基于BIM技术对管廊工程施工过程中的优化研究

钟海霞 陈梅芳 陈力栋

(1.浙江省诸暨市职业教育中心,浙江 诸暨 311800; 2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

基于BIM技术对管廊工程施工过程中的优化研究

钟海霞1陈梅芳1陈力栋2

(1.浙江省诸暨市职业教育中心,浙江 诸暨 311800; 2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

·计算机技术及应用·

针对地下管廊工程基坑施工及管线设计过程中可能出现的问题，通过BIM技术建立的管廊族文件数据库，构建管廊基坑三维Revit模型，将土方模型进行细致划分，并将模型文件导入Autodesk公司中的Navisworks软件中进行基坑开挖虚拟施工过程仿真，得出一些有价值的结论。

综合管廊，明挖法，BIM技术，施工模型，数据库

1 概述

管廊作为城市未来发展的主流，对推动城市的建设发展和社会进步有重大深远的意义，管廊工程一般投入经费高，建造周期长，施工速度慢，安全性要求高，并且各方面沟通协调难度大，使得管廊工程的整个建设过程比较复杂，所以不管是管廊的设计、施工还是运营管理都是我们关注的重中之重。而BIM(建筑信息模型)意在对建筑生命全周期进行信息化管理，其主要应用于项目规划、设计(概念+初步+施工图)、加工制作(预制)、施工(安装)、运营和维护、改造(拆除)等阶段中。本文以益阳管廊项目为例，利用BIM技术对管廊的基坑开挖和支护以及设计方案进行优化。BIM虚拟施工过程体系流程如图1所示。

模拟基坑开挖土方模型是重要的建模部分，根据挖掘机每次开挖的土石方量进行平均估计，可以将模型划分为2 m×4 m×1 m的立方体模型，能更加真实的模拟每次挖掘机开挖的土方量，有利于模拟的真实性。土石方模型直接采用自带楼板单元进行创建，在结构材质中设置为土层。

1.1 管廊基坑虚拟施工过程仿真

1)管廊基坑放坡开挖方法。管廊基坑放坡开挖方法是基于传统的一种基坑明挖施工模式，在基坑及边坡开挖过程中最常见的一种方法，根据益阳在建管廊项目的现场状况，对基坑两侧进行约45°角坡度开挖模拟，工作平台宽度设计为2.5 m，施工断面示意图如图2所示。通过BIM对基坑进行放坡开挖虚拟施工模拟，得出每延米基坑出土量为88.5 m3，根据初次开挖量及后续开挖量的工作时间进行虚拟施工组织安排，通过虚拟施工文件得出放坡开挖法的总体施工时间大约需要8 d。

2)双侧面台阶法。双侧面台阶法如图2所示，是通过Navisworks软件虚拟施工建造过程提出的一种新的管廊基坑明挖施工方法，在Navisworks模拟施工优化过程中，发现双侧面台阶法在基坑明挖过程中有很大的优势，在同等的工程造价中，可以加快施工进度，同时在施工过程中也是较为合理的。通过Navisworks对益阳市管廊基坑开挖双侧面台阶法进行施工模拟，分析得出每延米基坑出土量为118.5 m3，根据初次开挖量和支护施工及后续开挖量的工作时间进行虚拟施工组织安排，虚拟施工文件得出本方法的总体施工时间大约需要7 d。经虚拟施工结果分析，在益阳管廊基坑开挖施工过程中，双侧面台阶法相比放坡开挖法有一定的优势和价值，但在施工过程中需要严格控制台阶的高度以免造成台阶的失稳及滑落[13]。两种方法具体对比如表1所示。

表1 两种开挖方法对比

开挖方法初次总出土量/m3总体施工时间/d出土提高量/%进度加快量/%基坑放坡开挖88．58双侧面台阶法118．573312．5

1.2 方法优化意义

在两种方案的基础上，通过BIM技术手段，对放坡开挖与双侧面台阶法进行综合对比分析，明确了一次土方开挖量及整体施工进度在两种方法之间的关系。分析得出：针对益阳地区砂性土层条件，基坑开挖适合采用双侧面台阶法。

2 管廊设计优化分析

本文利用BIM技术独有的优化功能：模型的碰撞检测优化分析和三维虚拟漫游优化分析对益阳管廊空间结构设计进行分析。

2.1 管廊三维模型建立

管廊结构模型采用已经建立的管廊数据库中的结构框架族直接建立，改变族参数，设计直接满足符合益阳管廊的结构几何尺寸，完成管廊的结构建模。Revit建模体现建筑结构设计的真实性，与设计尺寸、大小、材料和三维数据一一对应，通过Revit建立益阳管廊外结构模型，模型如图3所示。

管廊中管线布置较多，而基于BIM的三维管线建立技术改变了传统二维图纸的分析，三维管线模型是通过二维管线图纸建立的管线模型，由于管线模型线路众多比较复杂，通过三维模型可直接反映管线设计建立的碰撞和缺陷。

2.2 管廊碰撞检测优化分析

在Navisworks软件中的碰撞检测是针对益阳管廊设计过程中出现的设计错误与缺陷产生的管线的交叉，结构与管线的碰撞等问题的快速搜索，通过碰撞检测分析功能可以直接搜索出有问题的设计地方。搜索发现益阳管廊设计中出现风管与水管的碰撞，见图4。

通过模拟检测发现风管与水管设计出现碰撞问题如图5所示，经修改设计之后再次进行模拟，结果发现风管与水管的碰撞问题得到解决，模拟结果如图6所示。

2.3 管廊三维虚拟漫游优化分析

虚拟漫游在管廊模型深化设计中有很大的作用，虚拟漫游通过实时漫游，在管廊模型中以第三人视角直接观看三维模型在设计中的问题，见图7，可以通过设计第三人的高度、宽度、视角等进行模型碰撞检测难以检测出的高度与宽度不满足设计要求的非碰撞问题，对设计模型进行深化设计。对建立的益阳管廊模型进行虚拟漫游检测，在检测过程中并未发现设计不满足要求的情况。

3 结语

1)利用BIM技术软件Revit和Navisworks的无缝对接结合，通过虚拟施工技术对管廊明挖方法提出改善，得出一种“双侧面台阶法”的管廊施工技术，为管廊基坑明挖提供了一种新的参考方案。2)利用BIM技术对益阳管廊基坑开挖进行虚拟施工过程仿真，分析得出在符合施工要求的前提下双侧面台阶法相比放坡开挖法可提高初次土方的开挖量33%，同时加快了12.5%的整体施工速度，因此益阳管廊选用双侧面台阶法进行基坑开挖。3)针对益阳管廊项目利用管廊族文件数据库建立三维模型，通过建筑、结构模型间的碰撞检测和虚拟漫游优化分析发现风管和水管的设计需要做出调整。BIM在管廊设计中可以及时检查工程的问题，及时预览和检查模型中设计缺陷，优化模型，改进设计方案。

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BasedonBIMtechnologyinthesubwayprojectintheestablishmentofthedatabaseandapplicationintheproject

ZhongHaixia1ChenMeifang1ChenLidong2

(1.ZhujiCityVocationalEducationCenterinZhejiangProvince,Zhuji311800,China;2.CollegeofResourceandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China)

Aiming at the problems that may arise in the construction of underground pits and the pipeline design process, a three-dimensional Revit model of the foundation pit of Yiyang Pits is established by using the database of the corridor family files established by BIM technology. The earthwork model is subdivided and the model File into Autodesk company’s Navisworks software to simulate the construction process of foundation pit excavation, and finally draws some valuable conclusions.

utility tunnel, open cut method, BIM technology, station model, data base

2017-10-26

钟海霞(1974- )，女，讲师; 陈梅芳(1963- )，女，高级讲师

1009-6825(2017)35-0257-02

TP319

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