BIM案例地鐵隧道超近間距CRD法施工4D仿真

1、【BIM案例】地鐵隧道超近間距CRD法施工4D仿真引 言當(dāng)前國(guó)內(nèi)城市軌道交通地鐵工程建設(shè)領(lǐng)域在施工管理方面運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)的研究相對(duì)薄弱，尤其是人機(jī)交互4D智能控制工程尚未在實(shí)際工程中得到真正開發(fā)和使用。依據(jù)北京地鐵14號(hào)線土建10標(biāo)段在建工程項(xiàng)目需求，針對(duì)其采用的CRD法施工穿越特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源所研制開發(fā)的4D仿真管理系統(tǒng)，將主要施工步序演示、特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源、交互式進(jìn)度控制和三維幾何模型有機(jī)結(jié)合，并嵌入周圍地層及各種風(fēng)險(xiǎn)源模型信息，在復(fù)雜地鐵車站工程施工數(shù)字化管理領(lǐng)域進(jìn)行了有益探索與實(shí)踐。工程概況北京地鐵114號(hào)線線10標(biāo)標(biāo)段安蒲蒲區(qū)間自自安樂林林站出發(fā)發(fā)后，沿沿安樂林林路起下下穿景泰泰路、蒲蒲黃榆五五

2、巷、蒲蒲黃榆二二巷及蒲蒲黃榆路路，至蒲蒲黃榆路路下穿55號(hào)線并并與蒲黃黃榆站換換乘。安安樂林路路規(guī)劃道道路紅線線寬300m，車車流量較較大，線線路穿越越范圍內(nèi)內(nèi)平房及及瓦房較較多，鄰鄰近高層層建筑若若干，距距離隧道道結(jié)構(gòu)外外側(cè)在-0.558.0m。區(qū)區(qū)間左線線設(shè)計(jì)里里程范圍圍為K221+6644.8000K222+4449.5955，全長(zhǎng)長(zhǎng)8044.7995m；區(qū)間右右線設(shè)計(jì)計(jì)里程范范圍為KK21+6444.8000KK22+4499.2000，全全長(zhǎng)8004.4400mm。區(qū)間間軌頂標(biāo)標(biāo)高133.2006226.8817mm，地面面標(biāo)高440.885441.004m，結(jié)結(jié)構(gòu)覆土土厚度114.

3、222327.6444m。區(qū)區(qū)間平面面由多條條曲線構(gòu)構(gòu)成，區(qū)區(qū)間線路路最大坡坡度-110.33。本本段區(qū)間間線間距距1017mm，線路路縱向呈呈單面坡坡。項(xiàng)目整體平平面圖項(xiàng)目地質(zhì)情情況既有5號(hào)線線蒲黃榆榆站為單單柱雙層層拱形結(jié)結(jié)構(gòu)形式式，暗挖挖中洞法法施工，結(jié)結(jié)構(gòu)形式式為復(fù)合合式襯砌砌，已經(jīng)經(jīng)建成交交付投入入運(yùn)行。車車站覆土土約5.85mm，底板板埋深約約22.0m，全全長(zhǎng)1668m，由由南向北北設(shè)-00.3%的縱坡坡。車站站東西向向?qū)?22.6mm，高116.33m，軌軌頂標(biāo)高高21.5888222.0992m。車站結(jié)構(gòu)示示意圖安蒲區(qū)間在在左線KK22+4044.6334KK22+4499.

4、5995、右右線K222+4404.2477K222+4449.2000段下穿穿既有55號(hào)線蒲蒲黃榆站站，左右右線各445m，其其中位于于既有55號(hào)線結(jié)結(jié)構(gòu)下方方長(zhǎng)度為為22.6m。區(qū)區(qū)間隧道道開挖輪輪廓線距距既有蒲蒲黃榆站站底部距距離為00.344811.5880m。安蒲區(qū)間與與既有55號(hào)線的的關(guān)系車站初支采采用3000mmm厚C220網(wǎng)噴噴混凝土土，二襯襯采用不不小于6600mmm厚CC30、PP10防防水鋼筋筋混凝土土；底縱縱梁尺寸寸14000mmm27750mmm，中中柱為10000mmm鋼管混混凝土柱柱；車站站施工時(shí)時(shí)采用1144mm，貫貫通整個(gè)個(gè)車站拱拱部超長(zhǎng)長(zhǎng)管棚。隧道開挖挖步序

5、圖圖地下管線眾眾多，縱縱橫交錯(cuò)錯(cuò)，大直直徑雨污污水、熱熱力方溝溝、電力力方溝，中中壓自來來水、中中壓燃?xì)鈿?、通信信等，埋埋設(shè)深淺淺不一。安蒲區(qū)間下下穿既有有蒲黃榆榆站部分分隧道，共共有以下下幾方面面環(huán)境風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)源：(1)既有有5號(hào)線線蒲黃榆榆站(特特級(jí))；(2)蒲黃黃榆三向向天橋(一級(jí))；(3)熱力力方溝(一級(jí))；(4)新建建聯(lián)絡(luò)通通道(一一級(jí))；(5)地下下水降水井井未打到到設(shè)計(jì)數(shù)數(shù)量，降降深不足足，存在在帶水作作業(yè)情況況；(6)砂卵卵石地層層內(nèi)內(nèi)摩擦角角43，地層層自穩(wěn)性性差，滑滑移面大大，易塌塌方。設(shè)計(jì)相關(guān)要要求一設(shè)計(jì)原則(1)系統(tǒng)統(tǒng)功能設(shè)設(shè)計(jì)本著著簡(jiǎn)潔、實(shí)實(shí)用的原原則，運(yùn)運(yùn)行于WWind

6、dowss環(huán)境，具具有友好好的用戶戶界面，便便于在目目標(biāo)用戶戶群中廣廣泛使用用；(2)遵循循系統(tǒng)需需求分析析、總體體設(shè)計(jì)、詳詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)、程序序編制、系系統(tǒng)集成成與調(diào)試試等流程程開展系系統(tǒng)研制制；(3)滿足足該地鐵鐵車站工工程施工工管理需需求，使使系統(tǒng)在在地鐵工工程數(shù)字字化施工工管理領(lǐng)領(lǐng)域具有有典型的的代表性性和示范范性。二設(shè)計(jì)目標(biāo)(1)所構(gòu)構(gòu)建三維維模型應(yīng)應(yīng)全面、準(zhǔn)準(zhǔn)確反映映車站工工程本體體、各主主要施工工工藝及及周邊地地層信息息，并滿滿足穿越越環(huán)境風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域域的評(píng)估估需求；(2)系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三三維模型型中的各各施工工工藝與進(jìn)進(jìn)度控制制的密切切結(jié)合，滿滿足人機(jī)機(jī)智能交交互操作作的靈活活性。三系統(tǒng)

7、開發(fā)工工具Unityy是由UUnitty TTechhnollogiies開開發(fā)的一一個(gè)可輕輕松創(chuàng)建建建筑可可視化、實(shí)實(shí)時(shí)三維維動(dòng)畫等等類型互互動(dòng)內(nèi)容容的多平平臺(tái)綜合合型3DD圖形開開發(fā)工具具，比起起其他可可視化構(gòu)構(gòu)建工具具(如網(wǎng)網(wǎng)頁、動(dòng)動(dòng)畫、圖圖形編輯輯工具)來說，UUnitty 33D由于于提供了了信息交交互的接接口，能能在實(shí)時(shí)時(shí)編輯環(huán)環(huán)境中與與對(duì)象互互動(dòng)。通通過圖形形用戶界界面，實(shí)實(shí)現(xiàn)方便便靈活、快快捷穩(wěn)定定的人機(jī)機(jī)友好交交互。鑒鑒于此，選選擇Unnityy 3DD作為開開發(fā)工具具，能夠夠符合系系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)目標(biāo)和和原則。系統(tǒng)集成及及功能設(shè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)包包括圖形形界面化化系統(tǒng)、三三維模型型顯

8、示系系統(tǒng)、菜菜單控制制系統(tǒng)、施施工區(qū)段段模型生生長(zhǎng)控制制系統(tǒng)及及背景控控制系統(tǒng)統(tǒng)等。系統(tǒng)集成框框架一圖形交互界界面系統(tǒng)統(tǒng)圖形交互界界面系統(tǒng)統(tǒng)以二維維界面形形式設(shè)置置了各種種操作按按鈕并顯顯示有關(guān)關(guān)信息。開啟圖形交交互界面面系統(tǒng)后后進(jìn)入歡歡迎界面面并點(diǎn)擊擊左側(cè)屏屏幕中間間按鈕，車車站施工工區(qū)域的的俯視照照片向右右側(cè)滑動(dòng)動(dòng)，并由由灰色變變?yōu)椴噬?，操作作者通過過圖形交交互界面面進(jìn)入主主頁面后后，為控控制模型型的生長(zhǎng)長(zhǎng)效果，必必須借助助圖形交交互界面面系統(tǒng)所所構(gòu)建的的施工區(qū)區(qū)段劃分分及工序序展示菜菜單框架架中的按按鈕進(jìn)行行操控。系統(tǒng)開始界界面二三維模型顯顯示系統(tǒng)統(tǒng)三維模型顯顯示系統(tǒng)統(tǒng)是用于于向操作作

9、者直觀觀展示車車站施工工效果的的系統(tǒng)。在在這套系系統(tǒng)中，通通過三維維建模軟軟件所構(gòu)構(gòu)建的模模型被附附加邏輯輯關(guān)系，進(jìn)進(jìn)行從屬屬性設(shè)置置、位置置綁定、自自發(fā)光、漫漫反射及及對(duì)應(yīng)烘烘焙貼圖圖的處理理，使操操作者通通過亮度度、陰影影、顏色色、前后后位置關(guān)關(guān)系將所所看到的的圖形在在頭腦中中轉(zhuǎn)化為為三維實(shí)實(shí)體模型型。三菜單控制系系統(tǒng)菜單控制系系統(tǒng)是真真正通過過輸入各各種數(shù)據(jù)據(jù)，向菜菜單發(fā)生生控制命命令的系系統(tǒng)，也也是整個(gè)個(gè)系統(tǒng)平平臺(tái)的核核心。菜菜單控制制包括輸輸入信息息、記錄錄信息、邏邏輯判定定、控制制模型顯顯示等步步驟。按照工程施施工部署署，分為為3個(gè)施施工區(qū)段段，每個(gè)個(gè)施工區(qū)區(qū)段包括括的主要要工序有

10、有：豎井井開挖及及初支、橫橫通道開開挖及初初支、導(dǎo)導(dǎo)洞開挖挖及初支支、條基基施工、邊邊樁施工工、邊導(dǎo)導(dǎo)洞冠梁梁施工、中中導(dǎo)洞底底縱梁施施工、鋼鋼管柱施施工、頂頂縱梁施施工、中中洞及邊邊洞扣拱拱施工、車車站上層層土方開開挖、車車站中層層板施工工、站廳廳側(cè)墻施施工、站站臺(tái)層土土方開挖挖、車站站底板施施工及站站臺(tái)側(cè)墻墻施工等等，各施施工步序序均單獨(dú)獨(dú)控制。菜單被點(diǎn)選選后激活活；鼠標(biāo)標(biāo)點(diǎn)擊可可輸入空空白區(qū)域域后，激激活空白白區(qū)域?yàn)闉榭奢斎肴霐?shù)字區(qū)區(qū)域；鼠鼠標(biāo)輸入入數(shù)字后后，所輸輸入數(shù)字字被賦予予寫入后后臺(tái)數(shù)據(jù)據(jù)，并呼呼叫對(duì)應(yīng)應(yīng)生長(zhǎng)模模型讀取取數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)中數(shù)據(jù)據(jù)，將輸輸入數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換成成模型控控制區(qū)域域所識(shí)

11、別別的數(shù)字字后，改改變模型型為邏輯輯判定所所涉及的的相應(yīng)狀狀態(tài)，同同時(shí)操作作者所輸輸入的數(shù)數(shù)字也被被傳送到到可輸入入的空白白區(qū)域二二維界面面顯示負(fù)負(fù)責(zé)區(qū)，并并賦值給給一段代代碼，最最終可顯顯示操作作者所輸輸入的數(shù)數(shù)值及模模型上相相關(guān)施工工區(qū)段的的變化，分分別針對(duì)對(duì)各施工工區(qū)段的的不同施施工工序序，隨機(jī)機(jī)輸入有有關(guān)數(shù)據(jù)據(jù)后可得得到相應(yīng)應(yīng)形象進(jìn)進(jìn)度模型型顯示。施工進(jìn)度度模型顯顯示四施工區(qū)段模模型生長(zhǎng)長(zhǎng)控制系系統(tǒng)施工區(qū)段模模型生長(zhǎng)長(zhǎng)控制系系統(tǒng)將收收到邏輯輯解析后后的信息息，通過過值域選選擇在模模型上體體現(xiàn)。本本套系統(tǒng)統(tǒng)將每一一步施工工區(qū)域的的模型都都設(shè)定相相關(guān)邏輯輯判定關(guān)關(guān)系，涉涉及模型型數(shù)量近近千

12、余個(gè)個(gè)。五背景控制系系統(tǒng)通過背景控控制系統(tǒng)統(tǒng)可分別別控制顯顯示站臺(tái)臺(tái)模型結(jié)結(jié)構(gòu)、地地層分布布及周邊邊風(fēng)險(xiǎn)源源等項(xiàng)目目，并可可嵌入車車站本體體模型，將將各要素素集成為為整體系系統(tǒng)。背景控制系系統(tǒng)要素素展示應(yīng)用效果安浦區(qū)間下下穿5號(hào)號(hào)線蒲黃黃榆站CCRD法法施工工工藝復(fù)雜雜，風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)源眾多多，尤其其是劃分分為3個(gè)個(gè)不同施施工階段段，形成成不同方方向、位位置的工工序平行行、交叉叉施工局局面(如如第2施施工區(qū)段段自橫通通道分別別向東、西西方向各各開設(shè)88個(gè)導(dǎo)洞洞及內(nèi)部部結(jié)構(gòu)施施工，同同時(shí)第11、第33區(qū)段也也分別對(duì)對(duì)應(yīng)各自自8個(gè)導(dǎo)導(dǎo)洞)，僅僅依靠傳傳統(tǒng)平面面圖紙及及文字表表達(dá)材料料形式已已經(jīng)難以以全面、

13、充充分、準(zhǔn)準(zhǔn)確表達(dá)達(dá)?；谟谡鎸?shí)幾幾何尺寸寸所研制制的4DD仿真管管理系統(tǒng)統(tǒng)將施工工進(jìn)度控控制與工工程建設(shè)設(shè)信息、三三維幾何何形體有有機(jī)結(jié)合合，將傳傳統(tǒng)平面面設(shè)計(jì)圖圖形、文文字施工工方案與與抽象難難懂的施施工進(jìn)度度計(jì)劃有有機(jī)結(jié)合合，具有有生動(dòng)、直直觀、形形象、動(dòng)動(dòng)態(tài)可控控等特點(diǎn)點(diǎn)。具體體表現(xiàn)在在：(1)通過過操作鼠鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)任意視視角、方方位和比比例移動(dòng)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、縮放放車站結(jié)結(jié)構(gòu)模型型，并獲獲得任何何部位、構(gòu)構(gòu)造的三三維直觀觀形象，有有利于針針對(duì)站體體內(nèi)部及及其他復(fù)復(fù)雜部位位的施工工方案進(jìn)進(jìn)行深入入優(yōu)化分分析；(2)將所所構(gòu)建的的各風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)源模型型根據(jù)操操作者的的需要實(shí)實(shí)時(shí)展示示在系統(tǒng)統(tǒng)界面中中，有助助于正確確顯示施施工信息息