BIM技術(shù)在港珠澳大橋的應(yīng)用

港珠澳大橋(英文名稱(chēng)：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge)是中國(guó)境內(nèi)一座連接香港、廣東珠海和澳門(mén)的橋隧工程，位于中國(guó)廣東省珠江口伶仃洋區(qū)域內(nèi)，為珠江三角洲地區(qū)環(huán)線高速公路南環(huán)段。

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段主要有路線設(shè)計(jì)、BIM多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、BIM模型出圖、設(shè)計(jì)方案論證等多個(gè)方向的應(yīng)用。

1. 路線線形設(shè)計(jì)

項(xiàng)目組將Autodesk Revit 軟件與中交二公院自主研發(fā)的路線老師系統(tǒng)結(jié)合，利用路線老師系統(tǒng)的平面坐標(biāo)、縱斷面高程以及坡度計(jì)算等功能，生成用于Autodesk Revit 建模的路線數(shù)據(jù)，采取二次開(kāi)發(fā)的手段，實(shí)現(xiàn)隧道路線三維實(shí)體的自動(dòng)創(chuàng)建。

2. BIM多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

拱北隧道BIM建模項(xiàng)目由結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、交通工程專(zhuān)業(yè)、防排水工程專(zhuān)業(yè)及路基路面專(zhuān)業(yè)等四大專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)完成。由于組成全專(zhuān)業(yè)拱北隧道BIM模型的構(gòu)件較多，項(xiàng)目組建立企業(yè)級(jí)BIM構(gòu)件管理系統(tǒng)，并將全部構(gòu)件導(dǎo)入管理系統(tǒng)，形成中交二公院自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為項(xiàng)目組協(xié)同管理、快速建立BIM模型起到積極作用。

3. BIM隧道設(shè)計(jì)流程

拱北隧道設(shè)計(jì)可以分為兩類(lèi)：工作井和特殊段建模，其BIM建模的主要流程有項(xiàng)目模板、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、路線線形、橫斷面、管幕及附屬構(gòu)造，最后形成BIM設(shè)計(jì)成果。

4. BIM模型與出圖

基于以上步驟，項(xiàng)目組完成了凍結(jié)曲線管幕、暗挖開(kāi)挖斷面345平方米拱北隧道BIM模型，以及東、西兩側(cè)工作井和周邊主要建筑物拱北口岸BIM模型。通過(guò)BIM三維可視化直觀的展示方式，有效解決項(xiàng)目挑戰(zhàn)多部門(mén)協(xié)調(diào)難度大的問(wèn)題。根據(jù)拱北隧道BIM模型出圖，工作井施工圖、襯砌施工圖、管幕施工布置圖等。

5. 工作井選址方案

采用三維BIM模型與實(shí)景照片相結(jié)合的方法，對(duì)避免口岸建筑拆遷、工作井進(jìn)入澳門(mén)界內(nèi)等問(wèn)題，提供了論證方案。

6. BIM三維設(shè)計(jì)平臺(tái)與有限元分析系統(tǒng)集成

通過(guò)軟件二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)在BIM建模軟件中導(dǎo)出工作井計(jì)算模型，與大型有限元分析軟件結(jié)合，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維仿真受力分析。從基坑開(kāi)挖階段到暗挖破墻階段的坑內(nèi)水平形變、豎向彎矩分析，計(jì)算結(jié)果變形最大值為14.2mm ，出現(xiàn)在開(kāi)挖面中下部，最大彎矩699KN·m ，最大負(fù)彎矩-984KN·m，均滿足設(shè)計(jì)要求。

BIM技術(shù)在施工階段主要應(yīng)用有建立暗挖段BIM施工模型、施工進(jìn)度管理、漫游與工序模擬。

1. 暗挖段BIM施工模型

隧道暗挖段為保證施工安全，開(kāi)挖斷面共劃分5個(gè)臺(tái)階15個(gè)分區(qū)，臺(tái)階高度約3.8m左右，長(zhǎng)度約5m左右，主體結(jié)構(gòu)以及支護(hù)構(gòu)造物較為復(fù)雜。暗挖段BIM施工模型包含 初期支護(hù)、二次襯砌、三次襯砌，分為先仰拱、側(cè)墻及中板、最后拱部、臨時(shí)支撐、袖閥管劈裂注漿管，完成暗挖段全部模型后，可用于施工各個(gè)管理段。

2. 施工進(jìn)度管理

拱北隧道項(xiàng)目工期要求嚴(yán)格，在總體進(jìn)度控制框架下，由施工單位在征求各單位的意見(jiàn)后，編制總體進(jìn)度計(jì)劃;然后利用AutodeskNavisworks 軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合功能，將總體進(jìn)度計(jì)劃與BIM施工模型各構(gòu)件相互關(guān)聯(lián)，采用軟件二次開(kāi)發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)拱北隧道施工進(jìn)度管理系統(tǒng)。

施工進(jìn)度管理系統(tǒng)，整合工程項(xiàng)目各單位計(jì)劃進(jìn)度信息，在施工過(guò)程中重點(diǎn)監(jiān)控進(jìn)度執(zhí)行情況，協(xié)助總體單位完成進(jìn)度的動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)系統(tǒng)采集的進(jìn)度執(zhí)行情況與計(jì)劃情況不一致的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)提示并持續(xù)跟蹤和反饋;4D施工模擬更是以可視化的方式，向眾多參與方，集成展示整個(gè)項(xiàng)目的總體進(jìn)度情況，嚴(yán)格控制工期起到重要作用。

3. 漫游與工序模擬

拱北隧道工程復(fù)雜，主要對(duì)復(fù)雜工點(diǎn)進(jìn)行工序模擬，利用游戲引擎強(qiáng)大的展示功能，制作三維施工工序模擬，可以直觀瀏覽、檢查和方案的修改，有效應(yīng)對(duì)拱北隧道工程項(xiàng)目工序復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

•項(xiàng)目創(chuàng)新

經(jīng)過(guò)充分的調(diào)研和老師咨詢(xún)，項(xiàng)目組針對(duì)拱北凍結(jié)法施工，結(jié)合BIM技術(shù)特點(diǎn)，制定了管幕凍結(jié)設(shè)計(jì)方案，開(kāi)發(fā)了管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)。為配合暗挖施工，凍結(jié)管幕橫斷面上分為A ，B1，B2 ，B3 ，C五個(gè)區(qū)。為控制土體的凍脹效應(yīng)，采用控制性?xún)鼋Y(jié)施工，并在凍結(jié)A區(qū)及局部敏感區(qū)域采用注漿改良凍結(jié)法。同時(shí)，分別在各區(qū)安裝溫度傳感器，以便掌控溫度的變化情況。

拱北隧道凍結(jié)法管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)，首先需要建立凍結(jié)管、監(jiān)測(cè)點(diǎn)BIM模型。然后，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，將溫度采集數(shù)據(jù)與BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)。管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、溫度變化趨勢(shì)查詢(xún)、溫度預(yù)警以及風(fēng)險(xiǎn)定位等功能。相對(duì)于傳統(tǒng)模式，基于BIM技術(shù)的管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)可以結(jié)合三維模型對(duì)于歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置等多個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，可以更加準(zhǔn)確、及時(shí)定位于風(fēng)險(xiǎn)的位置，使項(xiàng)目的安全與質(zhì)量得到提升。

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