BIM技术在公路隧道施工管理中的应用

2020-01-12赵敏

河南建材 2020年2期

关键词：构件隧道公路

赵敏

中国水利水电第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概况

某公路隧道工程位于复杂丘陵地带，隧道长度为750 m，地质勘查报告显示，公路隧道工程拟建地的地质情况相对复杂，存在风化岩、软塑土体、地下水，为保证工程安全及施工安全，采用复合衬砌体系，并借助于BIM 技术来实现高质量的施工管理。

2 BIM 模型建模规划以及施工管理方法

2.1 模型构件编码

应用BIM 技术进行施工管理，以“BIM 模型为核心”制订、优化管理措施。本工程遵循公路隧道设计原则，考虑到工程中不同构件的受力情况、相对围岩级别、衬砌结构类型等，对隧道的模型构件进行合理的命名，从而为工程施工奠定基础。构件的编码采用“构件种类、对应围岩级别、衬砌方式”的形式，从而保证施工管理人员能够快速、准确地认知模型。为体现构件对象在BIM 平台中的唯一性，构件编码应该涵盖工程建设基本信息。具体的构件命名规则为：公路隧道工程名称首字母+公路隧道构件类型的首字母+对应围岩级别首字母+公路隧道构件衬砌具体种类。如本工程复合衬砌隧道体系中的超前注浆小导管，其种类就为SA5a，构件的代码具体为LX-CQXDG-SA5a-263，其中LX 标识工程名称，SA5a 标识对应围岩等级，SA5a 标识构件的具体种类，263 表示构件的基本参数[1]。

2.2 BIM 构件精度

BIM 构件精度主要是指构件模型的精细化程度，在“LOD”等级规则中，BIM 模型的精度被认定为100/200/300/400/500 五个等级。本工程的BIM模型精度基于“LOD”等级确定，同时针对工程建设的各个阶段，将BIM 模型的精度进一步细化，以保证BIM 模型能够详细表现出各个阶段不同的信息，满足各个阶段施工管理的要求。

BIM 技术不同于常规的CAD 技术及3DMAX效果图，其本质是一个由多元化信息构成的信息综合体，然后以BIM 3D 模型的方式表现出来，模型构件对应一套完善的三维图纸。一般情况下，BIM 模型可分为特定BIM 模型或常规BIM 模型，常规的BIM 模型能够直接在数据库中找到并调用，通过设置完善的参数来对模型进行控制，以揭示模型本身的实用性及独特性。特定的BIM 模型则需要施工管理人员根据现场的实际施工情况构建。本工程完全参考我国现行的公路隧道工程施工规范、施工技术标准及工程施工组织设计方案等，根据隧道构件的功能划分多种BIM 模型构件，并对BIM 模型构件的空间形状、信息属性进行界定。

以隧道主体结构为例，其常规构件涵盖锚喷体系锚杆、管棚、隧道检修道口、排水体系、中央排水管、工字钢拱架等，设备主要包括信号灯等，在工程建设的过程中，根据实际情况来协调各类机械设备的施工空间需求是保证施工质量、施工效率、施工安全的主要手段。以“施工组织设计方案”为基础，在施工前期，根据隧道的掘进施工配置挖掘机及混凝土搅拌机、渣土运输车、除渣车等，将公路隧道建设过程直观化，模拟展现出工程建设过程中人员调配的实际情况及设备的使用情况，揭示出在不同工艺条件下的施工安全性、施工效率，检查交叉施工过程中可能出现的碰撞问题，实现施工组织设计方案的全面优化，减少工程中可能会发生的冲突，消除安全事故隐患。

2.3 隧道参数集成BIM 模型构建

本工程BIM 模型主要涵盖环境模型、隧道围护模型、施工设施模型。环境模型主要为地质模型，用于布置虚拟施工场景，在地质模型中纳入地质信息等参数，用于支持施工组织方案的优化；隧道围护结构模型及施工设施模型，主要用于施工过程控制及施工过程模拟。具体分为：隧道环境模型、工程地表模型、支护结构模型、防水排水模型。

公路隧道工程本身具有一定的隐蔽性，公路隧道施工会受到周边水文地质、地形、地层条件的影响，同时施工活动也会导致这些因素发生一定的变化。根据公路隧道前期地质情况勘查报告，通过构建地层模型及地形模型，针对公路隧道的横断面，用颜色、花纹等表现形式来区分不同地层信息，同时结合现场照片一一对照，施工人员在施工的过程中就能够直观地得出周边环境的信息数据；隧道围护模型及公路隧道主体结构形成在不同围岩条件下的横断面体系，在施工的过程中，基于BIM 技术拾取各个部分的结构模型，形成虚拟化的施工方案，主要通过构建隧道的主体结构，整合组装各个BIM 模型库，在不同的BIM 构件组合下，就可形成一个相对完善的公路隧道结构横断面图。公路隧道工程本身有着突出的线性特征，且在不同地质条件下、不同水文条件下，施工的控制点存在一定的差异。本工程充分分析周边的实际情况，分阶段拟合隧道模型，得到完善的主体结构，然后对不同阶段的施工方法、安全控制方法进行调整，以确保工程建设的顺利推进；施工设备的BIM 模型构件主要包括模板、机械设备等，是辅助施工管理人员设计施工方案的关键要素，如上文所述，施工管理人员以施工组织设计方案为基础，确定各个施工范围内的施工设备，同时对施工半径内的施工情况进行建模，得出在施工作业过程中的空间分布情况，以便于在实际施工的过程中对人员、设备、材料的摆放位置进行调整，达到提高现场周转率、施工效率的现实目的；根据前述方法及BIM 模型的命名方式集成施工模型、环境模型、设备模型，整合地理坐标信息及隧道里程信息，得出一个贴近公路隧道工程建设实际情况的虚拟化环境。

3 基于BIM 技术的施工管理优化

本工程的施工过程较为复杂，涵盖钻孔、爆破、土石方、土体监测、材料运输、复合衬砌、防水、排水、路基施工、路面施工等，是一个多专业交叉施工的复杂体系。现场环境相对复杂，表现出一定的不确定性，在施工管理方面，容易遭遇时间、空间方面的冲突问题，甚至有可能引发严重的安全事故。并且，开挖、支护相关的地质勘查资料表现出一定的离散性，地质勘查报告中的内容可能和实际情况存在一定的差异，所以需要根据超前的施工状况分析来实现施工管理优化。

基于BIM 技术的施工管理优化，主要依靠仿真模型表现出的施工空间、时间维度信息，根据时间进度的推移来判断施工过程中各项资源的使用情况及各个部位的施工情况，具体方法为：1）根据设计图纸，完善BIM 模型，赋予BIM 模型唯一的施工工序信息、属性参数信息、质量信息；2）根据施工进度和现场人力物力的供应情况，利用BIM 平台中的project 功能，调出与每个施工工序相关的任务项数据源，其中涵盖施工开始时间、完成时间、任务名称等多个方面的信息；3）采用Autodesk Navisworks 相关工序时间信息内容，完善涵盖工程进度的4D BIM模型，在虚拟仿真过程中推断工程的进展，找出可能会出现的碰撞问题，有针对性地采取优化措施，公路隧道工程本身的隐蔽性极为突出，但采用BIM技术就能够在施工前实现超前的预报；4）施工前，针对复杂的技术方法及难以直观描述的施工过程，利用BIM 平台进行施工技术交底；5）施工过程中，各参建方可利用BIM 平台直观地沟通工程中存在的复杂性问题，进行全面的磋商、研究，找出相应的解决方案；6）在施工现场的安全风险点，设置监控装置，同时将其连接至BIM 平台，施工管理人员可通过BIM 平台实现对现场的有效监控，规避安全事故的发生。