BIM三维可视化模拟动画在监理技术交底工程中的应用——汕头苏埃通道盾构工程篇

工程监理作为工程项目全过程咨询的重要一环，BIM三维可视化技术的应用可以提高监理效率，本文探讨了BIM三维可视化模拟动画技术的应用方案，通过实际案例分析了BIM三维可视化模拟动画技术在技术管理、进度管理、质量管理等方面的监理应用，并对应用过程的问题和对策进行讨论。

一、技术背景

作为一项先进的技术，近些年BIM技术在国内正在掀起一场建筑工程业的革命。很多工程也通过BIM三维可视化进行施工技术交底，使交底的内容更加直观，施工工艺的执行更加彻底。建筑信息模型(BIM)技术将设计、施工、运维全寿命周期信息集成于三维模型的数据库中，建筑各参与方包括业主、施工单位、工程监理、运维单位可以在BIM平台中共享信息，协同进行管理工作。监理作为工程项目全过程咨询的一个重要环节,BIM三维可视化技术可以辅助其进行质量、安全、进度等方面的监理。

1、传统进度监理的问题及局限

（1）缺陷通常会在项目实际施工中暴露出来，一旦问题暴露就会涉及到变更。一个变更往往需要施工单位重新编制相关施工方案以及进度计划，还要进行相关的技术论证和技术交底，投入的人力和时间过多，这就大大拖慢了工程的施工进度。

（2）施工进度计划的编制不合理也会造成进度管理的问题。通常情况下，工程项目进度计划的编制往往依赖于项目管理者的经验，这就会存在很多不合理的地方，一旦在项目实施过程中出现问题，就会影响施工项目的顺利交付，对项目造成巨大的损失。

（3）当前进行项目施工的主体是人，因此人是工程能否顺利完成的重大因素之一，同时施工人员的素质对项目进度的影响也很大。施工人员对图纸的理解，对施工工艺的熟悉程度等因素都有可能影响项目的施工进度

2、BIM 三维可视化模拟动画在施工技术交底中的应用

传统的项目管理中的技术交底通常以文字描述为主，施工管理人员以口头讲授的方式对工人进行交底。这样的交底方式存在较大弊端，不同的管理人员对同一道工序有着不同的理解，口头传授的方式也五花八门，工人在理解时存在较大困难，尤其对于一些抽象的技术术语，工人更是摸不着头脑，交流过程中容易出现理解错误的情况。工人一旦理解错误，就存在较大风险的质量和安全隐患，对工程极为不利。

关键部位及复杂工艺工序等均采用BIM 技术进行三维可视化模拟，然后对施工工艺进行反复模拟，找出最优方案，最后利用BIM三维可视化实时模拟对工人进行技术交底。

通过BIM 三维可视化模拟动画技术对复杂节点进行施工工序进行优化模拟并指导现场施工意义非凡。模型优化完成后，组织各施工段工长和现场施工人员召开交底会议，通过BIM三维可视化模拟演示来对工人进行技术交底。通过这样的方式交底，工人会更容易理解，交底的内容也会进行的更彻底。从现场实际实施情况来看，效果非常好，既保证了工程质量，又避免了施工过程中容易出现的问题而导致的返工和窝工等情况的发生。

大范围应用BIM 三维可视化模拟技术进行管理比较困难。究其原因，不管是施工单位还是业主，过去积累的各种管理方法已经相当成熟，相关管理均已形成制度。各单位对于新技术的支持要制定相关规定，还要投入成本，所以执行起来存在一定的困难。另一方面，BIM 三维可视化模拟动画技术的小范围试点效果却非常明显，它能够解决一些施工难题，比如复杂节点的节点做法和工序排布等。另外对于施工单位来说，BIM 三维可视化模拟动画技术在深化设计中有很大的优势。

监理在施工BIM技术的基础上进行优化，作为监理工作的工具，工作按照监理规划结合BIM技术有序地开展，将各个监理职责与BIM技术协调起来。首先，施工前可以利用BIM三维可视化技术进行事前控制，预测施工过程中可能出现的问题，减少返工次数；施工中，监理工作结合BIM三维可视化模拟动画技术对施工各个环节进行管理，将必备的监理信息融合到BIM模型中，可以提取可视化的模型信息，在图纸会审中提出合理化建议；对进度计划进行模拟，用以监督现场实际进度；还可以结合现场情况模拟施工方案。

二、项目背景

汕头市苏埃隧道工程全长6.68km，设双向六车道（见图一）。施工采用明挖法、盾构法。明挖段共长2252m，海域盾构段3047m。隧道内径为13.3m，外径为14.5m，C60抗渗P12砼（见图二）。内设应急通道、电缆管廊、管沟及烟道。本工程重难点：始发段存在大量孤石，其中东线最大孤石尺寸长宽高分别为10.1m、5.38m、5.61m，以及海域段存在3处基岩凸起，长度分别为67m、70m、45m，共长182m，侵入隧道高度约3～6m。

图一

图二

本工程共投入两台泥水平衡盾构机（见图三），厂家为海瑞克与中铁装备。海瑞克刀盘直径为15. 01m，主机总长约为15. 5m，整机总长130m，主机重约2800T，拖车重约1600T，单件最重为刀盘550T。后配套拖车由1-4#拖车、连接桥及辅助平台组成。拖车布置有刀盘旋转驱动电机、油缸推进、泥水循环、气体保压、油脂注入、同步注浆、导向、管片安装系统、口子件安装系统等。还有预留穿梭舱接口、中心舱预留人舱接口、5道尾刷、4个油脂腔。刀盘结构：一个中心块、六个边块、常压可更换39把滚刀、48把刮刀，带压162把可更换切刀、超前地质雷达、冲刷孔（见图四）。

图三

图四

盾构施工常见问题

1.1破除洞门时防止涌土、涌砂、涌水，始发时盾构反力架防止发生位移及变形。盾构始发托架防止变形（见图五）。

图五

1.2盾构进洞、出洞后防止轴线偏离设计轴线，尤其是曲线始发、接收。

1.3大轴承密封受损、大齿圈损坏（盾构心脏）→大齿圈损坏→刀盘转不动。

1.4刀盘、刀具磨损（造成盾构机无法掘进）。刮刀遇孤石、基岩易损坏掉落，打捞困难。

1.5盾尾刷被击穿造成同步注浆漏浆，严重时盾尾漏水。

1.6同步注浆浆液配合比不合适、浆液材料不达标、管路清洗不及时等造成同步注浆管路堵塞。

1.7盾构机被困，盾构选型失误，如无配置扩挖刀或磨损或者刀具配备不合适。

1.8刀盘结泥饼（见图六），在可塑、硬塑状的粘土类地层、粘土质砂土地层、泥岩、泥质粉砂岩、母岩为花岗岩的残积土层、全风化岩层和强风化岩层等地层中掘进时刀盘易形成泥饼（见图七），掘进无效率。

图六

图七

1.9喷涌，a.破碎带、富水砂层地段，造成盾构无法正常推进，土仓压力无法按要求控制，地面沉降、甚至塌陷。b.裂隙发育的岩层地段，造成喷涌-清渣-喷涌恶性循环，盾构无法正常推进，同时造成管片上浮侵限等。

1.10地表沉隆、建筑物下沉事故、冒浆现象。

1.11盾构掘进方向失控、管片错台、破损、渗漏。

1.12出洞时洞口水土流失。

1.13孤石与基岩凸起，编制孤石基岩凸起处理方案，专家论证。有直接通过与预处理两种方案。

a.直接通过时，直径小于盾构破碎机破碎的最大粒径则可破碎，本工程盾构机可破除最大1.2m直径石头。由于孤石未生根，只能靠缓慢摩擦变小或推至掘进线路外，具有不可控性，不得已时被迫采取开仓取孤石。

b.采取旋挖钻、密钻孔、爆破处理。陆地可用钻孔探明孤石位置，用密钻孔破坏孤石的整体性。或用爆破的方式将孤石裂解为小于破碎机可破碎粒径。珠海马骝洲隧道海域段用地震波散射法水上探测孤石，水下爆破，对爆破孔下部用膨润土、小石子封堵，隧道顶上部孔用小药包炸断PVC管封堵，河床上部用高压旋喷桩加固。

三、BIM三维可视化模拟动画技术交底

BIM三维可视化模拟动画技术交底是将设计转变为工人的具体的施工方法的过程，是施工重要的环节。在传统的项目中，技术交底使用平面图纸与文字语言相结合，抽象且复杂，工人往往根据自己的经验进行施工，施工效果参差不齐。本项目中，监理单位监督施工单位利用BIM可视化模拟动画，对施工进行技术交底。

（编辑：奚雅青）