摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，BIM技術(shù)變得越來越完善，在建筑工程中的應(yīng)用變得更加深入，并且由于BIM技術(shù)具有可視化、模擬化、優(yōu)化性等特點(diǎn)，可以極大的減少工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)和誤差。BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，但是針對(duì)在地鐵盾構(gòu)隧道施工方面的應(yīng)用仍舊處于起步階段。因此，本文以BIM技術(shù)為研究對(duì)象，探討其在地鐵盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)可視化研究，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；地鐵盾構(gòu)隧道；風(fēng)險(xiǎn)可視化
引言
地鐵做為我國(guó)一種重要的綠色交通工具，在城市交通中扮演著極其重要的角色，近年來，我國(guó)各大一線城市已經(jīng)將開通地鐵做為了一種標(biāo)配，地鐵的發(fā)展十分迅速。當(dāng)然，在地鐵建設(shè)的過程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)較多的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患，盾構(gòu)法是一種較為科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，可以將風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，并將風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行可視化分析。因此，本文以此為研究課題，并以自身的一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目為例，來探討基于BIM技術(shù)的盾構(gòu)“隧道”風(fēng)險(xiǎn)可視化，期望能對(duì)后來的研究者提供一定的借鑒價(jià)值。
1 BIM概述
BIM技術(shù)，即建筑信息化模型，是一種結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的工程輔助技術(shù)，能夠極大的幫助工程施工過程中減少風(fēng)險(xiǎn)、降低成本的目標(biāo)，跟CAD相比，這種技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，CAD制圖技術(shù)只能進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，而BIM則能進(jìn)行四維設(shè)計(jì)。
從BIM技術(shù)的內(nèi)涵來看，其具有以下幾大好處：一是全生命周期，相比于CAD來說，BIM技術(shù)增加了時(shí)間維度，可以從設(shè)計(jì)階段開始，一直到運(yùn)營(yíng)管理都可以進(jìn)行全方位的模擬；二是構(gòu)建三維模型，以往的施工圖紙均是二維，要想實(shí)現(xiàn)三維可視化，就需要設(shè)計(jì)人員自己想象，這十分的不方便，而且隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜化，CAD技術(shù)已經(jīng)逐漸被淘汰；三是模擬與優(yōu)化，使用BIM還可以進(jìn)行多方位的模擬，包括節(jié)能模擬、日照模擬、緊急疏散模擬、施工進(jìn)度的模擬乃至模擬建筑物投入使用之后方方面面。掌握更多的信息之后，也方便做更多更好的優(yōu)化，方便進(jìn)行項(xiàng)目管理、特殊設(shè)計(jì)的優(yōu)化、成本與工期的控制等等。
總之，BIM的優(yōu)勢(shì)十分明顯，可以極大程度的提升建筑工程的施工效率，對(duì)于地鐵隧道建設(shè)來說，同樣具有不可替代的作用。
2地鐵盾構(gòu)模型構(gòu)建
2.1相關(guān)參數(shù)設(shè)置
香港地鐵建設(shè)已經(jīng)十分成熟，針對(duì)盾構(gòu)隧道來說，筆者采用的是預(yù)制管片拼裝技術(shù)，但是這種技術(shù)存在著一定的缺陷，由于裝配形式變化多樣，而且存在著管片數(shù)量眾多的情況，因此導(dǎo)致管片拼裝位置十分復(fù)雜。因此，必須使用整體拼裝建模策略，才能最大的提升效率，否則工作量將十分繁雜。因此，采用參數(shù)化建模，分析軟土地鐵盾構(gòu)隧道管片組成規(guī)律，借助多個(gè)控制參數(shù)快速生成模型，是解決該階段建模問題的首選之法。
從一般意義上來說，進(jìn)行BIM參數(shù)設(shè)置，從而進(jìn)行有效建模的流程比較復(fù)雜，但是環(huán)節(jié)清晰。一是要對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，比如管片內(nèi)徑、拉伸長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)角度等，依據(jù)這些數(shù)據(jù)做為參數(shù)設(shè)置的依據(jù)，特別要使旋轉(zhuǎn)角度與管環(huán)中心參照點(diǎn)的距離在自適應(yīng)體量下進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立兩點(diǎn)自適應(yīng)管環(huán)的參數(shù)化模型；二是要利用Revit程序來進(jìn)行自適應(yīng)點(diǎn)的設(shè)置，要保證自適應(yīng)點(diǎn)與管片中心點(diǎn)的距離始終，并把這距離做為驅(qū)動(dòng)參數(shù)的主體，并需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的參數(shù)定義，可以選用if公式對(duì)隧道中心進(jìn)行等距分割，從而可以有效的生成對(duì)應(yīng)參照點(diǎn)，將自適應(yīng)點(diǎn)放在這個(gè)參照點(diǎn)上，接著利用Revit程序，一鍵生成管環(huán)，Revit程序參數(shù)設(shè)置方法如下圖所示：
圖1 Revit程序參數(shù)設(shè)置
2.2參照平面設(shè)置
在自適應(yīng)點(diǎn)的設(shè)置過程中，參照平面的設(shè)置至關(guān)重要，要保證自適應(yīng)點(diǎn)與參照平面相互協(xié)調(diào)，必須還要利用Revit程序進(jìn)行參照平面的生成，以此保證管環(huán)的順利生成，針對(duì)參照平面的設(shè)置，如下圖所示：
圖2 Revit程序中參照點(diǎn)、參照線、參照平面
2.3BIM模型構(gòu)建
在參照平面設(shè)置完成的基礎(chǔ)上，必須進(jìn)一步在Revit程序中新建一個(gè)公制常規(guī)模型，并結(jié)合參照平面以及圖紙信息的基礎(chǔ)上，對(duì)管片的位置進(jìn)行迅速定位。在此基礎(chǔ)上，編制一個(gè)融合命令，并在上面繪制出管片前后兩側(cè)的輪廓線，并修改融合起、始點(diǎn)，生成楔形體的鄰接塊與封頂快，采用旋轉(zhuǎn)等命令完成單環(huán)管片的拼裝，最后得到由帶有楔形體的完整盾構(gòu)管片所拼接而成的盾構(gòu)隧道。在進(jìn)行參數(shù)化處理后，通過調(diào)整個(gè)別參數(shù)即可得到不同尺寸的管片，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建，該方法可以比較容易地實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間的 BIM 建模工作，從而極大地提高建模效率。經(jīng)過這樣的操作步驟，筆者初步得到了盾構(gòu)環(huán)模型以及隧道錯(cuò)縫拼裝模型，如下圖所示：
圖3 盾構(gòu)環(huán)模型
圖4 隧道錯(cuò)縫拼裝模型
3 案例工程概述
3.1工程背景簡(jiǎn)介
香港地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目沙中線，是香港鐵路有限公司正在興建的一條全新地鐵線，也是當(dāng)前香港地鐵建設(shè)中最先應(yīng)用BIM技術(shù)的項(xiàng)目。目前該地鐵項(xiàng)目由于現(xiàn)實(shí)需求，已經(jīng)將計(jì)劃線路拆分成了兩部分，即“沙田至紅磡段”及“紅磡至中環(huán)段”。
地鐵項(xiàng)目原本就是一個(gè)十分復(fù)雜的項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中，其構(gòu)造較為復(fù)雜，標(biāo)高眾多，管線十分密集，洞口設(shè)置如果不合理，則會(huì)造成大量成本的浪費(fèi)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)可視化評(píng)價(jià)，則會(huì)大大的減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能，從而為地鐵工程施工提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。
香港地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目沙中線項(xiàng)目全長(zhǎng)約17公里，途徑10個(gè)車站，本文選取的就是擴(kuò)建鉆石山站與金鐘站之間的隧道，區(qū)間距離為1.6公里。在這兩個(gè)車站之間，由于已經(jīng)漸趨郊區(qū)，工程地質(zhì)剖面圖如下所示：
圖5 工程地質(zhì)剖面示意圖
3.2相關(guān)量的確定
在進(jìn)行盾構(gòu)“隧道”施工之前，需要對(duì)其總配件數(shù)量、總混凝土數(shù)量、隧道挖土土方量等進(jìn)行量的確定，以配合估算師工作，接下來本文對(duì)此進(jìn)行一一闡述。
（1）總配件數(shù)量
在這種施工中，所涉及到的配件數(shù)量較多，比如橋架、線管、用電設(shè)備等，這些配件的總量可以由Revit中的明細(xì)表計(jì)算得出。通過打開明細(xì)表，在項(xiàng)目瀏覽器中，選擇標(biāo)題、合計(jì)和綜述，合計(jì)中顯示組中圖元的數(shù)量，標(biāo)題和合計(jì)左對(duì)其顯示在組的下方，總數(shù)即為總配件數(shù)量。
通過在Revit軟件中進(jìn)行總計(jì)，發(fā)現(xiàn)刀盤、盾體、人艙、螺旋輸送機(jī)、管片安裝機(jī)、管片小車、皮帶機(jī)、拖車等，總數(shù)量為5234件，其中管片居多。
（2）總混凝土體積
總混凝土體積也可以用Revit軟件來計(jì)算得出，首先打開創(chuàng)建完畢的模型，新建明細(xì)表，并創(chuàng)建結(jié)構(gòu)柱明細(xì)表，選擇類別為結(jié)構(gòu)柱；其次，添加相應(yīng)的需要字段信息，比如體積，并點(diǎn)擊成組，勾選總計(jì)；然后，點(diǎn)擊格式，設(shè)置體系，計(jì)算總數(shù)；最后點(diǎn)擊體積列，選擇選項(xiàng)卡中的“設(shè)置單元格式”，保留三位小數(shù)，并導(dǎo)出進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可。
因此，由于之前已經(jīng)創(chuàng)建了模型，那么經(jīng)過這樣的步驟，很容易就得出總混凝土體積量為304m3。
（3）隧道挖土土方量
針對(duì)隧道挖土土方量的計(jì)算，進(jìn)行的步驟可能要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，首先要繪制地形，這在前面已經(jīng)完成。在繪制地形的基礎(chǔ)上，選擇地形，待圖元高亮顯示后，在左側(cè)屬性對(duì)話框中將“創(chuàng)建的階段”設(shè)定為“現(xiàn)有”；其次，單擊“體量和場(chǎng)地”選項(xiàng)卡>“修改場(chǎng)地”面板>“平整區(qū)域”命令，彈出對(duì)話框，并繪制建筑地坪，進(jìn)入3D視圖，在左側(cè)視圖屬性對(duì)話框中將“相位”設(shè)置為“現(xiàn)有”；然后，將屬于“現(xiàn)有”階段的原地形選擇后刪除，再次在視圖屬性對(duì)話框中將“相位”設(shè)置為“新構(gòu)造”，此時(shí)可見到新構(gòu)造階段的地形及其他構(gòu)造物出現(xiàn)，并單擊“視圖”選項(xiàng)卡>“圖形”面板>“可見性/圖形”按鈕，在彈出的“可見性/圖形替換”對(duì)話框中取消勾選“場(chǎng)地”中的“建筑地坪”（如圖-1），這樣畫面上將只會(huì)看見單純的地表；最后，任選一個(gè)被地坪切割過后的地形，高亮選擇后，在實(shí)例屬性對(duì)話框中，在“標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)”下的“名稱”欄內(nèi)輸入這個(gè)輪廓的名稱，再利用明細(xì)表計(jì)算土方量。經(jīng)過這樣的步驟，可以很輕松的得到，本次隧道施工挖土土方量為59.05m3。
4基于BIM技術(shù)的盾構(gòu)“隧道”風(fēng)險(xiǎn)可視化
4.1盾構(gòu)“隧道”風(fēng)險(xiǎn)事件評(píng)價(jià)
在進(jìn)行盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)事件評(píng)價(jià)之前，需要對(duì)工程施工中會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行整理和歸類，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行了全面總結(jié)，如下表所示：
表1 地鐵盾構(gòu)隧道的風(fēng)險(xiǎn)事件表
上表對(duì)于不可接受需要重新決策的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全部羅列，但是由于受到主客觀環(huán)境的影響，無法將所有風(fēng)險(xiǎn)都一一羅列出來，比如還有較多的三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。
4.2基于BIM技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)可視化
在利用BIM技術(shù)將風(fēng)險(xiǎn)可視化之前，需要在Revit程序中進(jìn)行底層模型的模擬，即對(duì)鉆石山站與金鐘站進(jìn)行詳細(xì)分析，可以將場(chǎng)地視圖導(dǎo)入進(jìn)CAD平面圖紙中，從而方便后續(xù)操作。在此基礎(chǔ)上，必須修改導(dǎo)入單位和可見性等參數(shù)，并使用Revit程序中的特殊命令，來進(jìn)行場(chǎng)地繪制，利用放置點(diǎn)來確定地表高程坐標(biāo)，順利生成地表模型。此外，還需對(duì)地表模型進(jìn)行有效分割，在分割成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的區(qū)域后，輔以不同顏色的材質(zhì)，來模擬地面上的真實(shí)情況。下部土層分布參考區(qū)間工程地質(zhì)土層勘探圖，通過內(nèi)建場(chǎng)地模型的方式，借助勘探圖土層邊界線，通過拉伸命令繪制各個(gè)土層，并分別賦予相應(yīng)材質(zhì)、顏色，生成整體土層模型。通過以上操作，可以得到盾構(gòu)區(qū)間底層及周邊環(huán)境的模型，具體如下圖所示：
圖6 盾構(gòu)區(qū)間底層及周邊環(huán)境的模型
當(dāng)然，為了對(duì)盾構(gòu)隧道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，在BIM模型庫(kù)已經(jīng)建立的基礎(chǔ)上，針對(duì)鉆石山站與金鐘站的管片參數(shù)設(shè)置，從而在Revit程序中可以極其方便的生成盾構(gòu)隧道以及聯(lián)絡(luò)通道等模型，具體如下圖所示：
圖7 盾構(gòu)隧道模型
圖8 聯(lián)絡(luò)通道模型
在以上步驟完成情況下，要想進(jìn)一步將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表中的風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行可視化，需要利用BIM模型庫(kù)中的相關(guān)模型，將其轉(zhuǎn)換成圖片，然后載入到程序中，并放置于相應(yīng)的事故發(fā)生位置做為警示標(biāo)志。而一線施工人員可以依據(jù)模型圖紙，清晰的看到哪些區(qū)域?qū)儆陲L(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域，從而及時(shí)的對(duì)施工過程進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，提前進(jìn)行警示的優(yōu)勢(shì)可以極好的避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，而這樣將風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行可視化，才能有效的降低風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)束語
綜上所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用讓建筑工程領(lǐng)域的建設(shè)效率得到了極大的提升，而且由于其可視化的特點(diǎn)，最大程度的避免了施工風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，解決了潛在的安全隱患，讓施工變得更加安全。本文以香港地鐵鉆石山站與金鐘站為例，探討了將BIM技術(shù)應(yīng)用在盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)可視化的方法，在構(gòu)建好了BIM模型庫(kù)之后，利用Revit程序的建模功能，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)可視化的目標(biāo)。因此，本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論對(duì)香港地鐵沙中線避免施工風(fēng)險(xiǎn)提供了理論上的指導(dǎo)價(jià)值。（基建項(xiàng)目總監(jiān)蔡振聲）
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