BIM三維可視化模擬動畫在監(jiān)理技術(shù)交底工程中的應(yīng)用——汕頭蘇埃通道盾構(gòu)工程篇

工程監(jiān)理作為工程項目全過程咨詢的重要一環(huán)，BIM三維可視化技術(shù)的應(yīng)用可以提高監(jiān)理效率，本文探討了BIM三維可視化模擬動畫技術(shù)的應(yīng)用方案，通過實際案例分析了BIM三維可視化模擬動畫技術(shù)在技術(shù)管理、進度管理、質(zhì)量管理等方面的監(jiān)理應(yīng)用，并對應(yīng)用過程的問題和對策進行討論。

一、技術(shù)背景

作為一項先進的技術(shù)，近些年BIM技術(shù)在國內(nèi)正在掀起一場建筑工程業(yè)的革命。很多工程也通過BIM三維可視化進行施工技術(shù)交底，使交底的內(nèi)容更加直觀，施工工藝的執(zhí)行更加徹底。建筑信息模型(BIM)技術(shù)將設(shè)計、施工、運維全壽命周期信息集成于三維模型的數(shù)據(jù)庫中，建筑各參與方包括業(yè)主、施工單位、工程監(jiān)理、運維單位可以在BIM平臺中共享信息，協(xié)同進行管理工作。監(jiān)理作為工程項目全過程咨詢的一個重要環(huán)節(jié),BIM三維可視化技術(shù)可以輔助其進行質(zhì)量、安全、進度等方面的監(jiān)理。

1、傳統(tǒng)進度監(jiān)理的問題及局限

（1）缺陷通常會在項目實際施工中暴露出來，一旦問題暴露就會涉及到變更。一個變更往往需要施工單位重新編制相關(guān)施工方案以及進度計劃，還要進行相關(guān)的技術(shù)論證和技術(shù)交底，投入的人力和時間過多，這就大大拖慢了工程的施工進度。

（2）施工進度計劃的編制不合理也會造成進度管理的問題。通常情況下，工程項目進度計劃的編制往往依賴于項目管理者的經(jīng)驗，這就會存在很多不合理的地方，一旦在項目實施過程中出現(xiàn)問題，就會影響施工項目的順利交付，對項目造成巨大的損失。

（3）當前進行項目施工的主體是人，因此人是工程能否順利完成的重大因素之一，同時施工人員的素質(zhì)對項目進度的影響也很大。施工人員對圖紙的理解，對施工工藝的熟悉程度等因素都有可能影響項目的施工進度

2、BIM 三維可視化模擬動畫在施工技術(shù)交底中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的項目管理中的技術(shù)交底通常以文字描述為主，施工管理人員以口頭講授的方式對工人進行交底。這樣的交底方式存在較大弊端，不同的管理人員對同一道工序有著不同的理解，口頭傳授的方式也五花八門，工人在理解時存在較大困難，尤其對于一些抽象的技術(shù)術(shù)語，工人更是摸不著頭腦，交流過程中容易出現(xiàn)理解錯誤的情況。工人一旦理解錯誤，就存在較大風(fēng)險的質(zhì)量和安全隱患，對工程極為不利。

關(guān)鍵部位及復(fù)雜工藝工序等均采用BIM 技術(shù)進行三維可視化模擬，然后對施工工藝進行反復(fù)模擬，找出最優(yōu)方案，最后利用BIM三維可視化實時模擬對工人進行技術(shù)交底。

通過BIM 三維可視化模擬動畫技術(shù)對復(fù)雜節(jié)點進行施工工序進行優(yōu)化模擬并指導(dǎo)現(xiàn)場施工意義非凡。模型優(yōu)化完成后，組織各施工段工長和現(xiàn)場施工人員召開交底會議，通過BIM三維可視化模擬演示來對工人進行技術(shù)交底。通過這樣的方式交底，工人會更容易理解，交底的內(nèi)容也會進行的更徹底。從現(xiàn)場實際實施情況來看，效果非常好，既保證了工程質(zhì)量，又避免了施工過程中容易出現(xiàn)的問題而導(dǎo)致的返工和窩工等情況的發(fā)生。

大范圍應(yīng)用BIM 三維可視化模擬技術(shù)進行管理比較困難。究其原因，不管是施工單位還是業(yè)主，過去積累的各種管理方法已經(jīng)相當成熟，相關(guān)管理均已形成制度。各單位對于新技術(shù)的支持要制定相關(guān)規(guī)定，還要投入成本，所以執(zhí)行起來存在一定的困難。另一方面，BIM 三維可視化模擬動畫技術(shù)的小范圍試點效果卻非常明顯，它能夠解決一些施工難題，比如復(fù)雜節(jié)點的節(jié)點做法和工序排布等。另外對于施工單位來說，BIM 三維可視化模擬動畫技術(shù)在深化設(shè)計中有很大的優(yōu)勢。

監(jiān)理在施工BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，作為監(jiān)理工作的工具，工作按照監(jiān)理規(guī)劃結(jié)合BIM技術(shù)有序地開展，將各個監(jiān)理職責(zé)與BIM技術(shù)協(xié)調(diào)起來。首先，施工前可以利用BIM三維可視化技術(shù)進行事前控制，預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的問題，減少返工次數(shù)；施工中，監(jiān)理工作結(jié)合BIM三維可視化模擬動畫技術(shù)對施工各個環(huán)節(jié)進行管理，將必備的監(jiān)理信息融合到BIM模型中，可以提取可視化的模型信息，在圖紙會審中提出合理化建議；對進度計劃進行模擬，用以監(jiān)督現(xiàn)場實際進度；還可以結(jié)合現(xiàn)場情況模擬施工方案。

二、項目背景

汕頭市蘇埃隧道工程全長6.68km，設(shè)雙向六車道（見圖一）。施工采用明挖法、盾構(gòu)法。明挖段共長2252m，海域盾構(gòu)段3047m。隧道內(nèi)徑為13.3m，外徑為14.5m，C60抗?jié)BP12砼（見圖二）。內(nèi)設(shè)應(yīng)急通道、電纜管廊、管溝及煙道。本工程重難點：始發(fā)段存在大量孤石，其中東線最大孤石尺寸長寬高分別為10.1m、5.38m、5.61m，以及海域段存在3處基巖凸起，長度分別為67m、70m、45m，共長182m，侵入隧道高度約3～6m。

圖一

圖二

本工程共投入兩臺泥水平衡盾構(gòu)機（見圖三），廠家為海瑞克與中鐵裝備。海瑞克刀盤直徑為15. 01m，主機總長約為15. 5m，整機總長130m，主機重約2800T，拖車重約1600T，單件最重為刀盤550T。后配套拖車由1-4#拖車、連接橋及輔助平臺組成。拖車布置有刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、油缸推進、泥水循環(huán)、氣體保壓、油脂注入、同步注漿、導(dǎo)向、管片安裝系統(tǒng)、口子件安裝系統(tǒng)等。還有預(yù)留穿梭艙接口、中心艙預(yù)留人艙接口、5道尾刷、4個油脂腔。刀盤結(jié)構(gòu)：一個中心塊、六個邊塊、常壓可更換39把滾刀、48把刮刀，帶壓162把可更換切刀、超前地質(zhì)雷達、沖刷孔（見圖四）。

圖三

圖四

盾構(gòu)施工常見問題

1.1破除洞門時防止涌土、涌砂、涌水，始發(fā)時盾構(gòu)反力架防止發(fā)生位移及變形。盾構(gòu)始發(fā)托架防止變形（見圖五）。

圖五

1.2盾構(gòu)進洞、出洞后防止軸線偏離設(shè)計軸線，尤其是曲線始發(fā)、接收。

1.3大軸承密封受損、大齒圈損壞（盾構(gòu)心臟）→大齒圈損壞→刀盤轉(zhuǎn)不動。

1.4刀盤、刀具磨損（造成盾構(gòu)機無法掘進）。刮刀遇孤石、基巖易損壞掉落，打撈困難。

1.5盾尾刷被擊穿造成同步注漿漏漿，嚴重時盾尾漏水。

1.6同步注漿漿液配合比不合適、漿液材料不達標、管路清洗不及時等造成同步注漿管路堵塞。

1.7盾構(gòu)機被困，盾構(gòu)選型失誤，如無配置擴挖刀或磨損或者刀具配備不合適。

1.8刀盤結(jié)泥餅（見圖六），在可塑、硬塑狀的粘土類地層、粘土質(zhì)砂土地層、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、母巖為花崗巖的殘積土層、全風(fēng)化巖層和強風(fēng)化巖層等地層中掘進時刀盤易形成泥餅（見圖七），掘進無效率。

圖六

圖七

1.9噴涌，a.破碎帶、富水砂層地段，造成盾構(gòu)無法正常推進，土倉壓力無法按要求控制，地面沉降、甚至塌陷。b.裂隙發(fā)育的巖層地段，造成噴涌-清渣-噴涌惡性循環(huán)，盾構(gòu)無法正常推進，同時造成管片上浮侵限等。

1.10地表沉隆、建筑物下沉事故、冒漿現(xiàn)象。

1.11盾構(gòu)掘進方向失控、管片錯臺、破損、滲漏。

1.12出洞時洞口水土流失。

1.13孤石與基巖凸起，編制孤石基巖凸起處理方案，專家論證。有直接通過與預(yù)處理兩種方案。

a.直接通過時，直徑小于盾構(gòu)破碎機破碎的最大粒徑則可破碎，本工程盾構(gòu)機可破除最大1.2m直徑石頭。由于孤石未生根，只能靠緩慢摩擦變小或推至掘進線路外，具有不可控性，不得已時被迫采取開倉取孤石。

b.采取旋挖鉆、密鉆孔、爆破處理。陸地可用鉆孔探明孤石位置，用密鉆孔破壞孤石的整體性。或用爆破的方式將孤石裂解為小于破碎機可破碎粒徑。珠海馬騮洲隧道海域段用地震波散射法水上探測孤石，水下爆破，對爆破孔下部用膨潤土、小石子封堵，隧道頂上部孔用小藥包炸斷PVC管封堵，河床上部用高壓旋噴樁加固。

三、BIM三維可視化模擬動畫技術(shù)交底

BIM三維可視化模擬動畫技術(shù)交底是將設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楣と说木唧w的施工方法的過程，是施工重要的環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的項目中，技術(shù)交底使用平面圖紙與文字語言相結(jié)合，抽象且復(fù)雜，工人往往根據(jù)自己的經(jīng)驗進行施工，施工效果參差不齊。本項目中，監(jiān)理單位監(jiān)督施工單位利用BIM可視化模擬動畫，對施工進行技術(shù)交底。

（編輯：奚雅青）