BIM + 3D GIS在(zài)岩溶強發育區跨海盾構隧道(dào)施工中的(de)實踐應用

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發布時(shí)間：2020-12-25

生态夥伴：中鐵第六勘察設計院集團有限公司

公司簡介：
　　中鐵第六勘察設計院集團有限公司（簡稱中鐵六院）隸屬于(yú)世界500強企業中國(guó)中鐵，總部設在(zài)天津，是(shì)以(yǐ)鐵路、城市軌道(dào)交通、公路、市政建設等工程勘察、設計、咨詢、監理、項目管理、總承包業務爲(wéi / wèi)主的(de)大(dà)型企業集團。
　　中鐵六院技術力量雄厚，現有員工1900餘人(rén)，作爲(wéi / wèi)國(guó)家級高新技術企業，公司大(dà)力構建“産學研用一(yī / yì ／yí)體化”創新驅動平台，先後組建了(le／liǎo)天津市軌道(dào)交通供電系統技術工程中心、天津市隧道(dào)設計及安全評估企業重點實驗室、天津市企業技術中心、中國(guó)中鐵智慧城市研發中心、中國(guó)中鐵地(dì / de)下空間研發中心、北京市院士專家工作站等創新研發平台，對企業創新發展拓展了(le／liǎo)極大(dà)的(de)空間。
　　中鐵六院專業設置齊全，下設天津電化院、天津隧道(dào)院、中鐵通号院、中鐵西安院、中鐵合肥院、路安工程咨詢公司、檢測試驗公司和(hé / huò)工程設計審查咨詢公司等八家子(zǐ)公司；設電化分公司、隧道(dào)分公司、廣西分公司、廣東分公司、淮北分公司等五家分公司。本部有線站院、橋梁院、機環院、工經院四家專業設計院，城建院、勘察院、測繪院、工程總承包事業部、國(guó)際事業部五個(gè)事業部；公司在(zài)高速鐵路、重載鐵路、城市軌道(dào)交通、隧道(dào)及地(dì / de)下工程、海綿城市、新型軌道(dào)交通、磁浮交通等領域具有較強優勢，部分技術在(zài)國(guó)内外處于(yú)領先水平。
　　核心團隊具備SuperMap GIS開發經驗，充分探索三維GIS在(zài)交通軌道(dào)施工建設、管理等方面的(de)創新性應用。目前中鐵六院正在(zài)與超圖公司積極開展合作，探索更廣泛的(de)應用方向。

應用領域： BIM GIS 三維（點擊應用領域名稱查看更多相關GIS成功案例）

案例區域：

　　某跨海段隧道(dào)工程是(shì)國(guó)内首次大(dà)直徑穿越岩溶強烈發育區的(de)超級穿海工程，隧道(dào)需穿越馬蜂窩狀的(de)岩溶區域，該區域線岩溶率13.7%、存在(zài)三大(dà)溶洞群、最大(dà)溶洞高29米，采用鑽孔+CT+超前鑽三種方式探明溶洞，爲(wéi / wèi)三維直觀、完整的(de)查看溶洞狀況、實時(shí)表達盾構掘進與溶洞時(shí)空關系指導施工而(ér)引入BIM平台應用。

　　圖1 隧道(dào)穿越海底岩溶強烈發育區

　　一(yī / yì ／yí)、應用概況

　　中鐵六院作爲(wéi / wèi)BIM總體總包單位，建立标準模型、盾構族、盾構施工BIM管理平台等，實現基于(yú)BIM信息化集成支撐的(de)動态盾構安全風險管理爲(wéi / wèi)目标的(de)海底隧道(dào)盾構環境的(de)可視化展現、施工現場的(de)安全風險管控，提供多源地(dì / de)質建模、地(dì / de)質預判、盾構安全風險管理、指導施工等應用。

圖2 BIM技術應用框架

　　1、基礎數據

　　結合《建築信息模型施工應用标準》GB/T51235-2017标準要(yào / yāo)求，創建滿足項目目标的(de)相關BIM模型，并負責模型維護工作。環境建模：建立地(dì / de)表風險源、建築物等模型，導入BIM平台，虛拟現實的(de)展示工程;地(dì / de)質模型：根據鑽孔、CT相關物探數據，制作三維地(dì / de)質模型并且導入BIM平台;盾構區間建模：盾構機、隧道(dào)管片、軌道(dào)、管線、襯砌等建模，模型輕量化後導入BIM平台。

　　圖3 基礎建模成果示意

　　基于(yú)BIM平台，以(yǐ)WGS 84(3D GIS)爲(wéi / wèi)骨架，地(dì / de)上(shàng)地(dì / de)下、陸地(dì / de)海域層次分明，形成一(yī / yì ／yí)體化整體模型。

　　圖 4 基于(yú)BIM平台一(yī / yì ／yí)體化模型整合示意

　　2、數據集成

　　BIM平台集成盾構機實時(shí)數據、攝像頭監控數據、智能監測數據(沉降、變形、位移、應力、壓力、地(dì / de)下水位等)、提供人(rén)工監測報表數據導入及移動巡檢上(shàng)報接口、集成第三方安全隐患系統推送數據等。綜合多方數據綜合可視化分析，避免信息孤島，更可靠地(dì / de)保障施工安全。

　　圖5 基于(yú)BIM平台系統集成流程示意

　　3、BIM平台研發及實施

　　BIM全生命周期管理平台，基于(yú)超圖SuperMap GIS三維底層引擎平台及中間轉換工具軟件，以(yǐ)一(yī / yì ／yí)體化協同爲(wéi / wèi)理念，貫穿項目全生命周期，實現設計階段BIM協同設計成果管理，施工階段安全管理、進度管理、質量管理、成本管理，運維階段資産管理、維護管理等。

　　該項目以(yǐ)全生命周期管理框架分層實施、基于(yú)WebGL引擎的(de)全環境的(de)BIM+3D GIS線網應用、兼容多種建模軟件并輕量化處理、創新的(de)多碼合一(yī / yì ／yí)的(de)二三維一(yī / yì ／yí)體化關聯管理、系統集成多種數據綜合分析、從實際業務需求出(chū)發、以(yǐ)項目落地(dì / de)指導施工爲(wéi / wèi)目标，實現施工數據爲(wéi / wèi)智慧運維服務。

　　4、安全風險管理應用

　　設計方提供風險源信息、測點信息、監測方案，監測管理來(lái)源于(yú)集成數據，視頻監控布置在(zài)下井口、管片拼裝處、出(chū)渣口、區間其他(tā)位置，利用人(rén)工巡檢移動APP上(shàng)報數據。通過多碼合一(yī / yì ／yí)的(de)二三維關聯定位，三維方式展示，進行分析預警，發起處置流程并跟蹤統計。

　　圖6 基于(yú)BIM平台盾構機監測模塊

　　5、質量管理應用

　　巡檢APP提交質量問題并定位，問題列表關聯三維模型與GIS坐标，查看質量問題并自動發起流程、流程跟蹤、質量問題統計，處置措施收集并建設質量管理知識庫，最終達到(dào)發現問題自動匹配處置措施及知識輸出(chū)赢利。

　　圖7 移動APP質量巡檢上(shàng)報(GIS定位、掃碼關聯定位、構件樹選擇定位)

　　6、進度管理應用

　　導入Project或者Excel格式形象進度，通過施工日志、系統集成盾構機實時(shí)數據獲取實際進度，實現形象進度與實際進度對比(按時(shí)完成、提前完成、滞後完成)，對出(chū)現的(de)異常情況分析并處置，保障工程按期完成。

　　圖8 基于(yú)BIM平台進度管理模塊

　　7、指導施工應用

　　實時(shí)查看盾構機位置與周邊岩溶發育的(de)時(shí)空關系，提前發現重要(yào / yāo)安全隐患節點，提前處置。主要(yào / yāo)實現功能地(dì / de)質半透/實體查看、掘進面地(dì / de)質剖切、測量盾構機當前位置與最近三個(gè)溶洞的(de)距離、查詢某段距離岩溶體積并與注漿數據對比分析。

　　圖9 基于(yú)BIM平台指導施工應用模塊

　　二、應用亮點

　　該項目通過BIM平台應用，效益明顯。三維可視化交底，提高效率，節約工期72天;指導施工，節省岩溶處置材料5%，約爲(wéi / wèi)1000萬元;盾構糾偏、岩溶與盾構掘進時(shí)空關系仿真模拟，大(dà)大(dà)降低掘進誤差、岩溶特大(dà)風險源引起的(de)盾構機陷落等導緻10億多項目成爲(wéi / wèi)廢棄工程的(de)風險。

　　該項目實施過程中，初步總結創新點、亮點及可供分享經驗如下：

　　1、多源地(dì / de)質建模，指導施工

　　國(guó)内首次自主開發工具實現鑽孔與CT數據綜合建模，仿真模拟地(dì / de)質狀況，盾構掘進與地(dì / de)質狀況實時(shí)分析，爲(wéi / wèi)注漿異常、推力異常、沉降異常等分析提供依據，達到(dào)輔助決策的(de)目的(de)。

　　2、多源安全風險數據綜合可視化管理

　　以(yǐ)3D GIS平台爲(wéi / wèi)骨架載體，在(zài)原有盾構機二維實時(shí)參數的(de)基礎上(shàng)，平台實時(shí)集成人(rén)工監測報表、智能監測儀器數據、視頻監控數據、安全隐患系統數據、盾構機參數等，以(yǐ)三維方式關聯周邊風險源、監測數據并進行動态分析。