BIM技术应用于暗挖工程的动态可视化管理

凌书　黄尚珩

【摘 要】文章针对BIM技术在暗挖工程中的应用分析，提出实现暗挖工程可视化动态管理的解决方案，将BIM技术及其理念拓展到暗挖工程施工中，有效保障施工质量和安全，并实现对BIM技术的有效推广。

【关键词】BIM技术; 暗挖工程; 动态管理

【中图分类号】TU391.99【文献标志码】A

随着城市建筑物越来越密集，埋置深度越来越深，城市中明挖法开槽的施工方案局限性越来越大，更多采用的是不开槽的暗挖法。尽管浅埋暗挖法及盾构法这些年地下工程施工技术日益成熟，但由于工程水文地质条件的不确定性和施工环境的复杂性，使得暗挖法在地下工程施工过程中，仍存在许多施工风险，在施工组织和管理控制方面难度较大，将BIM 技术及其理念拓展到暗挖工程施工中，开展相关研究很有必要，也是对 BIM 技术的有效推广。

1 暗挖隧道BIM模型创建

1.1 管片自适应族的制作

利用Revit软件创建隧道的管片族，为保证管片可以自动适应暗挖隧道结构变化，各种管片族应创建成自适应类型族，每块管片可设置一定自适应控制点来控制。针对这些自适应族，应从正向设计思路考虑设置各类型参数，其中包含管片厚度、内外径尺寸、管片宽度。完成后的族录入公司構件库，构件统一管理使用，并在出图时插入二维码，利用二维码实现管片构件的生产和安装信息的实时录入，工程完工时与竣工模型一并交付运营维护单位进行维护和使用。

1.2 水文地质模拟和模拟仿真漫游

根据工程中心线路参数，设置暗按挖隧道中心线路坐标点，打开Revit软件并从中提取隧道中心线路上的各坐标点生成隧道中心线路空间三维曲线。水文地质的模拟根据地勘资料，利用BIM软件建立地质模型、区间隧道、超前水文地质进行模拟，进行预加固、预支护指导施工，减少工程施工风险（图1）。

在隧道掌子面四角设置四个监测点，将多功能智能传感器置于超前小导管中并钻入前方围岩，多功能智能传感器可同时对前方围岩在爆破瞬间的释放应力、释放加速度、水压、应力能进行数据采集。对采集的原始数据进行分析处理，得到水压应变及应变能等参数，并由云平台实现与地质信息分析处理软件数据互通（图2）。

1.3 生成隧道结构BIM模型

利用 Revit 软件拾取盾构隧道中心线路空间曲线，通过各类型管片的自适应控制点坐标组来放置管片自适应族，达到各类型管片沿着盾构隧道中心线路空间曲线自适应排布的效果。调整各类型管片参数，经过运算生成暗挖隧道结构模型（图3、图4）。

2 BIM技术在暗挖工程中的动态可视化管理应用分析

2.1 暗挖隧道施工模拟

在创建的隧道结构BIM模型的基础上，利用各类常用的BIM软件平台，如Autodesk Navisworks软件开展暗挖隧道施工模拟。BIM模型具有可视化特点，通过可视化施工模拟可以对施工的各环节进行检查，提前发现在施工中存在的各种问题和缺陷，并及时的将问题和缺陷消灭在施工开始之前，从而可以验证选定施工方案或原始设计方案是否合理及进行优化处理。

利用Autodesk Navisworks一系列软件还能进行工程动画漫游，便于观察工程结构的全貌，并可实时观察工程的施工变化。

针对建模阶段创建的盾构隧道结构在施工过程中的材料、资金等量值文件，关联BIM模型及施工模拟进程，形成3D-BIM模型+进度+物料+资金的多维度的施工模拟，结合工程实际情况对施工组织方案的合理性进行研判。

2.1.1 进度模拟

通过模拟从进厂、零件、竖井及连通道、出支、二衬到回填等阶段的施工内容，实现基于BIM模型编制进度计划、实施进度计划、施工过程中动态调整计划。

2.1.2 管线改迁模拟

通过对地下管线与既有构筑物、管线与主体、管线与管线间的碰境检查，分析提出管线迁改的优化方案，确保管线迁改工作科学合理，保证施工过程安全可控，通过BIM模型及管线迁改进行三维施工模拟，直观了解整个管线迁改顺序及重难点，解决了管线与既有构筑物、管线与主体、管线与管线间的冲突问题（图5）。

2.2 信息的集成与即时反馈

将隧道的埋置位置覆土厚度，隧道周边地质情况，地下水分布以及出土动量等与地下暗挖工程相关的系列信息反映到BIM模型中，实现可视化管理，提前对现场可能出现的异常情况作出预判和提出解决方案，同时引入时间和资源维度，将“3D-BIM”模型升维转化成“5D-BIM模型”来模拟整

个施工过程进度和资源投入情况，管理人员即可根据模拟情况调整优化施工方案，合理安排资源供应、优化现金流，在保证工程安全的前提下实现施工进度计划及成本的动态管理，并且实现动态纠偏。

2.3 可视化交底

传统的工程技术交底工作一般是利用平面技术文件进行，对于技术人员看图能力和技术水平要求很高，很容易造成理解错误，影响施工的质量和安全。利用BIM模型的可视化效果，可以第一时间查看工程结构的相关信息，对于施工操作较为复杂的部分，能够确保施工技术人员很好理解交底内容，提高施工操作的准确性，保障施工质量和安全。

3 结束语

采用BIM技术建立与地下暗挖工程现场实际状况相关联的信息模型并进行施工模拟，可在工程开工前制度较准确的施工方案，合理安排施工计划，在施工过程中随时调整，降低施工中的不确定性减少安全隐患。通过项目整体5D-BIM模型的动态管理，调整资源配置，可缩短整个暗挖工程工期并且能达到最优工期与成本的界值。

参考文献

[1]裴作君.铁路隧道工程中BIM技术的应用[J].中国铁路，2014（10）：70-73.

[2]喻佳.铁路隧道设计中 BIM 技术的应用研究[J].建设科技，2017（1）

[3]王一仟.隧道工程三维设计技术中BIM 的应用研究[J].华东科技：学术版，2017（2）：144-144.

[4]朱伟南，吴军伟，张磊.BIM 技术在城市隧道工程中的应用[J].市政设施管理，2016，（3）：21-24.

[5]王安璐.BIM 技术在地铁隧道工程施工中的应用研究[J].建材与装饰，2016（47）：224-225.

[定稿日期]2021-04-1

[作者简介]凌书（1986～），女，本科，高级工程师，从事建筑施工技术工作;黄尚珩（1974～），男，本科，高级工程师，从事建筑施工技术工作。