BIM三維可視化模擬動畫在監理技術交底工程中的應用——汕頭蘇埃通道盾構工程篇

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

一、技術背景

作為一項先進的技術，近些年BIM技術在國內正在掀起一場建筑工程業的革命。很多工程也通過BIM三維可視化進行施工技術交底，使交底的內容更加直觀，施工工藝的執行更加徹底。建筑信息模型(BIM)技術將設計、施工、運維全壽命周期信息集成于三維模型的數據庫中，建筑各參與方包括業主、施工單位、工程監理、運維單位可以在BIM平臺中共享信息，協同進行管理工作。監理作為工程項目全過程咨詢的一個重要環節,BIM三維可視化技術可以輔助其進行質量、安全、進度等方面的監理。

1、傳統進度監理的問題及局限

（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施工方案以及進度計劃，還要進行相關的技術論證和技術交底，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交底中的應用

傳統的項目管理中的技術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術語，工人更是摸不著頭腦，交流過程中容易出現理解錯誤的情況。工人一旦理解錯誤，就存在較大風險的質量和安全隱患，對工程極為不利。

關鍵部位及復雜工藝工序等均采用BIM 技術進行三維可視化模擬，然后對施工工藝進行反復模擬，找出最優方案，最后利用BIM三維可視化實時模擬對工人進行技術交底。

通過BIM 三維可視化模擬動畫技術對復雜節點進行施工工序進行優化模擬并指導現場施工意義非凡。模型優化完成后，組織各施工段工長和現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交底。通過這樣的方式交底，工人會更容易理解，交底的內容也會進行的更徹底。從現場實際實施情況來看，效果非常好，既保證了工程質量，又避免了施工過程中容易出現的問題而導致的返工和窩工等情況的發生。

大范圍應用BIM 三維可視化模擬技術進行管理比較困難。究其原因，不管是施工單位還是業主，過去積累的各種管理方法已經相當成熟，相關管理均已形成制度。各單位對于新技術的支持要制定相關規定，還要投入成本，所以執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，比如復雜節點的節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在深化設計中有很大的優勢。

監理在施工BIM技術的基礎上進行優化，作為監理工作的工具，工作按照監理規劃結合BIM技術有序地開展，將各個監理職責與BIM技術協調起來。首先，施工前可以利用BIM三維可視化技術進行事前控制，預測施工過程中可能出現的問題，減少返工次數；施工中，監理工作結合BIM三維可視化模擬動畫技術對施工各個環節進行管理，將必備的監理信息融合到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，用以監督現場實際進度；還可以結合現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，設雙向六車道（見圖一）。施工采用明挖法、盾構法。明挖段共長2252m，海域盾構段3047m。隧道內徑為13.3m，外徑為14.5m，C60抗滲P12砼（見圖二）。內設應急通道、電纜管廊、管溝及煙道。本工程重難點：始發段存在大量孤石，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驅動電機、油缸推進、泥水循環、氣體保壓、油脂注入、同步注漿、導向、管片安裝系統、口子件安裝系統等。還有預留穿梭艙接口、中心艙預留人艙接口、5道尾刷、4個油脂腔。刀盤結構：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、超前地質雷達、沖刷孔（見圖四）。

圖三

圖四

盾構施工常見問題

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

圖五

1.2盾構進洞、出洞后防止軸線偏離設計軸線，尤其是曲線始發、接收。

1.3大軸承密封受損、大齒圈損壞（盾構心臟）→大齒圈損壞→刀盤轉不動。

1.4刀盤、刀具磨損（造成盾構機無法掘進）。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盾構機被困，盾構選型失誤，如無配置擴挖刀或磨損或者刀具配備不合適。

1.8刀盤結泥餅（見圖六），在可塑、硬塑狀的粘土類地層、粘土質砂土地層、泥巖、泥質粉砂巖、母巖為花崗巖的殘積土層、全風化巖層和強風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.裂隙發育的巖層地段，造成噴涌-清渣-噴涌惡性循環，盾構無法正常推進，同時造成管片上浮侵限等。

1.10地表沉隆、建筑物下沉事故、冒漿現象。

1.11盾構掘進方向失控、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。有直接通過與預處理兩種方案。

a.直接通過時，直徑小于盾構破碎機破碎的最大粒徑則可破碎，本工程盾構機可破除最大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交底

BIM三維可視化模擬動畫技術交底是將設計轉變為工人的具體的施工方法的過程，是施工重要的環節。在傳統的項目中，技術交底使用平面圖紙與文字語言相結合，抽象且復雜，工人往往根據自己的經驗進行施工，施工效果參差不齊。本項目中，監理單位監督施工單位利用BIM可視化模擬動畫，對施工進行技術交底。

（編輯：奚雅青）