基于BIM技術(shù)對管廊工程施工過程中的優(yōu)化研究

鐘海霞 陳梅芳 陳力棟

(1.浙江省諸暨市職業(yè)教育中心,浙江 諸暨 311800; 2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

基于BIM技術(shù)對管廊工程施工過程中的優(yōu)化研究

鐘海霞1陳梅芳1陳力棟2

(1.浙江省諸暨市職業(yè)教育中心,浙江 諸暨 311800; 2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

·計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

針對地下管廊工程基坑施工及管線設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的問題，通過BIM技術(shù)建立的管廊族文件數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建管廊基坑三維Revit模型，將土方模型進(jìn)行細(xì)致劃分，并將模型文件導(dǎo)入Autodesk公司中的Navisworks軟件中進(jìn)行基坑開挖虛擬施工過程仿真，得出一些有價(jià)值的結(jié)論。

綜合管廊，明挖法，BIM技術(shù)，施工模型，數(shù)據(jù)庫

1 概述

管廊作為城市未來發(fā)展的主流，對推動城市的建設(shè)發(fā)展和社會進(jìn)步有重大深遠(yuǎn)的意義，管廊工程一般投入經(jīng)費(fèi)高，建造周期長，施工速度慢，安全性要求高，并且各方面溝通協(xié)調(diào)難度大，使得管廊工程的整個(gè)建設(shè)過程比較復(fù)雜，所以不管是管廊的設(shè)計(jì)、施工還是運(yùn)營管理都是我們關(guān)注的重中之重。而BIM(建筑信息模型)意在對建筑生命全周期進(jìn)行信息化管理，其主要應(yīng)用于項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)(概念+初步+施工圖)、加工制作(預(yù)制)、施工(安裝)、運(yùn)營和維護(hù)、改造(拆除)等階段中。本文以益陽管廊項(xiàng)目為例，利用BIM技術(shù)對管廊的基坑開挖和支護(hù)以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。BIM虛擬施工過程體系流程如圖1所示。

模擬基坑開挖土方模型是重要的建模部分，根據(jù)挖掘機(jī)每次開挖的土石方量進(jìn)行平均估計(jì)，可以將模型劃分為2 m×4 m×1 m的立方體模型，能更加真實(shí)的模擬每次挖掘機(jī)開挖的土方量，有利于模擬的真實(shí)性。土石方模型直接采用自帶樓板單元進(jìn)行創(chuàng)建，在結(jié)構(gòu)材質(zhì)中設(shè)置為土層。

1.1 管廊基坑虛擬施工過程仿真

1)管廊基坑放坡開挖方法。管廊基坑放坡開挖方法是基于傳統(tǒng)的一種基坑明挖施工模式，在基坑及邊坡開挖過程中最常見的一種方法，根據(jù)益陽在建管廊項(xiàng)目的現(xiàn)場狀況，對基坑兩側(cè)進(jìn)行約45°角坡度開挖模擬，工作平臺寬度設(shè)計(jì)為2.5 m，施工斷面示意圖如圖2所示。通過BIM對基坑進(jìn)行放坡開挖虛擬施工模擬，得出每延米基坑出土量為88.5 m3，根據(jù)初次開挖量及后續(xù)開挖量的工作時(shí)間進(jìn)行虛擬施工組織安排，通過虛擬施工文件得出放坡開挖法的總體施工時(shí)間大約需要8 d。

2)雙側(cè)面臺階法。雙側(cè)面臺階法如圖2所示，是通過Navisworks軟件虛擬施工建造過程提出的一種新的管廊基坑明挖施工方法，在Navisworks模擬施工優(yōu)化過程中，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)面臺階法在基坑明挖過程中有很大的優(yōu)勢，在同等的工程造價(jià)中，可以加快施工進(jìn)度，同時(shí)在施工過程中也是較為合理的。通過Navisworks對益陽市管廊基坑開挖雙側(cè)面臺階法進(jìn)行施工模擬，分析得出每延米基坑出土量為118.5 m3，根據(jù)初次開挖量和支護(hù)施工及后續(xù)開挖量的工作時(shí)間進(jìn)行虛擬施工組織安排，虛擬施工文件得出本方法的總體施工時(shí)間大約需要7 d。經(jīng)虛擬施工結(jié)果分析，在益陽管廊基坑開挖施工過程中，雙側(cè)面臺階法相比放坡開挖法有一定的優(yōu)勢和價(jià)值，但在施工過程中需要嚴(yán)格控制臺階的高度以免造成臺階的失穩(wěn)及滑落[13]。兩種方法具體對比如表1所示。

表1 兩種開挖方法對比

開挖方法初次總出土量/m3總體施工時(shí)間/d出土提高量/%進(jìn)度加快量/%基坑放坡開挖88．58雙側(cè)面臺階法118．573312．5

1.2 方法優(yōu)化意義

在兩種方案的基礎(chǔ)上，通過BIM技術(shù)手段，對放坡開挖與雙側(cè)面臺階法進(jìn)行綜合對比分析，明確了一次土方開挖量及整體施工進(jìn)度在兩種方法之間的關(guān)系。分析得出：針對益陽地區(qū)砂性土層條件，基坑開挖適合采用雙側(cè)面臺階法。

2 管廊設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

本文利用BIM技術(shù)獨(dú)有的優(yōu)化功能：模型的碰撞檢測優(yōu)化分析和三維虛擬漫游優(yōu)化分析對益陽管廊空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 管廊三維模型建立

管廊結(jié)構(gòu)模型采用已經(jīng)建立的管廊數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)框架族直接建立，改變族參數(shù)，設(shè)計(jì)直接滿足符合益陽管廊的結(jié)構(gòu)幾何尺寸，完成管廊的結(jié)構(gòu)建模。Revit建模體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的真實(shí)性，與設(shè)計(jì)尺寸、大小、材料和三維數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，通過Revit建立益陽管廊外結(jié)構(gòu)模型，模型如圖3所示。

管廊中管線布置較多，而基于BIM的三維管線建立技術(shù)改變了傳統(tǒng)二維圖紙的分析，三維管線模型是通過二維管線圖紙建立的管線模型，由于管線模型線路眾多比較復(fù)雜，通過三維模型可直接反映管線設(shè)計(jì)建立的碰撞和缺陷。

2.2 管廊碰撞檢測優(yōu)化分析

在Navisworks軟件中的碰撞檢測是針對益陽管廊設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤與缺陷產(chǎn)生的管線的交叉，結(jié)構(gòu)與管線的碰撞等問題的快速搜索，通過碰撞檢測分析功能可以直接搜索出有問題的設(shè)計(jì)地方。搜索發(fā)現(xiàn)益陽管廊設(shè)計(jì)中出現(xiàn)風(fēng)管與水管的碰撞，見圖4。

通過模擬檢測發(fā)現(xiàn)風(fēng)管與水管設(shè)計(jì)出現(xiàn)碰撞問題如圖5所示，經(jīng)修改設(shè)計(jì)之后再次進(jìn)行模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)風(fēng)管與水管的碰撞問題得到解決，模擬結(jié)果如圖6所示。

2.3 管廊三維虛擬漫游優(yōu)化分析

虛擬漫游在管廊模型深化設(shè)計(jì)中有很大的作用，虛擬漫游通過實(shí)時(shí)漫游，在管廊模型中以第三人視角直接觀看三維模型在設(shè)計(jì)中的問題，見圖7，可以通過設(shè)計(jì)第三人的高度、寬度、視角等進(jìn)行模型碰撞檢測難以檢測出的高度與寬度不滿足設(shè)計(jì)要求的非碰撞問題，對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。對建立的益陽管廊模型進(jìn)行虛擬漫游檢測，在檢測過程中并未發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不滿足要求的情況。

3 結(jié)語

1)利用BIM技術(shù)軟件Revit和Navisworks的無縫對接結(jié)合，通過虛擬施工技術(shù)對管廊明挖方法提出改善，得出一種“雙側(cè)面臺階法”的管廊施工技術(shù)，為管廊基坑明挖提供了一種新的參考方案。2)利用BIM技術(shù)對益陽管廊基坑開挖進(jìn)行虛擬施工過程仿真，分析得出在符合施工要求的前提下雙側(cè)面臺階法相比放坡開挖法可提高初次土方的開挖量33%，同時(shí)加快了12.5%的整體施工速度，因此益陽管廊選用雙側(cè)面臺階法進(jìn)行基坑開挖。3)針對益陽管廊項(xiàng)目利用管廊族文件數(shù)據(jù)庫建立三維模型，通過建筑、結(jié)構(gòu)模型間的碰撞檢測和虛擬漫游優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)管和水管的設(shè)計(jì)需要做出調(diào)整。BIM在管廊設(shè)計(jì)中可以及時(shí)檢查工程的問題，及時(shí)預(yù)覽和檢查模型中設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化模型，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。

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BasedonBIMtechnologyinthesubwayprojectintheestablishmentofthedatabaseandapplicationintheproject

ZhongHaixia1ChenMeifang1ChenLidong2

(1.ZhujiCityVocationalEducationCenterinZhejiangProvince,Zhuji311800,China;2.CollegeofResourceandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China)

Aiming at the problems that may arise in the construction of underground pits and the pipeline design process, a three-dimensional Revit model of the foundation pit of Yiyang Pits is established by using the database of the corridor family files established by BIM technology. The earthwork model is subdivided and the model File into Autodesk company’s Navisworks software to simulate the construction process of foundation pit excavation, and finally draws some valuable conclusions.

utility tunnel, open cut method, BIM technology, station model, data base

2017-10-26

鐘海霞(1974- )，女，講師; 陳梅芳(1963- )，女，高級講師

1009-6825(2017)35-0257-02

TP319

A