BIM技术在大型城市隧道工程——紫之隧道中的应用初探.pdf

第8卷第5期Vol.8No.52016年10月Oct.2016BIM技术在大型城市隧道工程———紫之隧道中的应用初探郑楠陈沉(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,杭州310014)【摘要】BIM技术作为利用三维几何模型对建筑按构件进行精确表达的信息集成平台,具有直观性、可分析性、可共享性和可管理性的特性。国内目前最大的城市山体隧道群———杭州市紫之隧道工程在土建第三标段中采用BIM技术作为设计施工一体化管理平台,对BIM技术在大型隧道工程中的应用进行了探索和实践。R【关键词】BIM技术;MicrostationPowerCivil;隧道三维模型;集成应用【中图分类号】TU17【文献标识码】A【文章编号】1674-7461(2016)05-0065-06【DOI】10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.12程质量要求高,传统施工过程管理流程已不能很好1引言适应本工程建设的需要。以杭州市紫之隧道工程R为背景,基于BentleyMicrostationV8i平台,采用BIM技术的概念最早由美国的ChuckEastmanRR博士在三十年前首次提出,后由Autodesk公司基于PowerCivil软件,以ProjectWise作为数据交互平Autocad平台进行开发推广,发展至今已经成为世界台,对BIM技术在大型隧道工程设计、施工管理过范围内建筑领域信息技术应用的一大热点。BIM诞程中的具体应用、模型消费、数据发布进行实践生之初代表BuildingInformationModeling,意为建筑探索。信息建模,后来,这一概念拓展为BuildingInforma-[1]2项目概况tionManagement。BIM已经由最初对建筑按构件进行信息化表达,逐渐转化为建筑整体的信息集2．1隧道工程概况成;由单纯的建立建筑模型,转化为建筑信息集成紫之隧道(紫金港路-之江路)工程位于浙江和交互的平台。省杭州市。隧道南起之浦路,北至紫金港路,穿越BIM技术在我国大型工程项目中出现许多应用西湖西部群山,线路全长约14．1km(西线长14．084实例。在国家游泳中心、上海世博会中国国家馆、km,东线长14．067km),其中隧道长约13．9km,共天津港国际邮轮码头、杭州火车东站等国家重点项三条隧道,是全国目前建设规模最大的城市山体隧目中,BIM被作为数据集成和项目管理的平台,已经道群工程。工程总体规模为双向六车道,为机动车从单穿的技术应用深入到包含成本管理、进度管专用隧道,建成后将成为杭州市南北交通大动脉。理、质量管理方面的项目管理集成应用中来,并向基于网络的多方协同应用转变[2-5]。2．2工程特点和难点杭州市紫金港路-之江路隧道工程(以下简称紫之隧道土建第Ⅲ标段东线隧道长度3290m,紫之隧道)穿越西湖景区山体,全长14．1km,是国内西线隧道长度3300m,整体为山岭隧道。该标段隧目前最大的城市山体隧道群工程。其设计、施工、道沿线地形、地质情况复杂,结构难度大。设计过运营各环节涉及专业众多,施工外部环境复杂,工程涉及地勘、线路、隧道结构、通风、给排水等9大专【作者简介】郑楠(1984-),女,工学硕士,工程师。主要从事隧道及地下空间的设计及研究工作。 66业,十余个子项的设计内容。又由于隧道地处西湖质模型和隧道主体模型的精确定位结合和全参数景区,建设过程中环境控制条件严格,外部环境制化的隧道主体建模是此次BIM模型最大的特点。约条件多,施工场地狭窄,对设计、施工一体化程度3．1地形地质模型建立要求高。隧道建设以地形、地质条件为背景,精确的地形、地质模型的创建是整个隧道BIM建模的基础。在隧道模型建模之初,首先确定坐标系统、高程系统,列出隧道起点与终点的高程信息、坐标信息,在地形地质模型中精确定位。通过对项目范围内等高线数据进行修正和补全,首先在BentleyRGeopack中将等高线数据处理成为数字三角网,进而形成数字地面模型。建模流程如图2所示。在RGeostation软件环境中将处理完毕的不同层级地质模型以及该区域所存在的断层、滑坡体等信息整合为一体,形成紫之隧道Ⅲ标地形地质模型(见图3)。图1紫之隧道2．3BIM应用目标图2数字地面模型创建流程为了保证项目实施进度和对项目设计、施工过程进行有效管理,该标段引入BIM技术框架,作为工程设计施工一体化管理平台,在设计、施工过程中进行设计方案优化,施工成本预测,施工组织优化,实现项目进程把控,信息采集和质量控制的管理目的。2．4软件平台R项目采用BentleyMicrostation系列软件作为软件平台。整个软件平台架构分为四个部分:DTM地图3地质模型形三维系统,地质三维设计系统,隧道三维设计系统和协同工作平台。3．1参数化隧道结构模型建立所采用的BIM应用软件模块主要为:地质三维R隧道三维模型的特点是采用PowerCivil平台R设计系统Geostation,隧道设计软件BentleyPower-下的全参数化建模方式,优势在于可对结构尺寸,RcivilSS4,以及统一管理环境和公共数据访问框架衬砌形式等进行后期修改、更新,避免了重复建模。的协同设计平台ProjectWise。R隧道平纵曲线在PowerCivil软件中完成空间拟合,精度达到0．01m,并实现了按照桩号进行横断面3模型建立管理。隧道横断面建模则可实现全参数化设计,即紫之隧道土建第三标段的BIM模型主要由地断面信息可最终由参数点表达,便于后期模型修改形地质模型和隧道主体模型两部分组成。地形、地和更新,并创建支护断面类型库文件供调用(见图 BIM技术在大型城市隧道工程———紫之隧道中的应用初探67图4隧道参数化横断面模板设计4)。隧道衬砌,防水层,两侧的管沟均关联相对应构设计,实现各专业联动的材料属性,后期可实现工程量的自动计算和统在土建第Ⅲ标段中,2号、3号隧道洞口间距较计。横断面与平纵曲线相互关联,实现沿空间线路小,形成毗邻隧道,洞口污染物扩散易形成窜流。准确放样,不同衬砌段间精准对接。周边有龙井茶保护区、居民点等环境敏感点。洞口在横通道、地下风机房连接处等结构相交区设计与地形地质分析、通风井布置、污染物扩散规域,利用隧道结构三维模型实现了衬砌的精确相律和现场施工场地布置等联动,在传统在二维设计贯,解决了在二维环境下难以实现的结构构件表达中难以实现。难题(见图5)。利用BIM模型作为数据平台,各专业设计成果在统一模型环境中集成,通过参数化的模型结合通风分析软件,结合地形模型和地质信息的读取完成风井和洞口的定位,并通过三维模型进行了现场施工场地优化布置和施工机械选型,解决了这一问题。设计结果直观,和现场情况吻合度高,可直接与施工方案衔接,避免了设计施工过程的重复,设计程序得以优化。(2)按里程切取地形地质剖面,地质属性查询配合施工方案的制定地形地质模型与隧道模型耦合,隧道BIM模型图5地下风机房和风井模型不单表达隧道自身结构,而且支持选取不同衬砌段生成该衬砌段地质纵剖面图,也能够输入任意桩号4BIM模型应用得到剖面图,能剖面图中查询里程桩号、埋深和地质属性,多个视图保持联动(见图6)。在施工过程BIM作为基于信息技术,利用三维几何模型对中,勘察信息可直观的读取,施工人员能及时掌握建筑按构件进行精确表达的集成平台,具有直观掌子面的地层、地质信息,对不良地质和危险地层[1][8]性、可分析性、可共享性和可管理性的特性。进行及时反馈,解决了传统隧道工程中需根据平面BIM模型在工程中的应用即是对这四种特性的充分地质图纸进行开挖面地层推测的问题。运用。2#隧道西线掌子面施工里程K5+307的白虎(1)结合地质属性查询,利用BIM模型优化结湾生态茶园处为长距离浅埋偏压地段施工。通过 68图6隧道和地质模型剖面图R查询准确的地质模型,掌握开挖掌子面周边的围岩通过在PowerCivil中所提取的工程量,与施工地质条件、埋深等信息,配合掌子面地质情况的变单位每个月进行的成本分析相结合,可进行材料的化,及时调整施工方案,降低了施工风险,顺利的通消耗量、各阶段的成本的分析,及时掌握原材料使过了白虎湾生态茶园。用、调配情况,对施工过程的成本管控具有重要(3)工程量精确统计,报表生成、成本分析作用。(4)进行结构、管线碰撞检查,实现结构设计细部表达,提高施工效率隧道工程中,匝道隧道与主线隧道连接处、隧道与车行横通道等结构交汇处等,空间结构复杂,给排水、消防管道、强弱电管沟也在此交汇,在二维设计环境中难以表达,施工环节则需要现场放样。设计过程重复,施工时工期较长,施工质量也难以保证。在BIM环境中,这类空间问题则可以得到快速解决,并能准确表达,直接供施工阶段使用(见图8)。图7工程量报表建模完成的精确隧道模型,可对各部分模型进行准确的工程量提取。隧道工程不同于一般建筑工程,在隧道的开挖过程中,其不可控制的因素相对较多,使得建筑材料实际用量和设计理论计算差距较大。RPowerCivil在隧道横断面参数化建模时就对隧道衬砌,钢筋等构件赋予了材料属性,模型建立后图8交叉口结构模型可自动同步生成工程量。 BIM技术在大型城市隧道工程———紫之隧道中的应用初探69本项目中利用华东院自身开发的基于Microsta-隧道衬砌支护、预支护措施、施工工法,机电附Rtion平台运行的钢筋设计模块,完善了隧道结构模属工程等设计文档按照不同围岩类型与隧道模型型,实现了钢筋这一主要建筑材料的自动配筋(见直接关联。用户可通过模型直接打开关联文件,访图9),自动计量和大样生成,在隧道主线与横通道问查询全套设计资料(如图10),并可将隧道的施工等结构交叉处可生成精确的钢筋大样,对提高了现信息添加进去,进行比对,可及时掌握施工过程中场施工效率。的变动,实现建设管理问题量化分析,大大提高了隧道工程中信息采集、处理和查询的效率。图9交叉口配筋模型(5)工程数据集成,关联模型,实时查询在大型隧道工程中,所需要的图纸、报表等工程相关信息、资料数量庞大。本项目中,BIM模型以隧道三维模型为索引,实现了按桩号查找管理信息、资料的功能。图10在模型中查询相关图档信息图11I-model及现场交底 70(6)通过ipad,i-model形式以及三维PDF模将不断得以开发,对于丰富和完善BIM在全建筑行式实现模型轻量化业的应用有良好的补充完善和促进作用。本工程的BIM模型及相关信息最后均可以i-参考文献model的形式进行轻量化,打印到PDF中,或发布到[1]马智亮.追根溯源看BIM技术的应用价值和发展趋移动终端如iPad、PC机中,进行模型漫游展示,现场势[J].施工技术,2015,3(6):1-3.决策会商。[2]住房城乡建设部信息中心.中国建筑施工行业信息化(7)结合监测、采购信息,进行隧道运营维护发展报告(2015)BIM深度应用与发展[R].中国城市管理出版社.2015.最终的BIM模型还可与第三方监测进行结合,[3]刘占省,赵明,徐瑞龙.BIM技术在我国的研发及工程应用[J].建筑技术,2013,10(4):893-897.将监测信息与模型关联,对现场施工质量、安全、工[4]张建平,李丁,林佳瑞,等.BIM在工程施工中的应用程量及进度进行数据采集和数据评估。也可根据[J].施工技术,2012,41(371):10-17.现场采集数据,依照精确的施工进度管理采购计[5]苏小超,蔡浩,郭东军,奉祁林.BIM技术在城市地下划,跟踪合同执行情况。空间开发中的应用[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2014,6(3):219-224.5结语[6]中国建筑施工行业信息化发展报告(2014)—BIM应用与发展[M].北京:中国城市出版社,2014.BIM技术应用于紫之隧道土建第三标段设计、[7]刘占省,王泽强,张桐睿,等.BIM技术全寿命周期一施工和后期运营的全生命周期中,成为项目进行工体化应用研究[J].施工技术,2013,42(18):91-95.程数据采集,建设过程集成管理,把控项目进程的[8]任江,郭娜,钟崇光.BIM技术在城市地下空间开发利综合管理平台。起到了缩加快工程建设进度,节约用之应用初探[J].土木建筑工程信息技术,2013,5建筑材料,优化设计、施工方案的作用,实现了重要(3):93-96.的经济和技术效益。[9]张建平,余芳强,李丁.面向建筑全生命期的集成BIM随着BIM应用软件的不断发展,以及BIM应用建模技术研究[J].土木建筑工程信息技术,2012,4标准的逐步建立,BIM在隧道工程等领域的应用点(1):6-14.ApplicationofBIMTechnologyintheZIZHITunnelProjectZhengNan,ChenChen(PowerchinaHuadongEngineering,Hangzhou310014,China)Abstract:BIMtechnologyastheuseofthree-dimensionalgeometricmodelofthebuildingbymeansofanac-curateexpressionofinformationintegrationplatform,intuitive,analyzable,canbesharedandmanageabilityfea-tures．BIMtechnologycurrentlyusedforlargeconstructionprojects,inthetunnelprojectisrarelyappliedprece-dent．InthisArticle,inthebackgroundofthelargestcitytunnelgroup-Hangzhoupurpletunnelengineering,ex-ploretheApplicationofBIMtechnologyinlarge-scaletunnelproject.RKeyWords:BIMTechnology;MicrostationPowerCivil;3DTunnelModel;IntegratedApplication