BIM技術在城市供水管道中的應用

孫軍，張旭東，楊景，周東波，王友琛

（1.中鐵七局第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055）

0 前言

隨著城市用水的不斷增加，供水管道工程在城市建設中的規模越來越大，且人們對供水質量要求越來越高，地質環境復雜化[1]，地下管道錯綜復雜等因素影響，供水管道施工難度逐漸增加。施工單位為了控制供水管道工程質量，加強供水管道施工問題研究，將BIM技術應用于供水管道工程，進行深化設計，成本控制，同時保證施工質量安全，培養一批綜合能力強的項目人才。

1 項目實例概況

1.1 項目概況

杭州市某供水管道包括3個盾構井，工程局部位置圖如圖1所示。

圖1 工程位置概況

兩個盾構區間全長5.6km，盾構井采用明挖順作法（下部采用框架逆作法）施工。盾構隧洞開挖直徑6.2m，襯后內徑5.5m，盾構隧洞內置一根DN3400管道。根據勘探孔揭露的地層結構、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質，結合靜力觸探試驗曲線，丘陵區表層為第四系覆蓋層，下部為各成因地質時代的巖層。平原區淺部為沖海積、海積、沖湖積等成因的土層，下部主要為性質較好的基巖。

1.2 工程難點

由于土層滲透性好，場區在工作井基坑開挖和盾構推進范圍內在一定的水利梯度下容易產生流土，管涌等滲透變形及破壞現象，且在局部地區分布有軟土不良地質。在本工程盾構區間穿越中高壓燃氣、周邊工地通訊管道、電力管道及井等，施工中應注意穿越位置，加強天然氣、電力等管線的保護。盾構區間下穿重要管線的風險等級較高，是本工程的重點之一，應編制專項保護方案，并且保證滿足管線產權單位審批要求，并簽訂管線監護協議。保護地下管線是盾構推進的重要部分，在施工過程中必須采取措施，減少地表變形量，以確保管線安全。

2 BIM 技術在工程施工中的應用

2.1 BIM 模型的建立

傳統的二維圖紙，空間描述性不足，也難以反映工程現場狀況，常發生無法預期的空間沖突，造成工期的延長及人力金錢成本的增加。采用BIM技術，建立3D模型按照預定的施工計劃可將工地狀況在計算機中進行仿真，找出施工中可能存在的空間設計及時間沖突，及早的進行施工計劃的調整，提前發現沖突并進行排除，而且關于項目構件的很多數據，例如構造、材質等都會附著在模型信息上，大大提高信息化水平和工作效率[2]。采用revit建立的盾構井模型如圖2所示。

2.2 地質模型建立

圖2 三維盾構井

由于隧洞埋于地下，其地質環境復雜多變，僅僅依靠鉆探孔揭露的地質特點不夠全面，在施工過程中存在一定的盲目性[3]，依靠文字和簡單的二維圖形對地質環境的描述性不足，且缺少可讀性。可視化的三維結構信息模型有助于施工方解讀工程信息[4]，盾構過程中需要根據不同的地層情況設置不同的盾構參數。根據地勘報告并結合地質圖紙對工程地質模型建立的三維地質模型如圖3所示，對工程地質信息有更強的表達和存儲能力，不同的地質環境賦予不同的材料，添加區分度大的顏色，可以大幅提高設計施工人員對工程地質環境的理解。

圖3 三維地質模型

2.3 碰撞檢測

傳統的二維設計方法常導致各專業的設計信息傳遞不暢甚至產生錯誤,嚴重影響了工作效率與設計質量。由此產生的設計變更和返工對建設成本造成了很大的負面影響。針對這一現象，一般采用碰撞檢測的方式來避免，然而傳統的技術交底和圖紙會審都無法高效的解決問題。應用BIM軟件檢查施工圖設計階段的碰撞問題，避免空間沖突，防止設計錯誤傳遞到施工階段[5]，采用Navisworks軟件建立的碰撞檢驗如圖4所示，添加檢測結構，設置碰撞規則，便可以生成碰撞結構，得到碰撞報告。從三維空間完整、直觀地呈現了設計的全部內容，提高了不同專業設計的關聯性和整體性。施工人員不僅可以縱觀結構的全貌，還可以清晰的了解到各種細節，不容易產生誤差，對于形體復雜的結構，也可以準確表示，不受空間限制。

圖4 碰撞點演示

2.4 虛擬漫游

對于盾構區間的場地，采用revit建模的方式，建立場地布置三維立體圖。同時，把盾構區間的維護結構建立出來，模擬整個建筑周邊的場景，導入lumion軟件，并加入機械，材料和施工設施進行整個場地的虛擬漫游模擬如圖5所示，與實際場地和圖紙進行對比，找出設計圖紙中的不足和實際布置中的不合理之處，及時進行調整，減少二次搬運費等成本，保證施工質量。

圖5 場景漫游

2.5 BIM 與其它新技術結合

無人機可以根據用戶需求進行現場勘測，方便進度管理、設備和材料跟蹤，優化資源使用，減少統計庫存時間。人工監管費時、費力且效率低下，無形中增加了人工成本，雖然可以實時獲取監管信息，但監控不靈活，視角單一[6]，存在監管死角，而無人機可以做到及時追蹤和管理，可以在智能設備上實時顯示，視角靈活，可以有效的捕獲信息，節省人力，降低管理過程中存在的安全風險。無人機拍攝的場地情況如圖6所示。

圖6 無人機航拍

3 結語

本文通過對大毛塢供水管道項目包括revit、navisworks、lumion、dynamo、3DS MAX等一系列軟件的綜合應用，實現了從三維建模到立體展示的全過程，同時碰撞檢查，參數化建模提高了建模精度，達到了深化設計的目的，增加了項目的可視性，增強了施工人員對于建設項目的理解。對無人機的應用，較好的控制了人材機的進場時間，優化了施工方案，對于發現的問題，及時與各方溝通，減少時間的浪費與材料的浪費，提高了經濟效益[7]。大毛塢項目對于BIM技術的綜合應用，也為類似工程的實施，提供了參考依據，同時對于BIM與其他技術的結合還需要繼續探討，加大研究力度，優化BIM的發展。