BIM 技术在综合管廊顶管施工精准化管理中的应用

万 磊，杜利鹏

1.中铁十七局集团第一工程有限公司，山东 青岛 266000；2.中铁十七局集团有限公司，山西 太原 030006

BIM（Building Information Modeling）技术是以三维信息模型技术为基础，通过对规划、设计、建造和运维等全生命周期模拟和分析，实现对项目工期、成本、质量和安全等全过程的可测可控精准化管理，达到节约成本、缩短工期、确保质量和保证安全等目的。

1 工程概况

南京市江北新区综合管廊项目位于国家级江北新区核心地段，建设总里程53.41km，施工总工期五年，入廊管线包括有燃气、通信、电力、给水、雨水、空调热力等十余种管线类型。

图1 顶管井平面位置BIM 模型

本项目顶管施工段主要集中在A2+568-A3+585 范围内，共计五段（如图1 所示），直线长度约1 公里，需下穿丰子河、浦滨路、浦口大道、镇南河路及上穿地铁10 号线。管节材料为钢筋混凝土，强度等级C50，抗渗等级P8。顶管分单双管两种，单管管节内径3.6m，双管管节内径2.4m，如表1 所示。

表1 江北新区顶管工程概况

2 施工前期BIM 技术应用

2.1 模型建立

2.1.1 顶管井BIM 模型

利用Revit 软件中的构件内建模型建立顶管井模型。以J3顶管井为例（如图2 所示），建立的主要模型构件包括，钻孔灌注桩、高压旋喷桩、冠梁、围檩及内衬等。在建立桩孔灌注桩和高压旋喷桩等构件时，根据设计尺寸在族文件中单独建立，然后倒入至项目文件中并放置在正确的位置。如需快速完成也可提前利用辅助线定位，通过阵列命令批量放置。

图2 J3 顶管井BIM 模型

2.1.2 管节BIM 模型

管节包括3.6m 和2.4m 两种，BIM 模型在族文件完成后载入项目文件进行连接拼装。建模时利用轴线锁定尺寸，参数化建模（如图3、4 所示），实现两种管径BIM 模型的自动转换。

图3 管节BIM 模型参数化驱动

图4 内径2.4m 管节BIM 模型

2.1.3 接入段建模

接入段属于带坡度变截面异形结构，常规的模型拉伸无法满足建模要求，本项目则在轮廓族文件中分别建立不同廊体截面后载入常规模型族文件中进行多截面融合，并通过调整不同截面相对高度，完成坡度设置，如图5 所示。

图5 接入段BIM 模型

2.2 可视化交底

本项目创造性的采用“F 型承插口+两道O 型聚异戊二烯密封橡胶圈”接口构造措施，解决了传统接口处止水效果差、无法做到事前检测的问题，但该防水构造图纸表达十分复杂，二维图纸难以完成高质量的技术交底。本项目在已有管节模型的基础上对接口防水构造进行深化二次建模，通过利用三维BIM模型，从多角度展示防水接口的构造形式，将交底信息的表达维度由二维平面提升至三维空间，增加了信息表达的形象性、直观性，协助作业人员快速把握施工重难点，实现交底内容的无缝传递，并利用模型多次与防水胶圈生产厂商进行技术交流，把控生产质量。

图6 防水节口构造BIM 模型

2.3 工程量计算

在基于BIM 技术的工程量统计方式下，通过Revit 中明细表统计功能，分区域、分节段将顶管模型中包含的混凝土、钢筋、模板及各类管线等构件工程用量方便快捷的统计出来。以J2 顶管井高压旋喷桩为例（设计图纸只给出桩间距和加固区域，而对如何布置并未直接说明），通过在revit 中对高压旋喷桩进行模拟排布，确定了桩位排布方式（如图7 所示），并计算了对应的工程用量，为现场施工精准化管理提供依据。

图7 J2 井高压旋喷桩工程量计算

2.4 三维空间检查

三维空间检查是分析建筑物内部空间合理性的效方式，以第三人视角制作漫游视频，按实际情况设置虚人物的身高和身宽［2］，利用该人物的身形尺寸判断当前该站位的空间尺寸时候合理。如图8 为正在对1#人员出入口的钢梯空间尺寸进行合理性判断，判断其是否影响管线运营使用和人员检修。

图8 三维空间检查

3 施工过程BIM 技术应用

3.1 三维场地布置的应用

利用Revit 软件将地形数据导入项目文件中，建立地形模型，按照1：1 的尺寸比例在地形模型上建立施工现场布置模型，模拟布置顶管施工不同阶段所需工程机械设备、材料堆场、办公场所等设施设备的位置和数量。将顶管施工现场场地信息化，提前判断材料堆场所需要的尺寸、面积、位置和各类机械、车辆的进场和行驶路线等是否合理，充分进行施工现场空间分析，合理规划场地布置，实现场地布置的精准化动态控制。

图9 三维场地布置

3.2 施工方案模拟的应用

对重难点施工方案进行模拟分析，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，提升各类技术方案的合理性和适用性，增强现场技术管控能力。本项目对顶管施工的十余项施工方案进行可视化模拟，以接入段模板台车选型为例，建立各种工况和工装设备的BIM 模型，辅以关键环节的工序模拟动画，最大限度还原真实施工现场情况，并将Revit 模型导入Abaqus 有限元分析软件中进行受力分析计算，避免多次重复建模，实现“一模多用”。最终经过多次比选确定了技术经济最合理、可实施性最高的双舱模板台车方案。

图10 模板台车方案比选BIM 模型

3.3 D 进度管理的应用

在Fuzor 软件中将顶管施工Revit 模型的构件与project 软件中的计划进度数据进行一一关联（细化至构件级别），以直观可视化特性表达出施工全过程中工作空间、设施、资源之间可能存在的冲突和不足，持续优化改进，提高计划进度的现场可实施性。此外，将现场实际施工进度输入BIM 模型中，实时对比现场进度与计划进度的快慢，动态调整，为实现合同工期提供保障。

3.4 5D 成本管理的应用

BIM5D 技术是在4D 进度管理模型基础上，添加各构件成本信息的BIM 模型技术。本项目通过建立顶管施工的BIM 5D模型，实现了顶管任意位置、任意时间成本信息的快速获取，通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、合价等数据的多算对比，判断消耗量有无超标，采购单价有无失控等问题，实现顶管施工成本风险的高效管控。

4 结语

顶管施工是地下综合管廊暗挖施工的主要形式之一［3］，具有机械化程度高，工期短，造价低，无噪声、绿色环保等优势，能较好的解决传统的管廊明挖施工所产生的诸多弊端。本项目通过BIM 技术在综合管廊顶管施工精准化管理中的应用，构建出了规范化的BIM 技术实施管控模式，形成了一套适用顶管施工的BIM 整体解决方案，取得了良好的技术经济效益，为实现顶管施工建设目标提供有力保障。