bim技術(shù)在遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱工法中應(yīng)用

BIM技術(shù)在遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱工程中的應(yīng)用上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司上海交通大學(xué)2015.9.18“龍圖杯”全國(guó)BIM大賽參賽作品

目錄01企業(yè)簡(jiǎn)介02BIM軟件介紹0304核心技術(shù)05項(xiàng)目背景經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益01企業(yè)簡(jiǎn)介上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，1953年收歸國(guó)有，現(xiàn)為上海建工集團(tuán)股份有限公司全資子公司。公司由原先的樁基、沉箱、橋梁等專業(yè)，逐步擴(kuò)大到擁有大型橋梁、地下頂管、隧道盾構(gòu)、沉井、地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁基、水工港口等系列專業(yè)?；A(chǔ)集團(tuán)BIM工程研究所成立于2013年5月，部門隸屬于上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司旗下的特種基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)研究院。業(yè)務(wù)范圍主要以市政工程在施工階段的BIM應(yīng)用與研發(fā)為主。團(tuán)隊(duì)目前從事BIM的人員約20人，團(tuán)隊(duì)成立以來(lái)通過(guò)總結(jié)市政施工的BIM特點(diǎn)，從建模、仿真再到管理有了一定的理論研究及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。建模工具DASSAULTCATIA四維模擬DASSAULTDELMIA展示體驗(yàn)DASSAULT3DVIA仿真計(jì)算DASSAULTSIMILIA數(shù)據(jù)管理平臺(tái)ENOVIA02BIM軟件介紹軟件支持軟件的二次開(kāi)發(fā)模塊的拓展應(yīng)用項(xiàng)目需求依托工程的BIM解決方案03項(xiàng)目背景氣壓沉箱工法原理

利用氣壓平衡箱外水壓，使箱底土體在無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行挖土排土，箱體在自重以及上部荷載的作用下下沉到指定深度，最后在沉箱結(jié)構(gòu)面底部填充混凝土的一種工法。水土壓力水土壓力03項(xiàng)目背景反壓作用平衡水壓壓縮空氣剛度大常規(guī)板式支護(hù)體系氣壓沉箱支撐鄰近建筑鄰近建筑地下連續(xù)墻沉箱側(cè)壁地面沉降降水井基底隆起氣壓沉箱優(yōu)點(diǎn)剛度大不抽水回彈小環(huán)境影響小承壓水承壓水03項(xiàng)目背景有人操作→工作條件艱苦；職業(yè)健康→易得“沉箱病”；施工效率→低下必須發(fā)展信息化遙控沉箱技術(shù)，使之煥發(fā)新的活力。人工氣壓沉箱工法的不足03項(xiàng)目背景氣壓沉箱的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)外→

日本無(wú)人沉箱的研發(fā)地下空間開(kāi)發(fā)的需求日本對(duì)外技術(shù)封鎖03項(xiàng)目背景人工氣壓沉箱工法傳統(tǒng)板式支護(hù)工法遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱工法結(jié)合BIM技術(shù)研發(fā)新工藝、新設(shè)備改造傳統(tǒng)工法形成遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱工法研究目標(biāo)03項(xiàng)目背景工程名稱：

軌道交通7號(hào)線工程12A標(biāo)中間風(fēng)井地理位置：

浦東上鋼三廠的材料堆場(chǎng)內(nèi)（緊鄰黃浦江）背景工程04核心技術(shù)沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輔助設(shè)備研發(fā)關(guān)鍵施工工藝3D實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心技術(shù)04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)直接驅(qū)動(dòng)模型，便于設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整。節(jié)次結(jié)構(gòu)制作高度（m）1刃腳2.52底板1.63井壁3.54井壁及內(nèi)隔墻4.25井壁及內(nèi)隔墻8.86井壁8.4沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：3D可視化設(shè)計(jì)04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉箱分節(jié)尺寸確定困難下沉分析復(fù)雜，重復(fù)工作量大下沉到位節(jié)次刃腳深度自重+活載（kN）總摩阻力（kN）下沉系數(shù)kst1~33.0~6.0333502940~571711.3~2.0446.0~10.0480005717~122514.6~0.86510.0~18.77700012251~264633.23~0.29618.7~29.712130026463~321810.95~0.71沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：下沉分析技術(shù)難點(diǎn)通過(guò)模型直接讀取計(jì)算荷載信息設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整自動(dòng)計(jì)算下沉系數(shù)BIM參數(shù)設(shè)計(jì)提高下沉分析率實(shí)現(xiàn)功能CATIA模型直接導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)Abaqus進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，降低分析難度BIM輔助計(jì)算分析04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型網(wǎng)格剖分應(yīng)力分布圖變形圖實(shí)體模型網(wǎng)格單元?jiǎng)澐掷щy工況復(fù)雜，分析步多技術(shù)難點(diǎn)提高計(jì)算正確性提高計(jì)算效率實(shí)現(xiàn)功能04核心技術(shù)——輔助設(shè)備研發(fā)12341.車間調(diào)試3.總控室2.拆卸吊裝4.設(shè)備研發(fā)遠(yuǎn)程遙控技術(shù)懸掛行走技術(shù)挖掘技術(shù)智能避碰技術(shù)可控、多功能、智能化挖掘機(jī)。BIM數(shù)字樣機(jī)技術(shù)難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真設(shè)備碰撞檢查功能模擬驗(yàn)證輔助設(shè)備制造遠(yuǎn)程遙控挖掘設(shè)備研發(fā)04

以人為本，解決了常規(guī)氣壓沉箱施工人員必須處于高壓環(huán)境下作業(yè)的弊病。專利：氣壓沉箱無(wú)人化施工設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控及維護(hù)系統(tǒng)

論文：《現(xiàn)代氣壓沉箱自動(dòng)遙控液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)研究》

成果核心技術(shù)——輔助設(shè)備研發(fā)04傳統(tǒng)吊桶出土法缺點(diǎn)速度慢要經(jīng)過(guò)兩個(gè)閘門每個(gè)閘門都需要加、減壓減壓時(shí)噪聲極大放排氣的能源損耗大BIM工藝模擬仿真核心技術(shù)——輔助設(shè)備研發(fā)04連續(xù)出土無(wú)排氣出土無(wú)噪音BIM數(shù)字樣機(jī)技術(shù)難點(diǎn)螺旋出土機(jī)設(shè)備研發(fā)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真設(shè)備碰撞檢查功能模擬驗(yàn)證輔助設(shè)備制造利用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)螺旋出土機(jī)核心技術(shù)——輔助設(shè)備研發(fā)高效、連續(xù)、環(huán)保、無(wú)排氣出土。實(shí)現(xiàn)功能04解決了常規(guī)氣壓沉箱出土效率低、噪聲大、污染嚴(yán)重的弊病，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保施工。專利：氣壓沉箱無(wú)排氣出土施工方法

論文：《現(xiàn)代氣壓沉箱無(wú)排氣出土螺旋機(jī)的研制》成果核心技術(shù)——輔助設(shè)備研發(fā)04核心技術(shù)——關(guān)鍵施工工藝初期支承后期壓沉姿態(tài)控制BIM工藝模擬技術(shù)難點(diǎn)下沉控制系統(tǒng)施工方案驗(yàn)證工藝流程優(yōu)化實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工方案驗(yàn)證氣壓沉箱的可控下沉。實(shí)現(xiàn)功能04核心技術(shù)——關(guān)鍵施工工藝BIM支承系統(tǒng)模擬BIM壓沉系統(tǒng)模擬解決了常規(guī)氣壓沉箱初期支承，后期壓沉的難題，實(shí)現(xiàn)了氣壓沉箱的可控下沉。專利：氣壓沉箱錨樁自主糾偏裝置專利：氣壓沉箱錨樁支承裝置論文：

《現(xiàn)代氣壓沉箱支承及助沉裝置的設(shè)計(jì)研究》論文：《現(xiàn)代氣壓沉箱施工支撐及助沉技術(shù)》成果04核心技術(shù)——3D實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)挖深度難以測(cè)量工作室情況不明開(kāi)挖難度大監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)難點(diǎn)可視化實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)激光三維掃描可視化算法實(shí)時(shí)顯示測(cè)量效果對(duì)比為遠(yuǎn)程遙控挖掘提供了實(shí)時(shí)的信息。實(shí)現(xiàn)功能04核心技術(shù)——3D實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)建立真實(shí)的三維場(chǎng)景及時(shí)掌握沉箱工作室內(nèi)信息，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息化施工。專利：面向氣壓沉箱激光三維地貌實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)專利：基于激光掃描的沉箱三維場(chǎng)景重建與挖掘機(jī)避碰系統(tǒng)論文：

《多平面場(chǎng)景下基于約束Hough變換的3D數(shù)據(jù)配準(zhǔn)》論文：一種無(wú)人化氣壓沉箱三維地貌建模、測(cè)量及避碰系統(tǒng)》成果05經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益對(duì)于超深基坑，常規(guī)地下連續(xù)墻方案支撐用量大、插入比深、且對(duì)環(huán)境控制（承壓水、沉降）不如氣壓沉箱方案。共計(jì)節(jié)約工程投資40%（近1000