BIM與鐵路隧道施工方案優(yōu)化設(shè)計

1、BIM與鐵路隧道施工方案優(yōu)化設(shè)計1、概述隨著我國高高速鐵路路工程建建設(shè)快速速發(fā)展，尤尤其是鐵鐵路隧道道施工高高標準化化建設(shè)，傳傳統(tǒng)的隧隧道仰拱拱與仰拱拱填充施施工工藝藝不能滿滿足隧道道施工技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，以以及人們們對仰拱拱混凝土土外觀質(zhì)質(zhì)量、結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸寸、線形形控制、施施工高效效的需求求。目前前，在鐵鐵路礦山山法復(fù)合合式襯砌砌隧道施施工中，仰仰拱與仰仰拱填充充多采用用傳統(tǒng)的的拼裝小小模板的的施工工工藝，存存在人工工安裝費費用高、設(shè)設(shè)備工裝裝低、施施工質(zhì)量量低等問問題，并并且施工工進度難難以保障障，嚴重重影響工工期，常常常導(dǎo)致致隧道掌掌子面開開挖安全全步距超超標、影影響防水水板和二二次襯砌砌等

2、后續(xù)續(xù)工序的的結(jié)構(gòu)銜銜接質(zhì)量量和進度度等問題題。因此此，仰拱拱與仰拱拱填充成成為制約約隧道高高質(zhì)量快快速施工工的控制制性工序序。BIM技術(shù)術(shù)是以33D數(shù)字字模型為為基礎(chǔ)，以以三維模模型的平平、立、剖剖等視圖圖聯(lián)動設(shè)設(shè)計方式式，取代代了傳統(tǒng)統(tǒng)的單視視圖線條條式設(shè)計計，以“所所見即所所得冶的的形式，把把三維的的設(shè)計思思考變成成可見的的立體實實物，提提供真正正的三維維方案可可視化設(shè)設(shè)計環(huán)境境。利用用BIMM模型，通通過虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)對方方案進行行全方互互動性的的直觀展展現(xiàn)，推推敲方案案的合理理性，提提供在44D虛擬擬仿真環(huán)環(huán)境中展展示方案案的方法法與流程程。針對現(xiàn)狀問問題，結(jié)結(jié)合施工工工序管管理需

3、求求，利用用BIMM技術(shù)可可視化、協(xié)協(xié)同性、模模擬性、優(yōu)優(yōu)化性等等手段，開開展隧道道仰拱與與仰拱填填充快速速施工裝裝備與工工藝設(shè)計計，具有有重要的的探索應(yīng)應(yīng)用價值值。2、基于BBIM的的施工方方案設(shè)計計原理傳統(tǒng)的施工工方案深深化設(shè)計計，是在在二維的的施工圖圖上想象象構(gòu)思，利利用以往往的施工工經(jīng)驗，主主觀選擇擇施工方方案的裝裝備、工工藝等。但但往往存存在裝備備選型不不合適、工工藝繁瑣瑣或可行行性差，以以及簡單單的錯、漏漏、碰冶冶等深化化設(shè)計圖圖紙問題題。然而而，BIIM的33D可視視化設(shè)計計環(huán)境和和4D虛虛擬仿真真環(huán)境，為為施工方方案的裝裝備、工工藝的設(shè)設(shè)計優(yōu)化化、可行行性驗證證提供了了技術(shù)途途

4、徑。實現(xiàn)施工方方案的33D可視視化和44D虛擬擬仿真的的基礎(chǔ)，是是建立能能真實描描述施工工方案的的三維數(shù)數(shù)字模型型，包括括環(huán)境模模型、結(jié)結(jié)構(gòu)模型型和施工工設(shè)施模模型。其其中，環(huán)環(huán)境模型型是施工工方案的的虛擬布布置場地地、前置置及后置置施工工工序等環(huán)環(huán)境影響響因素。結(jié)結(jié)構(gòu)模型型是施工工方案虛虛擬建造造的工程程結(jié)構(gòu)實實體物。施施工設(shè)施施模型是是施工方方案采用用的機械械設(shè)備、模模板、模模具等作作業(yè)設(shè)施施，是BBIM輔輔助施工工方案設(shè)設(shè)計的關(guān)關(guān)鍵。依依據(jù)模型型構(gòu)件的的施工動動態(tài)邏輯輯關(guān)系，通通過施工工步序的的時間任任務(wù)項驅(qū)驅(qū)動模型型構(gòu)件，表表達施工工方案的的虛擬建建造過程程。利用AuttodeeskR

5、Reviit、NNaviiswoorkss軟件實實現(xiàn)施工工方案可可視化設(shè)設(shè)計，具具體方案案如下：(1)通過過Revvit建建立三維維數(shù)字模模型，每每一構(gòu)件件的屬性性信息應(yīng)應(yīng)配置唯唯一的施施工步序序參數(shù)，導(dǎo)導(dǎo)出NWWC模型型文件;(2)利用用Exccel編編輯每一一施工步步序的時時間任務(wù)務(wù)項，具具體包括括任務(wù)名名稱、任任務(wù)類型型、開始始時間、結(jié)結(jié)束時間間、IDD序列號號等，導(dǎo)導(dǎo)出CSSV文件件;(3)通過過Navviswworkks導(dǎo)入入NWCC模型文文件和CCSV時時間任務(wù)務(wù)項數(shù)據(jù)據(jù)源文件件，利用用一定的的自動關(guān)關(guān)聯(lián)規(guī)則則，使得得模型構(gòu)構(gòu)件與時時間任務(wù)務(wù)項一一一對應(yīng)關(guān)關(guān)聯(lián)，在在Timmelii

6、ne虛虛擬仿真真環(huán)境中中進行時時間任務(wù)務(wù)項驅(qū)動動模型的的4D虛虛擬建造造。圖11為基于于BIMM的施工工方案可可視化設(shè)設(shè)計流程程。同時，在BBIM的的4D虛虛擬仿真真環(huán)境中中，可以以進行實實時交互互的過程程模擬，虛虛擬推演演施工方方案的過過程，動動態(tài)檢查查方案可可行性以以及存在在的問題題，優(yōu)化化施工裝裝備、工工藝等。圖圖2為基基于BIIM的施施工方案案優(yōu)化流流程。3、3D模模型協(xié)同同設(shè)計模型協(xié)同設(shè)設(shè)計原則則：首先先根據(jù)施施工現(xiàn)場場環(huán)境條條件，建建立環(huán)境境模型，形形成虛擬擬真實的的設(shè)計環(huán)環(huán)境。然然后建立立結(jié)構(gòu)模模型，將將未施工工的結(jié)構(gòu)構(gòu)物對象象預(yù)設(shè)在在已有的的施工環(huán)環(huán)境中。最最后在環(huán)環(huán)境模型型的

7、作業(yè)業(yè)空間允允許界限限內(nèi)，結(jié)結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)模型的的施工需需要，在在同一設(shè)設(shè)計環(huán)境境中，進進行施工工設(shè)施模模型的可可視化設(shè)設(shè)計和虛虛擬仿真真優(yōu)化，從從而實現(xiàn)現(xiàn)施工方方案的模模型協(xié)同同設(shè)計效效果。為了實現(xiàn)隧隧道仰拱拱與仰拱拱填充施施工方案案設(shè)計和和可視化化展示，需需要利用用AuttodeeskRReviit軟件件建立以以下3個個模型：環(huán)境模模型包括括隧道初初期支護護、前方方拱底土土石方;結(jié)構(gòu)模模型包括括仰拱、仰仰拱填充充;施工工設(shè)施模模型為仰仰拱與仰仰拱填充充快速施施工臺車車。3.1.環(huán)環(huán)境模型型隧道初期支支護、前前方拱底底土石方方開挖，為為仰拱與與仰拱填填充施工工方案的的前置施施工工序序。根據(jù)據(jù)施工

8、圖圖芋級圍圍巖芋bb型襯砌砌斷面，考考慮施工工工序劃劃分原則則，建立立隧道初初期支護護與拱底底土石方方模型，如如圖3所所示。需需要注意意的是，初初期支護護模型只只需具有有靜態(tài)的的施工環(huán)環(huán)境布置置特征，不不參與施施工方案案虛擬推推演過程程。而拱拱底土石石方模型型，需要要反映出出動態(tài)開開挖的過過程，要要賦予施施工步序序參數(shù)，構(gòu)構(gòu)件的建建模精度度采用沿沿隧道軸軸向6mm一段的的劃分原原則。3.2.結(jié)結(jié)構(gòu)模型型根據(jù)施工圖圖芋級圍圍巖芋bb型襯砌砌斷面，考考慮施工工工序劃劃分原則則，建立立隧道仰仰拱與仰仰拱填充充模型，如如圖4所所示。其其中，仰仰拱的矮矮邊墻高高出填充充面3000mmm，仰拱拱填充預(yù)預(yù)留

9、中心心蓋板溝溝，仰拱拱采用CC30混混凝土，仰仰拱填充充采用CC20混混凝土，兩兩者相對對獨立澆澆筑。模模型構(gòu)件件賦予施施工步序序參數(shù)，建建模精度度采用沿沿隧道軸軸向6mm一段的的劃分原原則。3.3.施施工設(shè)施施模型隧道仰拱與與仰拱填填充施工工方案的的施工設(shè)設(shè)施模型型，是指指仰拱與與仰拱填填充快速速施工臺臺車(簡簡稱仰拱拱臺車)設(shè)計，主主要包括括模板系系統(tǒng)與行行走系統(tǒng)統(tǒng)兩部分分設(shè)備。由由翻轉(zhuǎn)組組合式仰仰拱模板板、端頭頭模板、中中心水溝溝模板構(gòu)構(gòu)成的整整體式模模板系統(tǒng)統(tǒng);由一一對自行行式桁架架梁組成成的獨立立行走系系統(tǒng)。如如圖5所所示。仰拱模板設(shè)設(shè)計為左左右兩幅幅翻轉(zhuǎn)式式組合鋼鋼板，模模板沿隧隧

10、道軸向向的長度度為6mm，由固固定部分分(與剛剛性骨架架剛接)和活動動部分鉸鉸接組成成，安裝裝、定位位、拆除除操作簡簡便快捷捷，尤其其減少了了固定部部分鋼板板本身變變形損傷傷，可很很好地保保證仰拱拱矮邊墻墻線形控控制。端頭模板由由鋼板和和型鋼梁梁組成，與與仰拱模模板和中中心水溝溝模板活活動連接接，同時時在移動動運載模模架系統(tǒng)統(tǒng)時，使使模板系系統(tǒng)形成成為一個個整體，定定位準確確，移動動就位快快捷。獨立行走系系統(tǒng)的動動力設(shè)備備包括電電葫蘆和和卷揚機機(固定定在后支支座上)，由11對桁架架梁為模模架系統(tǒng)統(tǒng)提供滑滑行軌道道。4、4D虛虛擬施工工4.1.建建立虛擬擬仿真環(huán)環(huán)境通過AuttodeeskNN

11、aviiswoorkss導(dǎo)入模模型NWWC文件件，得到到虛擬仿仿真環(huán)境境下的模模型。利利用Tiimellineer模塊塊添加施施工步序序時間任任務(wù)項數(shù)數(shù)據(jù)源CCSV文文件，生生成虛擬擬環(huán)境下下的時間間任務(wù)項項，并使使用規(guī)則則自動附附著于模模型，使使得每一一施工步步序的時時間任務(wù)務(wù)項與模模型構(gòu)件件一一對對應(yīng)。模模型賦予予時間屬屬性后，生生成虛擬擬仿真環(huán)環(huán)境下由由時間驅(qū)驅(qū)動的44D動態(tài)態(tài)模型，從從而可進進行施工工方案的的虛擬推推演。4.2.44D施工工方案演演示隧道仰拱與與仰拱填填充施工工方案的的施工步步序模擬擬過程，具具體如下下：(1)測量量放樣，模模架系統(tǒng)統(tǒng)就位;(2)卷揚揚機驅(qū)動動桁架梁梁向

12、前行行走至下下一循環(huán)環(huán)位置;澆筑仰仰拱混凝凝土(圖圖6(bb);(3)手葫葫蘆起吊吊、上翻翻仰拱壓壓模活動動板;(4)澆筑筑仰拱填填充;(5)電葫葫蘆起吊吊端頭梁梁、整體體模架向向前滑移移6m，前前方隧底底砟石開開挖;(6)電葫葫蘆下放放端頭梁梁，手葫葫蘆下翻翻仰拱壓壓模活動動板。4.3.效效果評價價仰拱模板板設(shè)計為為翻轉(zhuǎn)式式組合鋼鋼板，由由固定部部分和活活動部分分鉸接組組成，實實現(xiàn)仰拱拱與仰拱拱填充連連續(xù)循環(huán)環(huán)澆筑，保保證仰拱拱矮邊墻墻澆筑質(zhì)質(zhì)量和線線形控制制。端頭頭模板依依據(jù)仰拱拱與仰拱拱填充的的結(jié)構(gòu)尺尺寸進行行設(shè)計，模模板底與與仰拱中中埋式止止水帶位位置、形形狀一致致，便于于固定中中埋式

13、止止水帶，模模板頂與與仰拱填填充面高高程一致致，可控控制仰拱拱填充澆澆筑高程程。利用端頭模模架固定定仰拱模模架和中中心水溝溝模架，組組成可拆拆卸式整整體模板板系統(tǒng)，依依托獨立立的機械械動力行行走設(shè)備備，一次次快速循循環(huán)移動動、精確確定位，縮縮短支模模時間，避避免人工工操作誤誤差，保保證洞內(nèi)內(nèi)交通。仰仰拱作業(yè)業(yè)面分為為兩個作作業(yè)區(qū)流流水施工工，一是是仰拱底底部開挖挖(必要要時綁扎扎仰拱鋼鋼筋)作作業(yè)區(qū)，二二是仰拱拱與仰拱拱填充連連續(xù)澆筑筑作業(yè)區(qū)區(qū)，大大大縮短了了循環(huán)作作業(yè)時間間。5、結(jié)論(1)利用用BIMM技術(shù)的的3D可可視化設(shè)設(shè)計環(huán)境境和4DD虛擬仿仿真環(huán)境境，建立立了BIIM輔助助施工方方案可視視化設(shè)計計和虛擬擬推演的的方法和和流程。(2)BIIM輔助助施工方方案的三三維數(shù)字字模型設(shè)設(shè)