鐵路隧道工程機械化建造BIM技術(shù)應(yīng)用

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【摘要】文章從BIM模型設(shè)計、協(xié)同管理和智能化施工設(shè)備三方面介紹了BIM技術(shù)在高速鐵路隧道工程機械化智能建造方面的應(yīng)用。該技術(shù)對于加強工程的管控、優(yōu)化施工工序具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道；協(xié)同管理；智能化設(shè)備

1bim模型設(shè)計

1.1建立隧道模型

在傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)有不合理不協(xié)調(diào)的狀況很難進行修改，對工程整體施工進度產(chǎn)生影響。隨著BIM技術(shù)的普及，在隧道工程設(shè)計中實現(xiàn)了設(shè)計的可視化，在對隧道工程進行整體施工建造前，建造一個模型，直觀展示工程中的過軌管分布、接觸網(wǎng)槽道預(yù)埋、鋼筋安裝等施工工作。采用CSD軟件分段建立隧道BIM設(shè)計模型，再按施工要求對設(shè)計模型自動切分、自動生成和綁定編碼，最終形成隧道施工BIM模型（見圖1）。

1.2BIM可視化管理

三維模型精細呈現(xiàn)設(shè)計細節(jié)。通過三維建模首先使技術(shù)人員在建模過程中更加深刻理解工程內(nèi)容，通過三維模型進行技術(shù)交流和探討。基于BIM模型的成果和設(shè)計數(shù)據(jù)，通過基于GIS的管理平臺，全面整合各項數(shù)據(jù)，如里程樁號、地形地貌、環(huán)水保線、穿既有線等各種場景的信息，以更加清晰逼真的形式體現(xiàn)工程實景。同時，通過三維展示方式可以任意角度查看，在主體模型與既有地形模型相結(jié)合后，方便施工方案的制定和審核[1]。

2協(xié)同管理

BIM管理體系以BIM模型為管理載體，將BIM技術(shù)與信息化管理緊密結(jié)合起來，通過對工程項目三維可視化、信息化、精細化的綜合管理，打通各個業(yè)務(wù)、各個參與單位之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，搭建“數(shù)字工地”。全員參與，建立起項目的高效協(xié)同。以BIM技術(shù)搭建的三維模型為基礎(chǔ)，以協(xié)同管理為手段，在施工過程的管理中建立全員參與的協(xié)同管理體系，實現(xiàn)各項信息共享，按照不同的權(quán)限、角色建立起職責(zé)履行清單。以工序為紐帶加強現(xiàn)場把控，實現(xiàn)建造過程痕跡保留，建立以工序過程為核心的過程控制體系。工序作為施工過程的重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了基于工序的自動關(guān)聯(lián)進度。工序開始，反映到模型上：顯示結(jié)構(gòu)物正在施工，進行到關(guān)鍵工序時自動關(guān)聯(lián)檢、驗、批，必須驗收合格以后才允許進入下道工序。同時，基于工序建造過程的時間節(jié)點、責(zé)任人、現(xiàn)場影像資料同步自動生成，形成了完整的建造過程的痕跡保留?；贐IM技術(shù)，推動標準化、規(guī)范化、精細化的管理體系。BIM技術(shù)的本質(zhì)是以信息化為驅(qū)動。在建設(shè)BIM體系的過程中要求管理體系標準化，同時結(jié)合規(guī)范化的措施和精細化的管理要求，確保所有信息有序流動，最終關(guān)聯(lián)到模型。在檢、驗、批現(xiàn)場填報，現(xiàn)場確認時，結(jié)合手機端GPS定位，實時現(xiàn)場確認，落實規(guī)范標準的管理體系。

3隧道智能化施工設(shè)備

3.1ZYS113全智能三臂鑿巖臺車

3.1.1超前地質(zhì)預(yù)報的應(yīng)用采用ZYS113全智能三臂鑿巖臺車進行超前地質(zhì)預(yù)報，結(jié)合超前鉆孔及加深炮孔法等方法，實現(xiàn)快速預(yù)報。鉆孔時，鉆孔深度30m～50m，實時監(jiān)測推進速度、沖擊壓力、推進壓力、回轉(zhuǎn)壓力、水壓力和水流量等參數(shù)，并通過MWD軟件分析復(fù)原地質(zhì)情況，形成地質(zhì)報告。對掌子面前方情況進行綜合分析，科學(xué)判定前方地質(zhì)情況；對掌子面穩(wěn)定性做出分類，為現(xiàn)場施工提供準確的依據(jù)，并基于此在BIM模型上建立隧道大數(shù)據(jù)地質(zhì)庫，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.1.2鉆爆開挖及初期支護智能化建造的應(yīng)用導(dǎo)入作業(yè)面爆破設(shè)計圖，與隧道坐標結(jié)合，在鑿巖臺車電腦上生成開挖循環(huán)的隧道輪廓與爆破圖，不需要測量人員標注隧道輪廓和鉆孔孔位，將斷面圖及炮孔圖顯示在鑿巖臺車電腦上，操作人員完全按照電腦顯示，控制炮孔的角度和深度，根據(jù)電腦指示擺臂架的角度。系統(tǒng)錨桿施工前，臺車預(yù)先輸入錨桿設(shè)計參數(shù)以及斷面數(shù)據(jù)，進而確定錨桿位置信息，臺車依據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)實現(xiàn)自動移臂對孔定位、自動鉆孔。

3.2SCDZ133智能型多功能作業(yè)臺車

SCDZ133智能型多功能作業(yè)臺車配套設(shè)施有底盤行走系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、臂架系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。①智能型多功能作業(yè)臺車裝有定位系統(tǒng)，通過系統(tǒng)換算將大地2000坐標系轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部可識別坐標，實現(xiàn)臺車在隧道坐標系下的精準定位。②臺車車前裝有掃描系統(tǒng)，對斷面進行掃描，同時采集數(shù)據(jù)，車內(nèi)設(shè)有設(shè)備對采集數(shù)據(jù)進行處理，形成三維隧道斷面點云模型，通過與BIM模型相連，在模型上與設(shè)計斷面對比分析出隧道超欠挖情況。③改變傳統(tǒng)拱架安裝方式，在臺車上安裝有智能控制系統(tǒng)，在地面鏈接中間3節(jié)拱架，舉升至拱頂，再抓取左右兩側(cè)拱架，舉升至安裝位置，安裝連接螺栓，調(diào)整拱架姿態(tài)，焊接網(wǎng)片與連接筋，掃描拱架安裝位置尺寸，并實時采集數(shù)據(jù)上傳至BIM模型，將其與設(shè)計位置進行對比，實現(xiàn)按照設(shè)計數(shù)據(jù)進行拱架自動安裝作業(yè)。

3.3HPSZ3016S濕噴臺車

HPSZ3016S濕噴臺車是在HPS3016S的基礎(chǔ)上進行智能化升級改造的產(chǎn)品，其配套設(shè)施有底盤行走系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、臂架系統(tǒng)、泵送系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。①濕噴臺車車前安裝掃描系統(tǒng)，對斷面進行掃描采集數(shù)據(jù)，車內(nèi)設(shè)有設(shè)備對數(shù)據(jù)進行處理，形成三維隧道斷面點云模型，自動精確計算各處超欠挖值。通過對隧道輪廓的三維建模與計算，施工中指導(dǎo)噴射方式并評估噴射質(zhì)量。電腦圖像實時指示各區(qū)域噴射厚度，對噴射厚度進行精準量化控制。通過三維掃描提前預(yù)估噴射方量，噴射完成后計算實噴方量、回彈率，評估噴射質(zhì)量。②濕噴臺車安裝有智能控制系統(tǒng)，通過對隧道輪廓的三維建模與計算，進行設(shè)計噴射數(shù)據(jù)處理，控制臂架系統(tǒng)、泵送系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)進行自動噴射。

3.4數(shù)字化襯砌臺車

數(shù)字化襯砌臺車配套裝置有滑移軌道系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、雙灌注系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、高頻氣動振動系統(tǒng)、軟搭接系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、壓力傳感系統(tǒng)、參數(shù)觀測系統(tǒng)、實時監(jiān)控系統(tǒng)、全自動打磨涂脫模劑系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)等。①襯砌臺車裝有定位系統(tǒng)，通過前端架設(shè)掃描儀，后端架設(shè)全站儀，分別對隧道內(nèi)的三個激光靶標進行半自動和自動照準；獲取的臺車中軸定位坐標，可通過臺車控制系統(tǒng)與油缸自動調(diào)節(jié)至與隧道中軸線重合，實現(xiàn)臺車自動定位功能。②襯砌臺車具備參數(shù)觀測系統(tǒng)，可進行混凝土灌注方量測量、灌注壓力監(jiān)測、拱頂飽滿度測量、入模溫度記錄等功能。對實時灌注流量及總量，通過混凝土流量計進行測量統(tǒng)計，混凝土的預(yù)澆筑方量可通過車載式3D自動掃描儀或激光斷面儀測量。③改變傳統(tǒng)振搗方式，在臺車模板上加裝高頻氣動振動系統(tǒng)引進歐洲臺車的主流振動技術(shù)，減少拱頂局部堵塞，解決混凝土密實問題。④采用雙灌注系統(tǒng)，下灌注系統(tǒng)采用機械手分窗分層自然流下澆筑，上灌注系統(tǒng)采用“拱頂部水平壓入澆筑工法”實現(xiàn)帶壓澆筑。提高了混凝土質(zhì)量，減少氣泡產(chǎn)生。⑤混凝土澆筑過程中，通過實時采集數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)至BIM模型，展示出混凝土的狀態(tài)，可及時檢查襯砌混凝土是否飽滿、混凝土入模溫度能否達到要求、振搗是否到位等問題。

4結(jié)語

文章從BIM模型設(shè)計、協(xié)同管理和智能化施工設(shè)備三方面，開展了高速鐵路隧道工程機械化智能建造的應(yīng)用研究，可為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，從而加快鐵路隧道施工效率，提升施工質(zhì)量。

參考文獻

[1]解亞龍，王萬齊，楊斌.智能建造技術(shù)在京雄城際鐵路的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2020（8）：161-165.

作者：李福林 單位：中鐵十二局集團第三工程有限公司