基于BIM隧道多工区多工作面施工组织管理技术研究及应用

基于BIM隧道多工区多工作面施工组织管理技术研究及应用

张文德1闫铁钢2马利鹏3杭春4常群5

中铁三局集团广东建设集团有限公司广东511400

摘要：隧道工程一般具有多工区多工作面，数据复杂且不易把握解读；同时施工过程是一个动态的过程，管理不便。为解决上述问题，提出了基于BIM的隧道多工区多工作面施工组织管理技术研究及应用。本文以Revit建立隧道、轨道模型，利用3DVIAComposer三维交互式浏览技术，实现轻量化处理。通过与BIM技术相结合实时的监控隧道工程中的施工过程、收集项目中各个工序的具体数据、并运用BIM技术构建参数化模型以指导构件标准化生产、规范化装配以及其智能化控制，从而达到对项目质量安全预警的目的。

关键词：BIM三维技术交底BIM技术协同管理动态施工信息管理通风排水设计

Studyontunnelconstructiontechnologyundertheconditionofwater-richfracturegeology

ZhangWende1YanTiegang2MaLipeng3HangChun4ChangQun5

（ChinaRailwayNO.3EngineeringGroupCO.，Ltd.GuangdongConstructionEngineeringCo.，Ltd.511400，China）

Abstract：Tunnelengineeringusuallyworkswithwork-areasandwork-face.it'sstatisticsaretocomplextooanalyze，meanwhiletheprocessisdynamic，makesithardtomanage.Tosolvetheseproblemsabove，wecomeupwiththeresearchandapplyoftunnelengineworkswithwork-areasandwork-facesthatbasedonBIM.ThisarticlesetupTunnelandPathwayModelbyRevitandrealizelightweightdesignby3DVIAcomputer3Dinteractivebrowsetechnology.whilewecombinetheBIMtechnologytomonitortheconstructionprocessoftunnelengineering；tocollectstatisticsofeachprocessinaproject；toutilizethedesigndataofconstructedBIMparametricmodeltoinstructstandardizedproductionofcombinecomponents，intelligentcontrol，standardizedassembly，andtoearlywarning.

Keywords：Buildinginformationmodeling；3Dtechnicaldisclosure；BIMtechnologycoordinatedmanagement；dynamicconstructioninformationmanagement；ventilateanddrainagedesign.

1引言

万安隧道走向为东南方向（角度约114°），采用单洞双线形式，线路里程为DK296+527.72~DK310+455.5，线路总长为13927.78m。Ⅲ级围岩9640m、Ⅳ级围岩2475m、Ⅴ级围岩1812.78m，洞口地高程为174m，出口地高程为332.7m，线路最大埋置深度约为718.95m。隧道内部坡度设置为人字披，两坡度分别为18.4‰、-3‰。其中，DK308+325.89~DK310+205.91部分位于右偏曲线上，曲线半径为10000m，其余线路位于直线上。

本隧道辅助坑道设置情况分别为：斜井位置方面。线路左侧DK298+510处为南元坑斜井、线路左侧DK302+650处为九龙坑斜井、线路右侧DK306+426处为陈屋斜井。斜井深度方面。南元坑斜井深度为333m，九龙坑斜井深度为1631m，陈屋斜井深度为668m。斜井断面形式方面。除陈屋斜井为无轨运输双车道，南元坑和九龙坑斜井均为无轨运输单车道衬砌断面。

2主要技术标准

铁路等级为客运专线；正线数目为双线；线路设计速度为250km/h，同时留出了进一步提速空间；线间距为5.0m；最小曲线半径：困难地段4000m，若地形条件较好，可对曲线半径进行进一步放宽；最大坡度为20‰；到发线有效长度为650m；列车运行控制方式为自动控制；调度指挥方式为调度集中。

3研究背景

不同于其他施工，铁路隧道的施工过程是一个高度动态的过程。由于其具有施工作业面多、工序转换复杂、各工种交错施工的特点，因而铁路隧道施工在工程量计算、现场施工进度管理、技术交底质量等方面都有较高的要求。然而目前的施工进度都是用平面的横道图形式来表示，无法真实的呈现现场施工各工序的空间关系，也不能准确的表达出各个工作面动态施工过程。同时，由于现场施工组织人手识图能力有限，并不能有效的识别平面图，因此现场技术交底较为困难。

在此背景下，以三维可视化数字模型为基础，利用数字仿真，模拟模型的三维几何信息和非几何信息[1]，实现BIM可视化虚拟仿真技术，即实现工程结构大小及施工方案中重难点的虚拟再现。同时通过在BIM模型中加入时间维度，虚拟的施工工序等因素，实现了工程的虚拟化施工。由此可见，BIM技术将会为隧道施工的创新不断提供发展方向。

4施工质量安全成本管理

施工质量管理包括三个阶段，施工准备阶段的质量管理、施工阶段的质量管理、竣工验收阶段的质量管理。

4.1施工质量管理

施工准备阶段。签订施工合同后，应建立合理的项目管理机构、质量保障体系以及质量责任制。同时在工程测量管理、图纸会审、确保分包工程以及物资采购工作方面也应合理管理。最后还应对施工组织人员进行施工方面的技能培训。

施工阶段。首先应确保技术交底无误。若施工组织的编制有项目经理参与，应由项目经理部门相关技术人员负责书面交底并签署相关技术交底文件以作为施工依据。同时也应严格把握工程测量质量、施工工序、机械设备质量、材料质量。当改变施工工序时，应注意符合规定的程序，注意保护已经完成的单位。

单位工程完成后，应进行最后的检验和实验。并由项目经理及相关技术人员进行现场鉴定。

4.2施工安全管理

安全责任制方面。应让项目经理成为工程安全生产的第一责任人。并由项目经理带领各级、各部门的施工组织管理。施工过程中的安全问题主要由工程部门负责；技术设计与方案实施的安全问题由技术部门把控；设备部门则应切实管理好机械设备。

同时也应加强安全教育。提高施工安全最重要的根本方法就是增强安全教育。因此，要狠抓各个工种的安全操作教育、工人的劳动纪律、切实提高工人作业环境。

4.3施工成本管理

施工成本主要分为可变成本和固定成本两部分。其中，固定成本指的是管理过程中所需成本，由于其与施工中的工程量无关，因而常保持在较稳定的比例。要抓好成本控制本质上就是抓好各个环节的控制，也就是要坚持计划指导生产。同时应注意加强人工管理，以控制人工成本；加强材料、机械管理费用的控制；加强质量安全管理以杜绝事。

5BIM平台搭建

5.1团队组建及数据收集

合理利用隧道动态施工信息系统就能够充分的使计算机的分析能力的到体现，从而达到对隧道施工数据和观测信息的收集、录入、查询以及分析，最终达到提高管理效率的目的。但是由于隧道结构和其围岩的复杂性，一般的监测数据较为繁琐并难以着手处理。因此，BIM作为专门针对建筑工程而发展的一种可视化信息模型[2]，其有很强大的适应性在建筑领域迅速发展。他的适应性主要体现在信息标准化、信息集成化、建模参数化等独特标准。在实现BIM模型的过程中，创建工程项目的数字化信息模型，进而达到提高工程的设计、施工和运营管理水平的目的。BIM模型的核心即整个项目实现的过程中信息的共享和交换，这一点在隧道施工中尤为重要，由此可见未来隧道施工过程中BIM技术将会愈发重要。

5.2隧道BIM模型的建立

本文采用BIM设计软件系列中的AutodeskRevit进行隧道结构模型的建立。TSP数据三维地质模型[3]则采用BIM系列软件中的CATIA模型构建。通过解译可视化TSP数据，能实时更新隧道超前地质预报，并将实时信息及时发布共享；同时，通过将BIM技术、物联网、云平台等信息技术融入传统的隧道施工组织技术中[4]，自主研制出同时结合BIM和云平台技术的隧道施工监测信息系统。其中利用REVIT软件建立的部分围岩断面图如下：

图1Ⅲa级围岩断面

图2Ⅲb级围岩断面

图3轨道控件

6三维技术交底

该项目在BIM施工模型的基础上，结合3DVIAComposer三维交互式浏览技术，实现了BIM模型的轻量化处理[5]，结合必要的文字概要、工程文档、图纸、视频等，并对重要工程结构和施工构件进行参数标注，形成三维化的“图纸”和工程信息电子文档[6]。

技术交底方面则结合BIM技术和VR技术。这种全新的交底技术一方面提高了交底效率，另一方面也能保证每道工序符合设计规范和施工规范。

7施工动态模拟

利用BIM技术进行安全、质量动态管理，通过外部端可动态查看质量、安全问题发生趋势，依据问题发生的次数多少，及时的调整运营方案，合理的制定出适合的管理策略，使得管理方案更加具有实践性、操作性、指导性。只有这样才能及时的杜绝问题的进一步扩大，从而最大程度减少损失。通过BIM5D平台来开展工地例会，可以实现信息化办公，并且能更高效、直接的展示工作进度、质量、物料等问题，更加利于施工中出现的问题的解决。与传统工地上的例会相比，BIM5D平台开展的工地例会能更具针对性的进行技术交底，有效避免同类问题屡次出现。

8隧道通风、排水模拟

整个隧道工程的施工过程中，作业环境应符合职业健康及安全标准。因而通风、排水尤为重要。

隧道通风方式为压入式通风，即在进口处设置2×110KW轴流主风机，使得空气由尺寸为φ1500mm的风筒压入开挖断面，同时隧道内空气沿隧道自动外排。

本隧道地下水主要为松散层岩土体孔隙水、基岩裂隙水、构造裂隙水三类，地下水补给来源主要为大气降水，其补给量的控制因素包括降水强度，降水持续时长，地形等。

排水方式采用反坡形式，采用机械方法进行排水，其中用到的机具为固定泵站和移动泵站。排水过程为：先由移动式水泵将施工断面积水抽离至已设置好的集水坑内，其余地区积水可通过开挖的隧道水沟引流至集水坑。水流引至集水坑后，再由固定水泵将积水排至上一级集水坑中，逐级将积水排至洞外。方案拟采用1台水泵以及1台备用水泵，针对涌水量、积水量大小适当调整水泵数量。

9结论

（1）利用CATIA初步建立TSP数据的三维地质模型，解译可视化TSP数据，达到实时更新超前地质预报成果，从而实现信息的共享。同时将BIM等信息技术融入隧道施工检测过程以实现实时监测施工的目的。

（2）结合BIM技术和VR技术进行安全教育体验及交底工作，不仅提高了工作效率，同时保证了工程中的每道工序均能按设计规范及施工规范要求执行，避免了交叉作业混乱，保障工程质量。

（3）BIM技术中具有的信息标准化、集成化，以及建模参数化等独特标准，在隧道的设计施工中将越来越重要。

参考文献：

[1]何关培.BIM总论[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]郑博文.基于BIM技术JD项目施工成本控制研究[D].大连：大连理工大学，2016.

[3]李君君，李俊松，王海彦.基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术，2016（01）：6-10，51.

[4]张建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的应用[J]施工技术，2012，41（16）：10-17.

[5]蒋爱明，黄苏.BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用[J].施工技术，2014，43（15）：86-89.

[6]黄亚斌.BIM技术在设计中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（4）：71-78.