BIM三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)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(xiàng)目全過(guò)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(dòng)畫(huà)技術(shù)的應(yīng)用方案，通過(guò)實(shí)際案例分析了BIM三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)在技術(shù)管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理等方面的監(jiān)理應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用過(guò)程的問(wèn)題和對(duì)策進(jìn)行討論。

一、技術(shù)背景

作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，近些年BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)正在掀起一場(chǎng)建筑工程業(yè)的革命。很多工程也通過(guò)BIM三維可視化進(jìn)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(jì)、施工、運(yùn)維全壽命周期信息集成于三維模型的數(shù)據(jù)庫(kù)中，建筑各參與方包括業(yè)主、施工單位、工程監(jiān)理、運(yùn)維單位可以在BIM平臺(tái)中共享信息，協(xié)同進(jìn)行管理工作。監(jiān)理作為工程項(xiàng)目全過(guò)程咨詢的一個(gè)重要環(huán)節(jié),BIM三維可視化技術(shù)可以輔助其進(jìn)行質(zhì)量、安全、進(jìn)度等方面的監(jiān)理。

1、傳統(tǒng)進(jìn)度監(jiān)理的問(wèn)題及局限

（1）缺陷通常會(huì)在項(xiàng)目實(shí)際施工中暴露出來(lái)，一旦問(wèn)題暴露就會(huì)涉及到變更。一個(gè)變更往往需要施工單位重新編制相關(guān)施工方案以及進(jìn)度計(jì)劃，還要進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)論證和技術(shù)交底，投入的人力和時(shí)間過(guò)多，這就大大拖慢了工程的施工進(jìn)度。

（2）施工進(jìn)度計(jì)劃的編制不合理也會(huì)造成進(jìn)度管理的問(wèn)題。通常情況下，工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的編制往往依賴于項(xiàng)目管理者的經(jīng)驗(yàn)，這就會(huì)存在很多不合理的地方，一旦在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響施工項(xiàng)目的順利交付，對(duì)項(xiàng)目造成巨大的損失。

（3）當(dāng)前進(jìn)行項(xiàng)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(shí)施工人員的素質(zhì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的影響也很大。施工人員對(duì)圖紙的理解，對(duì)施工工藝的熟悉程度等因素都有可能影響項(xiàng)目的施工進(jìn)度

2、BIM 三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)在施工技術(shù)交底中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的項(xiàng)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(duì)工人進(jìn)行交底。這樣的交底方式存在較大弊端，不同的管理人員對(duì)同一道工序有著不同的理解，口頭傳授的方式也五花八門(mén)，工人在理解時(shí)存在較大困難，尤其對(duì)于一些抽象的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，工人更是摸不著頭腦，交流過(guò)程中容易出現(xiàn)理解錯(cuò)誤的情況。工人一旦理解錯(cuò)誤，就存在較大風(fēng)險(xiǎn)的質(zhì)量和安全隱患，對(duì)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(jìn)行三維可視化模擬，然后對(duì)施工工藝進(jìn)行反復(fù)模擬，找出最優(yōu)方案，最后利用BIM三維可視化實(shí)時(shí)模擬對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底。

通過(guò)BIM 三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工工序進(jìn)行優(yōu)化模擬并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工意義非凡。模型優(yōu)化完成后，組織各施工段工長(zhǎng)和現(xiàn)場(chǎng)施工人員召開(kāi)交底會(huì)議，通過(guò)BIM三維可視化模擬演示來(lái)對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底。通過(guò)這樣的方式交底，工人會(huì)更容易理解，交底的內(nèi)容也會(huì)進(jìn)行的更徹底。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況來(lái)看，效果非常好，既保證了工程質(zhì)量，又避免了施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)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(jìn)行管理比較困難。究其原因，不管是施工單位還是業(yè)主，過(guò)去積累的各種管理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，相關(guān)管理均已形成制度。各單位對(duì)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(lái)存在一定的困難。另一方面，BIM 三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)的小范圍試點(diǎn)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(diǎn)的節(jié)點(diǎn)做法和工序排布等。另外對(duì)于施工單位來(lái)說(shuō)，BIM 三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中有很大的優(yōu)勢(shì)。

監(jiān)理在施工BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(kāi)展，將各個(gè)監(jiān)理職責(zé)與BIM技術(shù)協(xié)調(diào)起來(lái)。首先，施工前可以利用BIM三維可視化技術(shù)進(jìn)行事前控制，預(yù)測(cè)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)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(dòng)畫(huà)技術(shù)對(duì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)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(huì)審中提出合理化建議；對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行模擬，用以監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度；還可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況模擬施工方案。

二、項(xiàng)目背景

汕頭市蘇埃隧道工程全長(zhǎng)6.68km，設(shè)雙向六車(chē)道（見(jiàn)圖一）。施工采用明挖法、盾構(gòu)法。明挖段共長(zhǎng)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(jiàn)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(diǎn)：始發(fā)段存在大量孤石，其中東線最大孤石尺寸長(zhǎng)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(zhǎng)度分別為67m、70m、45m，共長(zhǎng)182m，侵入隧道高度約3～6m。

圖一

圖二

本工程共投入兩臺(tái)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)（見(jiàn)圖三），廠家為海瑞克與中鐵裝備。海瑞克刀盤(pán)直徑為15. 01m，主機(jī)總長(zhǎng)約為15. 5m，整機(jī)總長(zhǎng)130m，主機(jī)重約2800T，拖車(chē)重約1600T，單件最重為刀盤(pán)550T。后配套拖車(chē)由1-4#拖車(chē)、連接橋及輔助平臺(tái)組成。拖車(chē)布置有刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油缸推進(jìn)、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(gè)油脂腔。刀盤(pán)結(jié)構(gòu)：一個(gè)中心塊、六個(gè)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(dá)、沖刷孔（見(jiàn)圖四）。

圖三

圖四

盾構(gòu)施工常見(jiàn)問(wèn)題

1.1破除洞門(mén)時(shí)防止涌土、涌砂、涌水，始發(fā)時(shí)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(jiàn)圖五）。

圖五

1.2盾構(gòu)進(jìn)洞、出洞后防止軸線偏離設(shè)計(jì)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(pán)轉(zhuǎn)不動(dòng)。

1.4刀盤(pán)、刀具磨損（造成盾構(gòu)機(jī)無(wú)法掘進(jìn)）。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(yán)重時(shí)盾尾漏水。

1.6同步注漿漿液配合比不合適、漿液材料不達(dá)標(biāo)、管路清洗不及時(shí)等造成同步注漿管路堵塞。

1.7盾構(gòu)機(jī)被困，盾構(gòu)選型失誤，如無(wú)配置擴(kuò)挖刀或磨損或者刀具配備不合適。

1.8刀盤(pán)結(jié)泥餅（見(jiàn)圖六），在可塑、硬塑狀的粘土類(lèi)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(qiáng)風(fēng)化巖層等地層中掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)易形成泥餅（見(jiàn)圖七），掘進(jìn)無(wú)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(wú)法正常推進(jìn)，土倉(cāng)壓力無(wú)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(wú)法正常推進(jìn)，同時(shí)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(jìn)方向失控、管片錯(cuò)臺(tái)、破損、滲漏。

1.12出洞時(shí)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(zhuān)家論證。有直接通過(guò)與預(yù)處理兩種方案。

a.直接通過(guò)時(shí)，直徑小于盾構(gòu)破碎機(jī)破碎的最大粒徑則可破碎，本工程盾構(gòu)機(jī)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(jìn)線路外，具有不可控性，不得已時(shí)被迫采取開(kāi)倉(cāng)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(jī)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(cè)孤石，水下爆破，對(duì)爆破孔下部用膨潤(rùn)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(dòng)畫(huà)技術(shù)交底

BIM三維可視化模擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)交底是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣と说木唧w的施工方法的過(guò)程，是施工重要的環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的項(xiàng)目中，技術(shù)交底使用平面圖紙與文字語(yǔ)言相結(jié)合，抽象且復(fù)雜，工人往往根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，施工效果參差不齊。本項(xiàng)目中，監(jiān)理單位監(jiān)督施工單位利用BIM可視化模擬動(dòng)畫(huà)，對(duì)施工進(jìn)行技術(shù)交底。

（編輯：奚雅青）