BIM + 3D GIS在岩溶强发育区跨海盾构隧道施工中的实践应用
? ? ?某跨海段隧道工程是國內首次大直徑穿越巖溶強烈發育區的超級穿海工程，隧道需穿越馬蜂窩狀的巖溶區域，該區域線巖溶率13.7%、存在三大溶洞群、最大溶洞高29米，采用鉆孔+CT+超前鉆三種方式探明溶洞，為三維直觀、完整的查看溶洞狀況、實時表達盾構掘進與溶洞時空關系指導施工而引入BIM平臺應用。
圖1 隧道穿越海底巖溶強烈發育區
一、應用概況
中鐵六院作為BIM總體總包單位，建立標準模型、盾構族、盾構施工BIM管理平臺等，實現基于BIM信息化集成支撐的動態盾構安全風險管理為目標的海底隧道盾構環境的可視化展現、施工現場的安全風險管控，提供多源地質建模、地質預判、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《建筑信息模型施工應用標準》GB/T51235-2017標準要求，創建滿足項目目標的相關BIM模型，并負責模型維護工作。環境建模：建立地表風險源、建筑物等模型，導入BIM平臺，虛擬現實的展示工程;地質模型：根據鉆孔、CT相關物探數據，制作三維地質模型并且導入BIM平臺;盾構區間建模：盾構機、隧道管片、軌道、管線、襯砌等建模，模型輕量化后導入BIM平臺。
?????????? 圖3 基礎建模成果示意
基于BIM平臺，以WGS 84(3D GIS)為骨架，地上地下、陸地海域層次分明，形成一體化整體模型。
圖 4 基于BIM平臺一體化模型整合示意
2、數據集成
BIM平臺集成盾構機實時數據、攝像頭監控數據、智能監測數據(沉降、變形、位移、應力、壓力、地下水位等)、提供人工監測報表數據導入及移動巡檢上報接口、集成第三方安全隱患系統推送數據等。綜合多方數據綜合可視化分析，避免信息孤島，更可靠地保障施工安全。
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圖5 基于BIM平臺系統集成流程示意
3、BIM平臺研發及實施
BIM全生命周期管理平臺，基于超圖SuperMap GIS三維底層引擎平臺及中間轉換工具軟件，以一體化協同為理念，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，運維階段資產管理、維護管理等。
該項目以全生命周期管理框架分層實施、基于WebGL引擎的全環境的BIM+3D GIS線網應用、兼容多種建模軟件并輕量化處理、創新的多碼合一的二三維一體化關聯管理、系統集成多種數據綜合分析、從實際業務需求出發、以項目落地指導施工為目標，實現施工數據為智慧運維服務。
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，監測管理來源于集成數據，視頻監控布置在下井口、管片拼裝處、出渣口、區間其他位置，利用人工巡檢移動APP上報數據。通過多碼合一的二三維關聯定位，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BIM平臺盾構機監測模塊
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坐標，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，最終達到發現問題自動匹配處置措施及知識輸出贏利。
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圖7 移動APP質量巡檢上報(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數據獲取實際進度，實現形象進度與實際進度對比(按時完成、提前完成、滯后完成)，對出現的異常情況分析并處置，保障工程按期完成。
圖8 基于BIM平臺進度管理模塊
7、指導施工應用
實時查看盾構機位置與周邊巖溶發育的時空關系，提前發現重要安全隱患節點，提前處置。主要實現功能地質半透/實體查看、掘進面地質剖切、測量盾構機當前位置與最近三個溶洞的距離、查詢某段距離巖溶體積并與注漿數據對比分析。
圖9 基于BIM平臺指導施工應用模塊
應用亮點
該項目通過BIM平臺應用，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，節省巖溶處置材料5%，約為1000萬元;盾構糾偏、巖溶與盾構掘進時空關系仿真模擬，大大降低掘進誤差、巖溶特大風險源引起的盾構機陷落等導致10億多項目成為廢棄工程的風險。
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、多源地質建模，指導施工
國內首次自主開發工具實現鉆孔與CT數據綜合建模，仿真模擬地質狀況，盾構掘進與地質狀況實時分析，為注漿異常、推力異常、沉降異常等分析提供依據，達到輔助決策的目的。
2、多源安全風險數據綜合可視化管理
以3D GIS平臺為骨架載體，在原有盾構機二維實時參數的基礎上，平臺實時集成人工監測報表、智能監測儀器數據、視頻監控數據、安全隱患系統數據、盾構機參數等，以三維方式關聯周邊風險源、監測數據并進行動態分析。
圖10 基于BIM平臺多源安全風險數據綜合可視化分析
3、地質預判自動計算隧道中心點與溶洞距離
盾構當前環，與周邊溶洞距離自動計算，為盾構安全掘進提供依據。
圖11 自動計算當前環隧道中心點與溶洞距離功能示意
4、多碼合一的二三維關聯維護方法
以地鐵區間施工EBS、WBS、OBS等編碼多碼合一為前提，實現模型與GIS坐標、管片、環號、構筑物、構件等關聯，解決BIM信息化管理中的關鍵瓶頸，具有借鑒與推廣意義。
圖12 多碼合一的二三維關聯功能示意
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以上是生活随笔為你收集整理的BIM + 3D GIS在岩溶强发育区跨海盾构隧道施工中的实践应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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