BIM 技术在上海穿越共同沟地下通道建设中的应用分析

张鹏飞

(上海世博发展(集团)公司，上海 200125)

1 项目背景

上海世博园区B 片区央企总部基地是后世博开发项目重要组成部分，工程位于世博园区“一轴四馆”西侧，为了实现世博B 片区央企总部内部地下空间大连通，在博成路下方需要设置3条南北向地下连接通道。现有博成路东西向横穿B 片区央企总部基地，其下方有一条已经建成并正在使用的东西走向共同沟，共同沟断面尺寸为3.3(宽)m ×3.8(高)m。通道采用明挖法施工工艺，施工期间共同沟进行原位保护，难度极大。(图1)

图1 2#通道基坑围护平面示意图

此外整条共同沟内在施工期间处于运营状态，内部敷设的电力、电信、上水等管线对沉降敏感度高，保护难度大，因此通道施工需要选择一种安全性及可靠度的工艺，封闭围护结构。博成路下的共同沟为保障世博园区的正常运营起到至关重要的作用，这也对穿越博成路共同沟的三条地下通道的施工提出了非常严峻的考验。主要难点如下:

1.1 共同沟的断面大、管线综合度高

1.2 共同沟沉降控制要求高

共同沟设计单位给予施工控制指标为伸缩缝差异沉降≤10mm，总沉降量≤20mm;

1.3 共同沟结构复杂

1.4 共同沟原位保护难度高

由于博成路下方共同沟在完善世博园区功能上的重要性，故无法在通道施工前对共同沟进行迁改，只能在通道施工期实施原位保护;

1.5 三条通道的基坑围护体系未封闭

由于共同沟横穿围护结构，导致共同沟断面范围内的钻孔灌注桩围护结构不能连续施作，间隔的长度为3.3m。3.3m 长的围护结构如果无法封闭，基坑施工是无法实施的;

1.6 施工影响到承压水层

三条通道采用明挖法施工，均要穿越上海最大的共同沟，通道顶板距共同沟底板最小净距仅0.5m;基坑开挖面积较大，距基坑坑底仅2.7m 处就有承压水层;

1.7 施工现场作业面小

现场场地较小，机械设备不容易移位;

1.8 施工工期紧

因此，应用BIM 技术辅助辅助决策、设计、施工，控制进度和成本成为各方共识。

2 BIM 技术应用

为了能够兼顾效率和流程，在世博B 片区央企总部基地，将BIM 的服务对象定义为既满足BIM 应用的总体要求，同时又能辅助业主的项目管理工作。为了实现这一BIM 应用目标，世博B片区项目在BIM 实施过程中采用了矩阵式的实施/管理体系，如图2 所示。在这样的矩阵式BIM 实施/管理体系中领导也对各方的职责作了明确规定。

图2 矩阵式的实施/管理体系

图3 设计单位通道BIM 模型

在2013 年8 月份首次应用BIM 技术对2#通道施工方案进行模拟(图4)了之后，业主方组织设计、施工单位，并邀请专家参与评审，对之前的施工方案进行了如下调整:1)根据施工模拟后各方提出的建议，设计单位目前已将第二道钢支撑南侧的位置进行了调整，这样在后期结构施工时大约可节约半个月的时间;2)另一方面，出于对共同沟底部MJS斜桩施工完成后基坑安全性的考虑，经专家评审后MJS 斜桩改为直桩，但考虑到仍有风险，原有的封钢板仍保留，因此次方案调整对现场施工进度基本无影响;3)受到土质情况的影响，基坑边缘处污水管清障方案由原有的大开挖调整为施打钢板桩方案，此处调整已影响现场的工期。

图4 2#通道Delmia 施工模拟视频截图

2013 年12 月1 日，BIM 工程师和施工单位重新对施工进度进行了模拟，由于现场施工进度已出现拖延，本次模拟已考虑加快挖土和换撑的速度，同时考虑缩短底板的养护时间。截至2013 年12 月17 日，2#通道已完成第四道支撑施工，虽然由于管线清障等因素的影响，施工单位在前期桩基和悬吊施工时比原进度计划(2013 年8 月版)出现了拖延，但是通过增加作业班组，加快挖土速度，缩短了延误的工期，与重新模拟得到的新的进度计划保持高度的一致，同时如采用技术手段缩短底板养护时间，再加之第二道换支撑范围已缩小，无疑为顺利通车提供了有利的支持。

对违建处理不能过于强硬，应给予建造人一定的时间补办审批手续。针对于扩建违章等情况，需要责令建造人在规定时间内拆除。随着我国法律制度的不断完善，超土地建设情况的发生率显著降低。

通过第二次施工进度模拟，验证了2#通道可以于2014 年4 月底完成道路恢复，但仍对以下风险点进行了预警:1)天气因素的影响。由于施工时已进入冬季，会面临较多的雨雪天，同时气温也会降低，或多或少的会影响后期的施工进度;2)管线恢复由专业单位进行，进度控制存在一定的困难。

针对天气因素影响，BIM 工程师建议提前进行人员调配，在晴好天气时适当增加作业人员，确保12 月30 日完成底板施工和春节前完成地下二层中板回筑施工，针对管线恢复事宜，业主提前组织有关专业单位进场，加强协调力度，确保管线恢复的工期。

3 BIM 技术的应用价值分析

从国内外BIM 技术在工程项目建设中的应用情况看，BIM 可以在项目建设的各个阶段发挥价值。另外4D 仿真以其直观可视化特性揭露施工过程中施工空间、设施、资源之间可能存在的冲突和不足，以利施工计划的改进，可显著提高计划的可实施性。对工程重难点部位，依托模型进行虚拟现实施工，即通过预拼装、预施工可以提前发现实际施工过程中可能出现的问题或质量安全隐患，在施工方案阶段就得以优化。

在世博B 片区通道项目中，BIM 的应用价值主要在设计和施工两阶段得到了充分体现。

3.1 BIM 在通道项目设计阶段的应用价值

3.1.1 通过BIM 实现可视化设计，规避设计盲点

在设计初期，应用BIM 模型推敲设计方案的合理性，控制连通道与共同沟之间的空间定位(图5)。设计过程随时可以调出相应的三维截图，向业主与专家汇报方案，论证可行性，保证沟通过程中信息的顺畅表达，同时也能避免不同设计主体设计交互中的信息传达错误。

图6 校核标高

在结构设计与BIM 设计相互交流的过程中，可以通过BIM 设计与二维设计的校核发现诸如结构标高尺寸不一致、实际围护桩数量与设计图纸提供的工程量不符合等问题，及时纠正，减少设计图纸的变更次数，提高出图质量(如图6-7)。

图7 施工图精度的三通道与共同沟

图8 共同沟与地道横剖面关系图

3.1.3 体现设计细节，优化设计方案

通过BIM 模型清楚反映了在2 号通道的共同沟处未封闭空间的大小以及斜打桩的最小长度以及平面位置;同时，通过BIM 在设计工作中的应用辅助设计人员设计出合理的“增加竖向钢围檩+钢横列板”的方案，来确保基坑开挖的安全性。

在类似穿越共同沟地下通道施工项目这种复杂工程设计方案的形成过程中，通常二维图纸和效果图不能完全展示项目形态，只能依靠BIM 模型来展示(图8)。通过BIM 模型可以预警如果施工保障措施不到位将会出现的变形过大，导致基坑失稳和共同沟开裂等严重后果。对BIM 暴露出来的工程问题，专家与相关单位反复沟通和验证，重新设计新的围护方案，降低了工程的风险，推动了工程的顺利实施。

3.1.4 高精度BIM 模型，贯通设计施工

设计方将完全达到施工深度的BIM 模型交付予施工单位，顺利实现工程BIM 信息的有效传递与过度。通过后期相互配合与方案讨论，施工方在原有静态模型的基础上，预演了整个工程的施工动态模拟并合理安排好实施工期，保证施工进度可控。

3.2 BIM 技术在通道项目施工阶段的应用价值

3.2.1 BIM 虚拟建造便于对复杂工序的理解

悬吊下共同沟下土体开挖，共同沟下围护结构是边开挖边封闭钢板的，一次开挖通常不能暴露过多，并且共同沟下纵横向支撑挖土也比较困难，通过BIM 演示在挖机高度及开挖范围内确定共同沟下每一次开挖的深度及收土顺序，加快开挖速度并保证开挖安全。

3.2.2 BIM 对进度计划的有效管控

博成路三条地下连通道工程在围护施工阶段，涉及到了钻孔灌注桩、三轴搅拌桩、高压旋喷桩、MJS 工法桩，机械设备比较多，而现场施工场地又非常小，工期非常紧。通过BIM 将三个通道及施工现场3D 模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，建立4D 施工信息模型。实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。

经过反复分析和斟酌，采用了三款软件Naviswork(图9)、Synchro(图10)、Delmia(图4)，分别对穿越博城路的地下2 号通道进行了4D 施工模拟，输出3 个视频文件并提出工期预警。

图9 2#通道Navisworks 施工模拟视频截图

图10 2#通道Synchro 施工模拟视频截图

4 结语

后世博地下空间开发工程应用BIM 技术辅助决策、设计、施工是成功的，在确保世博园区绿色施工，共同沟运营条件下，成功对共同沟围护结构进行了封闭，保证了基坑开挖的安全及共同沟的稳定。目前地下空间开发正以蓬勃之势发展，BIM 技术非常有价值。本文针对此问题提供了一种新思路及方法，并在下穿共同沟通道中得到很好的应用BIM，具有较大的推广潜力。

在穿博成路共同沟三条地下通道项目中应用BIM技术表明:结合上海市科委《后世博大型建筑群体数字化协同管理关键技术研究》课题研究，通过BIM 技术虚拟建造，做到了:一是在技术上解决了大断面共同沟下施工明挖地下通道难点;二是安全上保证了运营中共同沟及基坑的安全;三是工期上节约了40 天，在2013年春节前完成3 个通道主体结构施工，保证了博成路在亚信峰会前通车要求;四是利用BIM 技术优化工艺，相对比与顶管法节约了1 100 万。因此，该项目BIM 技术的应用，是国内科研和生产结合的一个成功典范，也是BIM 技术应用的成功案例。

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