地下交通工程施工中的综合应用.docx

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1、近年来，我国经济快速增长，对城市地下交通的需求也随之增长。为施工方面带来了新的问题与挑战。如大面积的土方开挖会带来巨大的施工风险，以及施工管线复杂、二维图纸表达不清、施工过程中地上项目的处理等问题。因此，研究如何提高地下交通项目的施工效率以及减少施工风险具有重要意义。1、工程概况某大型地下交通工程两纵四横NA9、NA11路项目，主体为位于示范区内的NA9(EA1EB4)快速市政综合公共交通人行道、NA11(EA1EB4)快速市政道路和其他参与有关市政综合交通管廊、给排水综合管网供电系统、燃气、电能和民用热力等4个重点建设城市的各类政府性公共基础配套设施新建项目。NA9路北起EA1路，南至EB4

2、路，为城市主干路，全长约3.1km,按双向6车道规模建设，其中红色的线宽度为44m,设计速度60kmho涉及1座绿道通道，1号绿道通道采用上跨污水管线的方案、地面局部抬高；全线设置各类交叉口共18处，共设置7对公交车站，下方管线均采用直埋方式，直埋管线数量较多且种类多样，其中包括有给水、再生水、电力、通信、燃气、热力及雨污水管线等。施工区域范围内地勘揭露的地层为地表填土、其下区域为第四系全新体(q4)、粉土、泥灰砂、粘性土等基础结构层，勘察区域范围内按地层规模划分为3大层和10个次亚层。拟建施工场地的浅部土层主要是层填土、层和层冲洪所累计积聚的粘性土+粉土。NA11路(EA1EB4)为城市主干

3、路，全长2980m,按双向6车道规模建设，红线宽度44m,设计速度60kmho道路基本沿规划线位走向，道路整体竖向起伏较小，呈现北高南低的走势，跨区域绿道处道路净高不低于2.5m,沿线设置各类交叉口共14处。沿线设置桥梁2座。敷设支线综合排水管廊，管廊净断面11m3.2m,长2964m,入廊的综合排水管线主要包括输水、补给、配送供水、再生用水、电力、电信光纤、天然气、热力管。雨污水和燃气管线不能被纳入综合排放管廊，设置于非机动车道及人工走步路口下方。2、施工难点NA11路管廊长2964m,道路总长度2980m,工期447d,专业交叉节点46个,对工程量大且工期紧。NA9及NA11路有较大面积的

4、基坑，NA9路的基坑深约5m,NA11路的基坑深约14m,均属危险性较大的分部或重点项目，施工范围内地上物多而杂，如何快速拆除组织施工也是本项目的难点之一。本工程交叉节点较多,综合管廊系统共有专业交叉节点46个，其中路口分支节点13个。标准断面被各节点分割影响范围较大，施工工序复杂，交叉施工较多，如何及时完成节点部位施工，为后续工序提供便利条件是本工程施工难点。3、B1M技术在大型地下管廊施工中的优势针对大型地下管廊施工具有大量土方开挖及复杂管线布置等重难点，利用BIM技术可视化、深化设计等功能,有助于更加形象具体地看到施工内容，更加快速精准地优化施工方案及管线布置，从而避免施工失误，协调各专

5、业关系，提高施工效率。基于BIM的碰撞检测与仿真施工，综合仿真数据模拟可同时进行建筑结构内主构件及其他排水管线的施工综合碰撞检测和施工仿真数据分析，提前发现难点问题，减少施工方案改动，优化施工方案和人力资源的合理配置。4、B1M技术应用流程(1)根据业主出具的图纸及相关模型标准建立BIM模型，进行深化设计优化施工结构、管线布置及工程量统计等工作。(2)利用BIM模型的工程可视模拟化和自动模拟性，对复杂的工程施工管理技术解决方案、节点、施工管理过程等环节进行自动模拟，完全实现工程可视自动化的施工交底。(3)结合三维扫描技术等新技术进行施工管理工作,包括施工进度管理、施工质量管理、工程安全问题管理

6、、施工成本管理及资料管理等。通过上述流程，减少了设计中出现的问题及对施工过程的影响，提升了施工技术、安全、质量、进度等管理能力，实现了基于BIM的建筑进度、造价、竣工交付等管理。5、基于B1M技术的可视化5.1 模型的建立管廊工程结构复杂，建设范围延伸较长，工程沿线附属的设施繁多。为此利用BIM系列ReVit软件，以具体的结构构件为基础和单元，建立可视化结构的3D模型，通过对构件的参数化处理将所需构件的材质信息、结构尺寸、施工工序等信息直观地在模型中加以展示。首先，结合实际情况，在软件中创建涵盖相关工程构件的族库”，然后再根据工程实际建立BIM模型。本项目场地条件和地形复杂，需合理规划布置场地

7、。基于已建立的总体结构BIM模型，对所有施工场地及相关设备进行合理的三位立体规划，以尽量减少施工人员、方便管理和缩短材料搬运距离、避免事故发生。BIM模型内容主要包括道路、管廊、桥梁、绿化、消防、电气、燃气及通风专业等。管廊结构模型如图1所示，实体模型如图2所示。为使BIM模型与现场实际项目一致，应根据实际施工条件和需要及时更新BIM模型。5.2 可视化交底三维地理信息系统GIS通过叠加融合式倾斜摄影数据、矢量数据、BIM数据等多源信息，提供了更多地形、建筑、设施等信息。随着技术进步，GIS信息技术已具有虚拟现实技术和可视化的空间分析功能，可将虚拟现实世界中的物体和其他对象的空间位置与相关属性

8、有机结合，为实现空间决策提供了技术支持，实现了可视化。本项目通过BIM+GIS技术还原了施工的作业空间和环境,从而有效地指导了项目前期的整体资源配置及工作方案安排，模拟施工过程中的各重难点任务，实现可视化技术交底。5.3 4D施工模拟利用4DBIM技术进行施工模拟,通过关联已编制的3DBIM模型，实现可视化的进度模拟，在进度模拟时，进度提前用绿色表示，进度延后则用红色表示，以避免施工失误，合理安排工程进度，提高施工效率。本项目实施工程中，通过Navisworks软件完成相关操作。相关管理流程如图3所示，进度可视化效果如图4所示。虚拟建造最优进度模型图3基于BIM的进度管理流程项目完成图4进度可

9、视化效果5.4 3D漫游本项目场地条件及地形情况较复杂，需合理规划布置场地，做好三通一平及其他施工准备。基于建立的整体结构BIM模型，对施工场地和临建设施进行三维立体规划，以减少拆改、实现道路人车分流，做到料场整洁有序，节能环保。为更直观立体地观察场地模型布置情况，在BIM模型的基础上，利用相关软件建立相应的虚拟现实场景，并在场景中定义第一视角的人、物，以便工作人员从各方了解场区布局、工地全貌及施工效果（图5）。图5漫游效果6、基于B1M技术的深化设计应用6.1 图纸深化设计针对本工程结构相对复杂的难点，利用BIM模型的高精度、立体直观多角度等特点检查设计中存在的问题，并将其汇总交相关部门处理

10、，达到了提高图纸质量、减少设计变更等目的，避免了后期因图纸问题延误工期，提高了施工效率。整合各专业的模型，应用Navisworks软件，完成碰撞检测工作，并在模型中进行调整，根据图框标准绘制出预留洞口的地图，指导现场施工。6.2 管道综合深化设计本项目综合性管廊内部管线多、空间狭小，应用BIM技术对管线安装方式进行整体性综合优化，综合处理解决了各专业管线的布置问题及其之间的各类矛盾，最后把各种管线统一布置到整个管线的综合平面图上。应用BIM模型检测各专业管线碰撞，并实时进行调整，本项目细部节点复杂，三维模型可直观反映各专业管线的关系，帮助设计人员理解复杂的建筑空间，从而避免在施工中出现安装空间

11、不足的现象，达到减少返工、合理安排材料和工人进场顺序的目的。实施样例如图6所示。图6管线优化实施示意6.3 基坑施工深化设计针对本基坑呈长条形布置，开挖线路长、开挖深度大、开挖面宽度大。施工难度较大的特点，制定了合理精确的施工计划，避免错误的施工计划及施工方式带来的误工、返工等问题。深化设计选用Revit软件，利用其功能提供数据源，包括设计施工现场的环境等，并在此基础上建立模型，输出文件，再应用Revit软件完成施工参数的储存工作。与此同时，通过应用Microsoftproject等工程管理软件，对施工进度安排进行编辑提供数据层支持,建立WBS与Microsoftproject两个软件之间的双

12、向链接。通过建立的模型及其涵盖的相关信息，可查询施工进度，并进行调整和控制。最后使用Naviswork软件进行项目管理应用,在此过程中，Revit软件的输出文件被制作成施工过程的4D动画视频，为管理人员提供了直观立体的施工计划模拟，使管理人员准确了解施工计划对应的施工效果，精确合理地制订施工计划。6.4 机电预留洞口深化本工程的机电结构复杂，为避免施工中发生返工，减少机电结构需预留洞口对施工进度的不利影响，利用BIM技术，出具三维的洞口排布图及位置说明，使孔洞的位置和尺寸更加准确，提高了施工效率，节省了成本（图7）。图7洞口排布7、基于B1M技术的创新应用7.1 BIM技术+倾斜摄影三维倾斜摄

13、影测量是基于无人机上搭多种传感器，对地物地貌获取空间地理及纹理等相关信息，通过后期建模软件进行实景重建，可产出高精度实景模型及4D测绘产品，具有响应速度快，应用领域广，测绘成果多样化，可为数字化成图提供高效精准的模型等优点。通过倾斜摄影技术可获得高精度的三维环境模型与BIM技术产出的三维设计模型皆为三维模型，相性极其契合，2种技术可完美融合。本工程采用智能无人机陆地飞行器场景航拍和多站点云三维场景成像分析技术等多种手段直接形成一个模型质量数据，在此基础上，应用软件技术将整个模型中的原材料及其相关资源进行综合处理，根据模型形成原材料的模型数据,再直接引入一个Revit模型软件产生原始自然地貌模型

14、BIM模型，再根据需设计的模型图纸在原新型自然风貌地坪开挖模型的数据基础上绘制一个新型基坑式立体开挖土地模型，两种开挖模型之间的地质相似性及其差异由矿物质量及为挖掘土石方而开挖的土壤质量形成模型，利用其将Revit直接数据引入软件导出的质量报表，即可直接得出一个相应的模型土石方的开挖度。倾斜摄影应用效果图如图8所示。图8倾斜摄影应用效果7.2 BIM+3D打印技术由BIM技术建立的三维模型虽具有可视性、立体性强、涵盖信息丰富等特征，但仅是一个数据模型，与可触碰的实物相比直观性稍弱。为此本工程将BIM技术和3D打印技术融合在一起，3D打印构件模型的最大特点是精确度高，流程便捷快速。但考虑到目前3

15、D打印成本相对较高，故本工程只针对建筑中的复杂节点、复杂构件采用3D打印技术，以便施工人员观察具体构造并直接应用到施工中。3D打印流程图为：建立打印对象的3D模型T文件格式转换成ST1格式T模型切片处理-3D打印制造过程。本项目将集合应用BIM技术和3D打印技术，展示出多个维度、多种模式的工程结构。7.3 BIM技术十二维码技术本工程物料信息丰富，管控工作较为困难，为此引入了二维码技术实现对物料的跟踪和管控。在重要设备、机电预制件、PC预制构件等应用二维码技术，从构件出厂、运输到项目部、堆场、安装、验收等各流程步骤进行跟踪记录。不同施工阶段可通过不同颜色来区分构件的不同状态，以对材料进行颜色的

16、区别和详细材料跟踪记录来加以反映，并在此基础上进行跟踪记录，从而实现现场物料的精细化管控。利用二维码技术将重点的施工内容分别用于进行安全技术资料交底和工程可视化，工人可随时使用智能手机等移动设备通过扫描二维码打开一个完整的图文文档，文档中包含技术交底的范围、施工工艺的相关流程、施工质量的相关标准等方面的详细内容，以此更便于达到随时对全体施工人员进行安全相关技术资料交底的知识学习和技术复训的目的，减少了发生安全和施工质量事故的风险，提高了施工人员的安全技术水平。8、结束语某工程NA9(EA1EB4)市政通道、NA11(EA1EB4)市政通道及有关综合管廊、给排水管网系统、燃气、电能和热力等市政公共基础设施施工中，采用BIM技术进行可视化交底，深化设计等应用。通过运用BIM技术，实现了对地下管廊