摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，BIM技術變得越來越完善，在建筑工程中的應用變得更加深入，并且由于BIM技術具有可視化、模擬化、優(yōu)化性等特點，可以極大的減少工程建設的風險和誤差。BIM技術的應用已經(jīng)相對成熟，但是針對在地鐵盾構隧道施工方面的應用仍舊處于起步階段。因此，本文以BIM技術為研究對象，探討其在地鐵盾構隧道風險可視化研究，具有較大的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：BIM技術；地鐵盾構隧道；風險可視化

引言

地鐵做為我國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，我國各大一線城市已經(jīng)將開通地鐵做為了一種標配，地鐵的發(fā)展十分迅速。當然，在地鐵建設的過程中，不可避免的會出現(xiàn)較多的建設風險和安全隱患，盾構法是一種較為科學的風險分析方法，可以將風險事件進行有效評價，并將風險隱患進行可視化分析。因此，本文以此為研究課題，并以自身的一個實際工程項目為例，來探討基于BIM技術的盾構“隧道”風險可視化，期望能對后來的研究者提供一定的借鑒價值。

1 BIM概述

BIM技術，即建筑信息化模型，是一種結合現(xiàn)代信息技術的工程輔助技術，能夠極大的幫助工程施工過程中減少風險、降低成本的目標，跟CAD相比，這種技術具有不可比擬的優(yōu)勢，CAD制圖技術只能進行三維設計，而BIM則能進行四維設計。

從BIM技術的內(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技術增加了時間維度，可以從設計階段開始，一直到運營管理都可以進行全方位的模擬；二是構建三維模型，以往的施工圖紙均是二維，要想實現(xiàn)三維可視化，就需要設計人員自己想象，這十分的不方便，而且隨著建筑結構的不斷復雜化，CAD技術已經(jīng)逐漸被淘汰；三是模擬與優(yōu)化，使用BIM還可以進行多方位的模擬，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，方便進行項目管理、特殊設計的優(yōu)化、成本與工期的控制等等。

總之，BIM的優(yōu)勢十分明顯，可以極大程度的提升建筑工程的施工效率，對于地鐵隧道建設來說，同樣具有不可替代的作用。

2地鐵盾構模型構建

2.1相關參數(shù)設置

香港地鐵建設已經(jīng)十分成熟，針對盾構隧道來說，筆者采用的是預制管片拼裝技術，但是這種技術存在著一定的缺陷，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，因此導致管片拼裝位置十分復雜。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，分析軟土地鐵盾構隧道管片組成規(guī)律，借助多個控制參數(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，進行BIM參數(shù)設置，從而進行有效建模的流程比較復雜，但是環(huán)節(jié)清晰。一是要對地鐵盾構隧道的相關數(shù)據(jù)進行測量，比如管片內(nèi)徑、拉伸長度、旋轉(zhuǎn)角度等，依據(jù)這些數(shù)據(jù)做為參數(shù)設置的依據(jù)，特別要使旋轉(zhuǎn)角度與管環(huán)中心參照點的距離在自適應體量下進行關聯(lián)，建立兩點自適應管環(huán)的參數(shù)化模型；二是要利用Revit程序來進行自適應點的設置，要保證自適應點與管片中心點的距離始終，并把這距離做為驅(qū)動參數(shù)的主體，并需要對其進行進一步的參數(shù)定義，可以選用if公式對隧道中心進行等距分割，從而可以有效的生成對應參照點，將自適應點放在這個參照點上，接著利用Revit程序，一鍵生成管環(huán)，Revit程序參數(shù)設置方法如下圖所示：

圖1 Revit程序參數(shù)設置

2.2參照平面設置

在自適應點的設置過程中，參照平面的設置至關重要，要保證自適應點與參照平面相互協(xié)調(diào)，必須還要利用Revit程序進行參照平面的生成，以此保證管環(huán)的順利生成，針對參照平面的設置，如下圖所示：

圖2 Revit程序中參照點、參照線、參照平面

2.3BIM模型構建

在參照平面設置完成的基礎上，必須進一步在Revit程序中新建一個公制常規(guī)模型，并結合參照平面以及圖紙信息的基礎上，對管片的位置進行迅速定位。在此基礎上，編制一個融合命令，并在上面繪制出管片前后兩側的輪廓線，并修改融合起、始點，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管片所拼接而成的盾構隧道。在進行參數(shù)化處理后，通過調(diào)整個別參數(shù)即可得到不同尺寸的管片，進而實現(xiàn)模型的構建，該方法可以比較容易地實現(xiàn)盾構區(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環(huán)模型以及隧道錯縫拼裝模型，如下圖所示：

圖3 盾構環(huán)模型

圖4 隧道錯縫拼裝模型

3 案例工程概述

3.1工程背景簡介

香港地鐵工程建設項目沙中線，是香港鐵路有限公司正在興建的一條全新地鐵線，也是當前香港地鐵建設中最先應用BIM技術的項目。目前該地鐵項目由于現(xiàn)實需求，已經(jīng)將計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”。

地鐵項目原本就是一個十分復雜的項目，在該項目中，其構造較為復雜，標高眾多，管線十分密集，洞口設置如果不合理，則會造成大量成本的浪費，采用BIM技術進行盾構隧道風險可視化評價，則會大大的減少風險發(fā)生的可能，從而為地鐵工程施工提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

香港地鐵工程建設項目沙中線項目全長約17公里，途徑10個車站，本文選取的就是擴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相關量的確定

在進行盾構“隧道”施工之前，需要對其總配件數(shù)量、總混凝土數(shù)量、隧道挖土土方量等進行量的確定，以配合估算師工作，接下來本文對此進行一一闡述。

（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、用電設備等，這些配件的總量可以由Revit中的明細表計算得出。通過打開明細表，在項目瀏覽器中，選擇標題、合計和綜述，合計中顯示組中圖元的數(shù)量，標題和合計左對其顯示在組的下方，總數(shù)即為總配件數(shù)量。

通過在Revit軟件中進行總計，發(fā)現(xiàn)刀盤、盾體、人艙、螺旋輸送機、管片安裝機、管片小車、皮帶機、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軟件來計算得出，首先打開創(chuàng)建完畢的模型，新建明細表，并創(chuàng)建結構柱明細表，選擇類別為結構柱；其次，添加相應的需要字段信息，比如體積，并點擊成組，勾選總計；然后，點擊格式，設置體系，計算總數(shù)；最后點擊體積列，選擇選項卡中的“設置單元格式”，保留三位小數(shù)，并導出進行數(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

針對隧道挖土土方量的計算，進行的步驟可能要稍微復雜一點，首先要繪制地形，這在前面已經(jīng)完成。在繪制地形的基礎上，選擇地形，待圖元高亮顯示后，在左側屬性對話框中將“創(chuàng)建的階段”設定為“現(xiàn)有”；其次，單擊“體量和場地”選項卡>“修改場地”面板>“平整區(qū)域”命令，彈出對話框，并繪制建筑地坪，進入3D視圖，在左側視圖屬性對話框中將“相位”設置為“現(xiàn)有”；然后，將屬于“現(xiàn)有”階段的原地形選擇后刪除，再次在視圖屬性對話框中將“相位”設置為“新構造”，此時可見到新構造階段的地形及其他構造物出現(xiàn)，并單擊“視圖”選項卡>“圖形”面板>“可見性/圖形”按鈕，在彈出的“可見性/圖形替換”對話框中取消勾選“場地”中的“建筑地坪”（如圖-1），這樣畫面上將只會看見單純的地表；最后，任選一個被地坪切割過后的地形，高亮選擇后，在實例屬性對話框中，在“標識數(shù)據(jù)”下的“名稱”欄內(nèi)輸入這個輪廓的名稱，再利用明細表計算土方量。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技術的盾構“隧道”風險可視化

4.1盾構“隧道”風險事件評價

在進行盾構隧道風險事件評價之前，需要對工程施工中會出現(xiàn)的風險事件進行整理和歸類，結合施工現(xiàn)場實際情況，對地鐵盾構隧道的風險事件進行了全面總結，如下表所示：

表1 地鐵盾構隧道的風險事件表

上表對于不可接受需要重新決策的風險進行了全部羅列，但是由于受到主客觀環(huán)境的影響，無法將所有風險都一一羅列出來，比如還有較多的三級風險。

4.2基于BIM技術的風險可視化

在利用BIM技術將風險可視化之前，需要在Revit程序中進行底層模型的模擬，即對鉆石山站與金鐘站進行詳細分析，可以將場地視圖導入進CAD平面圖紙中，從而方便后續(xù)操作。在此基礎上，必須修改導入單位和可見性等參數(shù)，并使用Revit程序中的特殊命令，來進行場地繪制，利用放置點來確定地表高程坐標，順利生成地表模型。此外，還需對地表模型進行有效分割，在分割成一個個單獨的區(qū)域后，輔以不同顏色的材質(zhì)，來模擬地面上的真實情況。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土層，并分別賦予相應材質(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 盾構區(qū)間底層及周邊環(huán)境的模型

當然，為了對盾構隧道的風險進行全面評價，在BIM模型庫已經(jīng)建立的基礎上，針對鉆石山站與金鐘站的管片參數(shù)設置，從而在Revit程序中可以極其方便的生成盾構隧道以及聯(lián)絡通道等模型，具體如下圖所示：

圖7 盾構隧道模型

圖8 聯(lián)絡通道模型

在以上步驟完成情況下，要想進一步將風險評價表中的風險事件進行可視化，需要利用BIM模型庫中的相關模型，將其轉(zhuǎn)換成圖片，然后載入到程序中，并放置于相應的事故發(fā)生位置做為警示標志。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險高發(fā)區(qū)域，從而及時的對施工過程進行有效監(jiān)測，提前進行警示的優(yōu)勢可以極好的避免風險的發(fā)生，而這樣將風險進行可視化，才能有效的降低風險。

結束語

綜上所述，BIM技術的應用讓建筑工程領域的建設效率得到了極大的提升，而且由于其可視化的特點，最大程度的避免了施工風險的發(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技術應用在盾構隧道風險可視化的方法，在構建好了BIM模型庫之后，利用Revit程序的建模功能，實現(xiàn)了風險可視化的目標。因此，本文的研究內(nèi)容和結論對香港地鐵沙中線避免施工風險提供了理論上的指導價值。（基建項目總監(jiān)蔡振聲編輯）

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關鍵詞： 隧道 風險 可視化