1、18 SHI Z,ZHOU Y,SUN Z,et al.Fatigue Performance of Orthotropic Steel Decks in a Wide Steel-box GirderJ.Journal of Constructional Steel Research,2022,190:203-214.19 中华人民共和国交通运输部.公路钢结构桥梁设计规范:JTG D642015S.北京:人民交通出版社,2015.20 葛俊颖.桥梁工程(上)M.北京:中国铁道出版社,2013:85-86.21 林伟峰.基于桥梁健康监测数据的钢桥面板疲劳寿命分析D.重庆:重庆交通大学,2021
2、.LIN Weifeng.Fatigue Analysis of Steel Bridge Decks Based on Bridge Health Monitoring DataD.Chongqing:Chongqing Jiaotong Univer-sity,2021.收稿日期:20220614;修回日期:20220629基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(K2023S008-C(JB);中国中铁股份有限公司科技开发计划项目(2020-引导-183);中铁第六勘察设计院集团有限公司科技开发课题(KY-2020-13)作者简介:付功云(1981),男,高级工程师,2003
3、年毕业于福州大学水利水电工程专业,工学学士,主要从事 BIM 平台研发及实施工作,E-mail:31184 。第 67 卷 第 11 期2023 年 11 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.11Nov.2023文章编号:10042954(2023)11011308复杂条件下盾构施工 BIM 管理平台研发及应用 以大连地铁 5 号线海底隧道工程为例付功云1,王立彬2,青舟1,高俊峰3,董晓龙4,孙国文1(1.中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308;2.大连地铁集团有限公司,大连 116000;3.中铁大连地铁五号线有限公司,大连
4、 116011;4.中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司,江苏无锡 214000)摘 要:为解决在地质条件差、周边风险源高度敏感、施工工艺复杂、安全隐患探知难且处理难等复杂条件下存在的盾构隧道施工风险大、施工进度慢、前期处置费用高等问题,从 BIM 模型、生产管理信息等以 GIS 为骨架,多源异构的静动态数据融合形成时空整体,盾构机 PLC、智能监测仪器等多源安全风险数据集成,二三维关联快速定位,实际进度与形象进度实时对比综合分析进度异常原因并辅助决策,材料用量异常结合地质状况分析等方面进行关键技术研究。采用 WebGL 三维引擎、Spring Cloud 微服务架构、AVUE 前端、Redi
5、s 数据缓存,自研一键转换发布工具、系统集成综合框架、快速开发平台等研发盾构施工 BIM 管理平台,并在国内首例大直径穿越岩溶强烈发育区的“超级穿海”工程 大连地铁 5 号线火梭区间海底盾构隧道工程中成功实践应用,实现了盾构施工安全风险管控、质量巡检定位与二三维关联跟踪处理、进度对比辅助决策、成本异常溯源与分析等目标,保障了盾构施工安全洞通,提升了工程质量,缩短工期 72 d,节省成本 5%,有效提升了盾构隧道施工的数字化、信息化、可视化管理水平,为复杂条件下盾构隧道施工管理探索出可行的数字技术路线。关键词:地铁;盾构隧道;海底隧道;岩溶;BIM;WebGL中图分类号:U455.43;U231
6、 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202206140007Development and Application of BIM Management Platform for Shield Construction under Complex Conditions Relying on the submarine tunnel project of Dalian Metro Line 5FU Gongyun1,WANG Libin2,QING Zhou1,GAO Junfeng3,DONG Xiaolong4,SUN Guowen1(1.China
7、Railway Liuyuan Group Co.,Ltd.,Tianjin 300308,China;2.Dalian Metro Group Co.,Ltd.,Dalian 116000,China;3.China Railway Dalian Metro Line 5 Co.,Ltd.,Dalian 116011,China;4.Urban Rail Transit Engineering Co.,Ltd.of China Railway First Group Co.,Ltd.,Wuxi 214000,China)Abstract:To solve the problems of hi
8、gh construction risk,slow construction progress,and high pre-treatment costs of shield tunnels under complex conditions such as poor geological conditions,high sensitivity to surrounding risk sources,complex construction techniques,and difficulty in detecting potential safety hazards,the BIM model,M
9、ulti-source heterogeneous static and dynamic data such as production management information is integrated to form a Spatio-temporal whole,multi-source security risk data integration such as shield machine PLC,intelligent monitoring instruments,fast 2D and 3D correlation positioning,real-time compari
10、son between actual progress and image progress Comprehensively analyze the reasons for abnormal progress and assist decision-making,and conduct key technical research on abnormal material consumption combined with geological condition analysis.Using WebGL 3D engine,Spring Cloud micro-service archite
11、cture,AVUE front-end,Redis data cache,self-developed one-key conversion and publishing tools,system integration comprehensive framework,rapid development platform and other research and development of shield construction BIM management platform,and the first large-diameter traverse in China The“supe
12、r sea-crossing”project in the area with strong karst development has been successfully applied in the submarine shield tunnel project in the Dalian Railway Station-Suo yuwan section of Dalian Metro Line 5,realizing the safety risk management and control of shield construction,quality inspection and
13、positioning,and 2D and 3D correlation tracking processing.The goals of assisting decision-making by progress comparison,traceability,and analysis of abnormal cost,ensure the safe passage of shield tunnel construction,improve the quality of the project,save 72 days of the construction period and 5%of
14、 the cost,and effectively improve The digital,information and visual management level of shield tunnel construction,and a feasible and digital technical route has been explored for the construction management of shield tunnels under complex conditions.Key words:metro;shield tunnel;submarine tunnel;k
15、arst;Building Information Modeling;Web Graphics Library引言我国城市轨道交通工程建设是基础设施建设的重要组成部分,而地下盾构隧道建设模式在当前城市轨道交通工程区间建设中占据主流地位1,是典型高风险、高投入的系统性工程。一是周边风险源、地下地质条件等具有变化性、不可知性,导致施工工艺复杂、安全隐患探知及处置难;二是施工地点处于城市区域,对公共安全要求高,一旦发生安全、质量事故,社会及经济负面影响大;三是系统性工程,盾构区间的进度、成本与整条轨道线路的进度、成本密切相关,保障进度、降低成本是项目需考虑的关键因素。如何融合使用BIM、GIS、物联
16、网等先进技术,提高城市轨道交通盾构隧道工程建设过程中的安全风险、质量、进度、成本等的管控能力,提前发现问题、提前处置、提前消除隐患,已成为各级政府、建设单位及参建单位共同关注的重点领域。在 BIM 与盾构隧道施工结合应用方面,已有部分研究案例。吕刚等2搭建了基于 BIM、GIS 和互联网技术的隧道施工可视化管理平台,初步实现对邻近建(构)筑物危险性的实时预测预报;杨威等3基于CarsView 图形引擎、前后端分离架构,研发铁路隧道施工 BIM 管理系统,满足清华园隧道实践应用要求;陈卓等4在成都地铁 8 号线一期工程中,通过施工模型构建、VR 虚拟驾驶舱重点场景仿真、基于 BIM 的施工进度管
17、理、基于 BIM 的工程动态移动 APP、盾构机实时状态监测及现场量测数据管理等应用,满足了现场管理需求;马少雄等5依托太焦铁路武乡隧道工程,构建铁路建设项目数字化协同管理体系,包含模型、权限、工序、围岩等级、报表等功能;魏林春等6归纳了盾构隧道施工的信息类型,分别建立子模型,并将信息集成为盾构施工信息模型,开发了 B/S 架构的盾构施工信息管理系统;林晓东等7在分析 GIS 数据管理和BIM 数据标准基础上,建立集成 GIS/BIM 的盾构隧道全寿命期管理系统。文献检索结果表明,已有多位专家开展 BIM 平台在盾构隧道施工中的应用研究,但存在部分技术路线瓶颈导致适用性较低、部分功能不全、不能
18、覆盖盾构施工全过程等问题。依托大连地铁 5 号线火梭区间海底盾构隧道工程需求,结合大直径泥水平衡盾构施工方案,研发了一套盾构隧道施工 BIM 管理平台,集成了 BIM设计模型、环境模型、地质模型、设备模型、施工报表、监理报表、管理流程、盾构机 PLC 数据、视频监控数据、第三方监测数据、智能传感器数据、人工巡检 APP、人工填报接口等,实现了盾构施工过程安全、质量、进度、成本等管理,有效保障了盾构隧道安全施工,提高工程质量,加快施工进度并提前洞通,降低工程成本。1 工程概况大连地铁5 号线线路全长24.484 km,起于虎滩新411铁 道 标 准 设 计第 67 卷区站,止于后关村站,大致呈南
19、北走向。其中,火梭区间位于火车站站与梭鱼湾站之间,全长 2 870 m,海域段长 2 310 m,岩 溶 强 发 育 区 跨 度 1 538 m,采 用12.26 m 泥水平衡盾构机掘进,海底盾构隧道复杂条件展示见图 1。图 1 大连地铁 5 号线海底盾构隧道复杂条件展示Fig.1Display of complex conditions of submarine shield tunnel of Dalian Metro Line 5该海底隧道是国内首次大直径穿越岩溶强烈发育区的超级穿海工程8,海底溶洞呈马蜂窝状并形成三大溶洞群,最大溶洞高 29 m,线岩溶率达到 13.7%;存在军事敏感区
20、、香炉礁航道、码头等众多风险源,施工过程不能及时有效管控;存在多种安全风险监测数据无关联分析而形成信息孤岛,无法使数据价值达到最大化。传统二维信息管理系统无法保障地质复杂、风险源众多、信息孤岛等复杂条件下的顺利施工,从而引入 BIM 平台集成相关数据,综合多方数据进行三维可视化研判与指导施工。2 系统设计2.1 技术架构BIM 平台采用 3 层技术架构,分别为服务层、支撑层与应用层,BIM 平台技术架构见图 2。图 2 海底盾构隧道施工 BIM 管理平台技术架构Fig.2 Technical architecture of BIM management platform for submari
21、ne shield tunnel construction 服务层基于 WebGL 三维引擎实现三维场景构建、空间分析等,并对外输出数据服务、三维服务等接口;线性数据存储于 MySQL 数据库中,盾构点位数据经Redis 数据缓存、筛选后导入 MySQL 数据库中;BIM 模型、二维管理信息、二维设计图纸、三维坐标信息等以文件形式存储;通过一键发布轮询服务、队列服务实现多种格式 BIM 模型转换为 BIM 平台模型统一格式,并整合管理与浏览。支撑层通过 BIM 模型一键发布实现不同格式BIM 模型自动上传到 BIM 平台并成为二维管理信息的载体9;Spring Boot/Cloud 框架支撑快
22、速开发、微服务10等后端服务;AVUE 框架支撑前端页面的产品化开发模式;研发利用数据库读取权限、JavaScript 调用、API 接口、物联网设备硬件接入等系统集成综合框架11,支撑多源数据的采集分析;预留人工智能深度学习、大数据分析等接口,在 BIM 平台积累大量数据之后,对 LSTM12深度学习网络模型进行训练,通过趋势预测与实际结果对比,优化算法模型,最终实现基于BIM 平台的人工监测、智能仪器监测、盾构监测等预测功能。应用层通过梳理盾构施工业务需求,集成相关数据并定制化开发相关专业应用,在依托工程中,以盾构隧道施工过程管理为主,包含安全管理、质量管理、进度管理、成本管理等,并预留设
23、计阶段、运维阶段应用拓展接口,通过浏览器、移动端等方式对外提供服务。511第 11 期付功云,王立彬,青 舟,等复杂条件下盾构施工 BIM 管理平台研发及应用2.2 数据整理与处理依托工程中施工管理数据包含基础数据、BIM 模型数据、BIM 模型附属信息、安全风险数据、进度数据、质量数据、成本数据、设备数据、材料信息等13,不同数据采用不同的数据梳理、集成处理方式。基于 BIM平台的盾构隧道工程数据整理与处置见表 1。表 1 基于 BIM 平台的盾构隧道工程数据梳理与处置Table 1 Data sorting and disposal of shield tunnel engineering
24、 based on BIM platform类型基础数据BIM 模型模型附属信息安全数据进度数据质量管理成本管控数据处置方式工程信息BIM 平台提供工程信息录入表单,BIM 平台管理人员录入与维护参建单位、人员BIM 平台提供角色、权限管理功能,BIM 平台管理人员收集参建单位及参与人员,录入到 BIM 平台并分配角色、权限业务流程BIM 平台提供流程管理功能,实施人员收集典型业务流程,如安全管理办法、质量管理办法等,在 BIM 平台中配置业务流程,通过业务流程推动三维可视化、信息化管理几何尺寸、坐标BIM 模型通过轻量化工具上传到 BIM 平台,几何信息存储到 MySQL 数据中,坐标转换为
25、 WGS84 坐标体系14,满足三维空间应用要求材质、造价、设计过程信息材质、设计过程、造价定额等信息通过轻量化工具采集,在 BIM 平台中与 BIM 模型二三维对应关联,同时施工过程信息基于 BIM 平台实时更新维护监测点位坐标设计单位提供监测点位图纸,通过中间转换工具将图纸中如北京 54、西安 80 及各地城建系统坐标体系,转换为WGS84 坐标体系,并将监测点位 WGS84 坐标导入 BIM 平台人工监测报表BIM 平台提供人工监测报表导入接口,提取人工监测数据并与监测点位二三维关联管理智能监测数据BIM 平台通过智能监测仪器 API 接口、SDK 二次开发包等方式进行系统集成,智能监测
26、数据与监测点位关联管理盾构机实时数据BIM 平台通过盾构机 PLC 串口集成实时数据,包含位置、姿态、出料量、土(泥水)仓压力、推力、扭矩、速度、注浆量等关键数据安全巡检数据通过移动 APP 巡检并将巡检数据录入到 BIM 平台监理数据监理单位在施工过程中的监理数据通过监理报表填报界面、移动 APP 等方式录入到 BIM 平台预警阈值设计单位、设备单位、施工单位等提供预警阈值数据,BIM 平台实施单位在 BIM 平台中进行阈值配置,并在监测数据超过阈值时,触发预警处置流程形象进度数据设计单位提供形象进度数据,设计单位或 BIM 平台实施单位通过上传接口,导入到 BIM 平台中实现形象进度数据与
27、 BIM 模型关联施工日志数据BIM 平台提供施工日志报表导入与填报接口,实现施工二维信息与 BIM 模型、GIS 坐标等二三维关联管理盾构机实时进度BIM 平台通过盾构机 PLC 串口集成实时位置数据,与形象进度数据对比,在 BIM 模型中用不同颜色体现实际进度的正常、超前与滞后状态监理日志数据BIM 平台提供监理日志报表导入与填报接口,与 BIM 模型、GIS 坐标等二三维关联管理质量巡检数据通过移动 APP 巡检并录入质量数据到 BIM 平台施工报表数据BIM 平台提供施工报表导入与填报接口,提取施工管理数据并与 BIM 模型二三维关联材料数据BIM 模型关联材料信息,对施工实际进度数据
28、中已完工部分 BIM 模型体量输出材料统计表定额库BIM 平台集成工程所在地定额库,匹配材料统计表,实现成本统计管理阈值范围数据设计单位分析地质、周边环境等状况,提供注浆用量计划表,设定注浆阈值范围,偏差超过阈值范围,则触发预警分析处置,也可邀请专家通过 BIM 平台远程会诊2.3 关键技术基于 B/S 模式、先进且成熟、满足移动应用、具有广泛适用性的 WebGL 三维引擎15,将自主研发的一键发布工具、多源数据系统集成框架等融合封装为三维底层框架,对外暴露开发接口;为满足盾构机 1 300 多个数据点位、每个数据点位320 条数据、每隔10s 刷新一次的大吞吐数据存储与应用要求(数据量约为
29、3MB/10 s),采用 Redis 高速缓存相关数据,筛选后传入 MySQL 线性数据库进行应用16;依托 Spring Boot/Cloud 微服务框架,部署 BIM 模型转换、安全、质量、进度、成本、流程、用户管理等微服务,降低各应用之间的耦合度,提高服务稳定性;前端采用 AVUE,基于事前端缓存技术、三维模型存储于 router 缓存中、router keep-alive 配置是否刷新,实现不重复或不频繁加载三维模型的目标,有效降低三维模型及信息加载量,解决移动应用流量不足、三维场景加载慢的关键瓶颈。3 BIM 模型BIM 设计及应用软件众多,如美国 AutoDesk、法国Dassau
30、lt、美国 Bentley、广联达、中望软件等17,在依托工程中,依据设计对象不同选择不同的适配软件,模型精度满足 GB/T512352017建筑信息模型施工应用标准要求,基于轨道交通工程 BIM 标准体系18,在BIM 平台中融合为一体。3.1 环境模型采集地面建筑、地形地貌等数据及影像,沿线分左右延伸 200 m 建立地表环境。在依托工程中,海底部分按照测量数据建模,环境模型面积约为3 km2。采用611铁 道 标 准 设 计第 67 卷3dsMAX、Revit 等软件建模还原周边环境、采用开放的卫星数据作为底层,将多个环境模型的大连城建地方坐标体系转换为 WGS84 坐标体系,导入到 B
31、IM 平台以 WGS84 坐标体系为基准整合,基于 BIM 平台的环境模型展示见图 3。图 3 基于 BIM 平台的环境模型展示Fig.3Environmental model exhibition based on BIM plat-form3.2 地质模型根据物探资料,在理正、Excel 等软件中整理,根据地面高程、不同岩层深度,在建模软件中生成三维地质模型,部分不连贯的地层采用智能拟合生成不同地质分界面。在依托工程中,地质复杂程度高,根据初勘、详勘、专勘、CT 物探的数据,通过 AglosGeo 软件生成地质三维模型,导入 BIM 平台中,在 BIM 平台中实现剖切地质体、提取钻井柱地质
32、分层信息等基础功能。据统计,依托工程地质模型全长 2 870 m,地质体体积 1.054107m3。地质模型形象、导入 BIM 平台后的展示见图4。图 4 地质模型展示Fig.4 Geological model display3.3 盾构机等设备模型简单设备采用 CAD、Revit、MicroStation 等建模,复杂曲面设备采用 Catia、Solidworks 等建模,高精度模型存在图形面多、在 BIM 平台中完全仿真表现困难等问题,从管理角度考虑,精细化模型并不是必备条件,通常经 3dsMAX 减面后导入 BIM 平台。在依托工程中,泥水平衡盾构机模型根据设计图纸、安装图纸、盾构机安
33、装现场采集数据等综合信息,采用 Catia 软件进行建模与 维 护。经 统 计,泥 水 平 衡 盾 构 机 设 备 直 径12.26 m,全长 189 m,模型体量 54.60 MB,盾构机模型展示见图 5。3.4 隧道区间模型隧道区间通常通过 Civil3D 创建平曲面和纵断面图 5 盾构机模型展示Fig.5 Shield machine model display生成海底隧道线路,导入 Revit 软件。在 Revit 软件中创建参数化管片族、典型隧道轮廓族,根据自适应族特性,隧道轮廓族通过阵列沿隧道线路中心线生成整个隧道模型,并且将该成果轻量化导入 BIM 平台。在依托工程中,基于 Re
34、vit 软件二次开发盾构隧道模型自动生成工具,输入管片宽度、厚度、外径、孔洞位置、材质、口子件尺寸、轨枕尺寸及间距、轨道尺寸、挡板位置及尺寸、旋转角度等关键参数19,通过参数化驱动生成区间隧道模型。经统计,隧道全长 2 870 m,宽12.26 m,共计 35 186.2 m2。包含 1 435 环、11 480 个管 片、1 435 个 口 子 件、轨 枕 等,模 型 体 量 达 到395.32 MB。盾构管片模型展示见图 6。图 6 盾构管片模型展示Fig.6 Display of shield segment model3.5 基于 BIM 平台整合模型复杂条件下海底盾构隧道工程涉及在建
35、工程、已建工程、地表环境、地下环境、设备模型等,模型来源复杂、格式多样,为提高 BIM 平台的普适性,自主研发基于 BIM 平台的 BIM 模型一键发布接口,通过 Web 页面提供坐标转换、格式转换、轻量化、属性入库、加密及归档等功能。BIM 模型上传后校验,通过则自动发布,不通过则提示错误原因,由上传人完善后重新上传。在依托工程中,基础模型通过一键发布接口上传,集成相关二三维管理信息,以 WGS84 坐标体系为骨架组合成工程整体信息模型,见图 7,并以此为基础开展盾构施工三维可视化管理应用。4 BIM 平台应用根据盾构隧道工程特点及业主管理需求,BIM 平台在施工阶段主要应用包括安全、质量、
36、进度、成本等。为决策者能够迅速掌握工程关键信息,为合理决策提711第 11 期付功云,王立彬,青 舟,等复杂条件下盾构施工 BIM 管理平台研发及应用图 7 以 WGS84 为骨架融合成工程整体信息模型Fig.7 WGS84 is used as the skeleton to fuse as the over-all information model of the project供依据,在依托工程中,提取盾构隧道施工重点数据,集中在同一个页面中展示并形成大屏首页,大屏首页展示见图 8。图 8 大屏首页展示Fig.8 Large-screen home page display4.1 安全管
37、理BIM 平台通过集成第三方安全系统数据、摄像头监控数据、盾构机数据、智能监测仪器数据(沉降、位移、变形、压力、应力、水位等)20、人工监测报表、施工日志、监理日志等信息,开展施工安全管理工作,支撑监控量测、视频监控、风险源管理以及隐患排查等功能。通过二三维关联定位,将二维数据与三维模型关联,当超出系统安全阈值时,发起预警及处置流程。最终达到基于 BIM 平台的安全处置规范化、安全问题可视化、处置过程知识化等目标,提高工程安全管理水平。在依托工程中,BIM 平台在硬件接入盾构机 PLC二维实时参数的基础上,集成人工监测报表、智能监测仪器数据、视频监控数据及第三方安全系统数据等,见图 9。以三维
38、方式关联周边风险源,并对监测数据进行动态分析,BIM 平台结合 GIS 系统进行三维动态展示,根据预设的监测阈值,触发后自动预警、发起处置流程、处置完毕后进入消警流程,在施工过程中更加便捷直观地掌握多源数据综合分析后的安全监控实时动态。4.2 质量管理基于 BIM 平台进行关键环节质量管理工作,巡检APP 定位或者扫描电子标签关联模型并发起质量隐患处置流程、直观查看隐患、分析预警、处置流程跟踪与统计。具有即发现即上报的优势,避免上报与处置的遗漏,且移动 APP 关联 GIS、构件、二维码等(图 10),效率图 9 基于 BIM 平台安全管理功能展示Fig.9Based on the BIM p
39、latform security management function display高、处置快,能够有效提高施工质量管理水平。在依托工程中,通过巡检 APP 提交质量问题到BIM 平台,问题列表关联三维模型与 GIS 坐标或问题标签漂浮在施工场景模型中,点击定位质量问题地点或部位,并发起处置流程,相关处置措施留档,经分析建设质量管理知识库,最终达到发现问题自动匹配处置措施的目标。相关处置措施,如盾构管片破损不同程度及对应处置状态、盾构姿态错误后的纠偏调整方案等,经工程实践检验可行,输出三维可视化知识作为BIM 咨询、BIM 平台等数字化产品的基础。图 10 移动 APP 质量巡检上报(GI
40、S 定位、扫码关联定位、构件树选择定位)Fig.10 Mobile APP quality inspection reporting(GIS posi-tioning,scanning code association positioning,component tree selection and positioning)4.3 进度管理基于 BIM 平台导入 Project 或 Excel 格式的形象进度数据,系统集成施工日志、盾构机实时位置等实际进度数据,分别与 BIM 模型进行关联,实现多版本形象进度与实际进度对比。进度的提前与滞后预警,结合环境及施工情况分析原因指导施工,保障施工进度
41、。在依托工程中,通过 BIM 平台导入工程形象进度数据,与盾构环号对应的管片模型关联,使得盾构各管片环模型附加该环计划完工时间;同时,通过 PLC 硬接盾构机实时进度数据,为各管片环附加实际完工时811铁 道 标 准 设 计第 67 卷间,管片环的计划完工时间与实际拼装时间对比,实现形象计划进度与实际施工进度之间关系分析,自动判断当前状态是正常施工、超前施工还是滞后施工,并在BIM 平台中用不同的颜色进行区分展示。针对进度滞后状态,综合考虑了地质、周边风险源、安全、质量、成本等因素影响,有效指导科学合理、有针对性地调整施工方案、施工计划等,确保了依托工程提前洞通。基于BIM 平台进度管理功能展
42、示见图 11。图 11 基于 BIM 平台进度管理功能展示Fig.11Progress management function display based on BIM platform 4.4 成本管控在 BIM 平台中,根据施工单位提供的计量清单文件,查看对应工程计量部位在三维场景中的空间位置,与现场比对确认是否已经完成;基于 WBS、CBS 编码统一,选择当前工程量清单对应模型统计工程量并输出总价,复核模型工程量总价与计量清单总价是否一致;提供数据接口,可选择集成财务系统支付凭证,快速完成资金支付工作。基于 BIM 平台三维方式复核工程量清单有利于保障资金合理利用、达到成本管控目的、提高
43、资金支付效率。在依托工程中,BIM 平台集成泥水平衡盾构机的注浆量、密封油脂、膨润土等使用量数据,配合人工报表,实时监测材料消耗情况,同时结合地质岩溶模型、风险源状况等计算的材料计划消耗值,设定各管片环对应材料计划消耗值大于 120%或低于 80%为预警阈值,达到阈值后触发远程专家会审流程,综合研判过量、过少的材料消耗是否合理,判断是否需要在 CT 物探数据、超前钻物探数据基础上重新物探,确保材料消耗处于合理范围,最终达到了降低非正常材料消耗目标,在保障安全施工的前提下有效节约成本。基于BIM 平台成本管控功能展示见图 12。图 12 基于 BIM 平台成本管控功能展示Fig.12 The c
44、ost control function based on BIM platform5 结论与建议依托大连地铁 5 号线火梭区间海底盾构隧道工程,研发海底盾构隧道施工 BIM 管理平台,通过三维可视化交底与辅助指导施工,缩短工期 72 d;指导岩溶处置,节省材料 5%,约 1 100 万元;盾构纠偏、岩溶与盾构掘进时空关系仿真模拟、盾构掘进实时监测综合分析等,大大降低因掘进误差、岩溶特大风险源物探误差等引起的盾构机陷落而导致废弃工程的风险。在依托工程中的实践应用,验证了 BIM 平台在城市轨道交通工程盾构隧道建设过程中三维可视化管理应用的可行性及先进性。(1)多源异构的静动态数据融合,BIM
45、模型、生产管理信息等以 GIS 为骨架融合形成时空整体,突破了实际工程中存在的多种软件设计、格式不兼容,多种管理信息数据不互通的关键瓶颈。(2)多源安全风险数据集成,综合多方因素可视化分析与处置,有效提高了安全管理能力,降低了安全事故发生几率。(3)二三维关联快速定位并跟踪处置,快速定位存在质量问题的地点、快速处置、追踪处置过程、处置完毕后结束流程,构建三维直观的闭环管理场景,减少了质量隐患,提高了工程质量。(4)实际进度与形象进度实时对比综合分析进度异常原因并辅助决策,有针对性地调整施工方案,有效保障了依托工程提前洞通。(5)材料用量异常结合地质状况分析,针对材料消耗过量、过少等问题,分析原
46、因并制定解决方案,合理规避了材料浪费风险,降低了工程成本。BIM 平台在依托工程中实践应用,存在基于 B/S模式浏览器(如 Google Chrome)应用访问内存限制1.4 GB、场景总体模型轻量化后体量仍超过 1 GB 导致加载速度偏慢、通过 CT 物探数据生成三维溶洞模型技术路线自动化程度不高、多源数据综合分析中部分结论需人工修正判断等问题,下一步考虑结合大数据、人工智能、互联网+等技术,解决 BIM 平台应用瓶颈,并继续深入研究盾构隧道施工 BIM 平台数字化、智能化方向的应用,向盾构隧道工程的设计阶段、运维阶段拓展,最终形成盾构隧道工程 BIM 全生命周期管理平台。参考文献:1 巩江
47、峰,王伟,周俊超.截止 2021 年底中国铁路盾构及 TBM 隧道统计与分析J.铁道标准设计,2022,66(3):1-5.GONG Jiangfeng,WANG Wei,ZHOU Junchao.Statistics and Analy-sis of Shield and TBM Tunnels in China by the End of 2021J.Railway Standard Design,2022,66(3):1-5.911第 11 期付功云,王立彬,青 舟,等复杂条件下盾构施工 BIM 管理平台研发及应用2 吕刚,刘建友,赵勇,等.京张高铁隧道智能建造技术J.隧道建设(中英文)
48、,2021,41(8):1375-1384.LYU Gang,LIU Jianyou,ZHAO Yong,et al.Key Technologies for Intelligent Construction of Tunnels on Beijing-Zhangjiakou High-speed RailwayJ.Tunnel Construction,2021,41(8):1375-1384.3 杨威,鲍榴,王万齐,等.基于 BIM 的清华园隧道施工管理关键技术研究及应用实践J.铁道标准设计,2020,64(10):109-115.YANG Wei,BAO Liu,WANG Wanqi,e
49、t al.Research and Applica-tion of Key Technologies of Construction Management of Qinghuayuan Tunnel Based on BIMJ.Railway Standard Design,2020,64(10):109-115.4 陈卓,陈强,谭林彪,等.BIM 技术在成都地铁 8 号线盾构中的应用J.铁路技术创新,2020(1):95-101.CHEN Zhuo,CHEN Qiang,TAN Linbiao,et al.Application of BIM Technology in Shielding
50、for Chengdu Metro Line 8J.Railway Tech-nical Innovation,2020(1):95-101.5 马少雄,李昌宁,徐宏,等.基于 BIM 的铁路隧道工程施工协同管理平台研究J.铁道标准设计,2021,65(8):113-117.MA Shaoxiong,LI Changning,XU Hong,et al.Research on Collabo-rative Management Platform for Railway Tunnel Construction Based on BIMJ.Railway Standard Design,2021,
