港珠澳大橋BIM模型包含了主體工程橋梁、隧道、人工島、管理中心和交通工程。港珠澳大橋連接香港、澳門、珠海，是目前世界上最長的跨海大橋，是中國從橋梁大國走向橋梁強國的里程碑之作。大橋被英國《衛(wèi)報》評為“新世界七大奇跡”之一。

　　其中橋梁、隧道、人工島、管理中心的建模深度達到了LOD200;交通工程各子系統(tǒng)建模深度達到了LOD400以上，其中有部分設(shè)備的深度達到了LOD500。

　　一、港珠澳大橋BIM項目概況

　　拱北隧道為港珠澳大橋珠海連接線的關(guān)鍵控制工程，是繼港珠澳大橋主橋之后又一世界級工程。隧道所在地隸屬于珠海市，毗鄰澳門行政區(qū)。通車后可滿足香港、內(nèi)地、澳門兩岸三地之間的陸路客貨運輸要求。拱北隧道全長2.74公里，包括海域明挖段、口岸暗挖段、陸域明挖段三部分，其中暗挖段總長255米，采用國內(nèi)首創(chuàng)的曲線管幕凍結(jié)暗挖法施工，曲線管幕長度創(chuàng)造新記錄，隧道開挖斷面345平方米為世界最大。

　　二、港珠澳大橋項目特點

　　拱北口岸作為國內(nèi)第一大陸口岸，地理位置特殊、政治意義敏感。工程建設(shè)不允許對口岸通關(guān)造成任何干擾。拱北隧道陸域段建筑物主要有：孫中山市政公園、澳門、珠海國防公路、鴨涌河等;海域沿線有邊防五支隊營樓;且工程施工與城市道路多次交叉;需要協(xié)調(diào)的部門眾多，多部門之間如何有效溝通，成為項目挑戰(zhàn)。

BIM技術(shù)在港珠澳大橋的具體應(yīng)用

　　拱北隧道工程施工工序復(fù)雜、技術(shù)風(fēng)險高。隧道暗挖段周圍采用36根Φ1620mm管幕頂管作為超前支護，分上下兩斷面同步頂進施工。洞內(nèi)五層三襯雙向式暗挖，然后分三階段澆注三次襯砌。拱北口岸涉及海域及陸域，地質(zhì)條件極差，項目采用曲線管幕凍結(jié)暗挖法施工，凍結(jié)頂管之間土體進行封水，然后進行洞內(nèi)暗挖。有效克服地質(zhì)條件差的問題。

　　曲線管幕凍結(jié)暗挖法施工為國內(nèi)隧道工程項目首次采用，凍結(jié)法原理即利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，增加其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水，以便進行地下工程掘砌作業(yè)。凍結(jié)法的主要風(fēng)險，來自供冷不足或外部熱源導(dǎo)致凍土范圍、強度的退化，使地下水倒灌，造成項目災(zāi)難性的破壞。溫度監(jiān)控及預(yù)警，將成為影響項目成敗的關(guān)鍵因素之一。

港珠澳大橋總設(shè)計師孟凡超

　　中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司董事長、副總經(jīng)理孟凡超，他是赫赫有名的全國工程勘察設(shè)計大師，他是橋梁界資深專家，他他主持設(shè)計的黃石長江公路大橋是國家重點工程，是國家公路干線312國道(上海至成都)上的特大型橋梁，是交通部自主設(shè)計、制造的第一座特大型橋梁，1999年竣工驗收時被評為優(yōu)良工程。他主持設(shè)計的西堠門大橋主跨1650米，其跨度在當時居于國內(nèi)第一、世界第二，備受國內(nèi)外橋梁界關(guān)注，是一座采用最新結(jié)構(gòu)設(shè)計的雙塔雙索面非對稱式兩跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋。南京長江第二大橋為國家“九五”期間重點建設(shè)項目，他作為該橋預(yù)可行性研究、工程可行性研究項目總負責(zé)人之一，在主持研究工作中，提出了南京二橋建設(shè)橋位選擇新生村橋位優(yōu)于燕子磯橋位的結(jié)論;在橋型方案選擇上，提出了采用三跨過江斜拉橋方案優(yōu)于一跨過江斜拉橋的結(jié)論，有效降低了南京二橋的工程風(fēng)險性，減少了工程投資。

三、港珠澳大橋設(shè)計階段解決方案

　　BIM技術(shù)在設(shè)計階段主要有路線設(shè)計、BIM多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、BIM模型出圖、設(shè)計方案論證等多個方向的應(yīng)用。

　　1. 路線線形設(shè)計

　　項目組將Autodesk Revit 軟件與中交二公院自主研發(fā)的路線專家系統(tǒng)結(jié)合，利用路線專家系統(tǒng)的平面坐標、縱斷面高程以及坡度計算等功能，生成用于 Autodesk Revit 建模的路線數(shù)據(jù)，采取二次開發(fā) 的手段，實現(xiàn)隧道路線三維實體的自動創(chuàng)建。

　　圖2 Autodesk Revit 創(chuàng)建隧道三維實體

　　2. BIM多專業(yè)協(xié)同設(shè)計

　　拱北隧道BIM建模項目由結(jié)構(gòu)專業(yè)、交通工程專業(yè)、防排水工程專業(yè)及路基路面專業(yè)等四大專業(yè)協(xié)同設(shè)計完成。由于組成全專業(yè)拱北隧道BIM模型的構(gòu)件較多，項目組建立企業(yè)級BIM構(gòu)件管理系統(tǒng)，并將全部構(gòu)件導(dǎo)入管理系統(tǒng)，形成中交二公院自主知識產(chǎn)權(quán)，為項目組協(xié)同管理、快速建立BIM模型起到積極作用。

　　圖3 BIM多專業(yè)協(xié)同技術(shù)方案圖

　　3. BIM隧道設(shè)計流程

　　拱北隧道設(shè)計可以分為兩類：工作井和特殊段建模，其BIM建模的主要流程有項目模板、標準構(gòu)件、路線線形、橫斷面、管幕及附屬構(gòu)造，最后形成BIM設(shè)計成果。主要設(shè)計流程如下圖所示：

　　圖4 港珠澳大橋BIM隧道工程設(shè)計流程圖

　　4. BIM模型與出圖

　　基于以上步驟，項目組完成了凍結(jié)曲線管幕、暗挖開挖斷面345平方米拱北隧道BIM模型，以及東、西兩側(cè)工作井和周邊主要建筑物拱北口岸BIM模型。通過BIM三維可視化直觀的展示方式，有效解決項目挑戰(zhàn)多部門協(xié)調(diào)難度大的問題。根據(jù)拱北隧道BIM模型出圖，工作井施工圖、襯砌施工圖、管幕施工布置圖等。

　　圖5 拱北隧道設(shè)計階段模型

　　5. 工作井選址方案

　　采用三維BIM模型與實景照片相結(jié)合的方法，對避免口岸建筑拆遷、工作井進入澳門界內(nèi)等問題，提供了論證方案。

　　圖6 工作井選址方案

　　6. BIM三維設(shè)計平臺與有限元分析系統(tǒng)集成

　　通過軟件二次開發(fā)，實現(xiàn)在BIM建模軟件中導(dǎo)出工作井計算模型，與大型有限元分析軟件結(jié)合，對圍護結(jié)構(gòu)進行三維仿真受力分析。從基坑開挖階段到暗挖破墻階段的坑內(nèi)水平形變、豎向彎矩分析，計算結(jié)果變形最大值為14.2mm ，出現(xiàn)在開挖面中下部，最大彎矩699KN·m ，最大負彎矩-984KN·m，均滿足設(shè)計要求。

　　圖7 工作井有限元分析圖

　　四、施工階段解決方案

　　BIM技術(shù)在施工階段主要應(yīng)用有建立暗挖段BIM施工模型、施工進度管理、漫游與工序模擬。

　　1. 暗挖段BIM施工模型

　　隧道暗挖段為保證施工安全，開挖斷面共劃分5個臺階15個分區(qū)，臺階高度約3.8m左右，長度約5m左右，主體結(jié)構(gòu)以及支護構(gòu)造物較為復(fù)雜。暗挖段BIM施工模型包含 初期支護、二次襯砌、三次襯砌，分為先仰拱、側(cè)墻及中板、最后拱部、臨時支撐、袖閥管劈裂注漿管，完成暗挖段全部模型后，可用于施工各個管理段。

　　圖8 拱北隧道暗挖段模型劃分

　　圖9 拱北隧道施工模型

　　2. 施工進度管理

　　拱北隧道項目工期要求嚴格，在總體進度控制框架下，由施工單位在征求各單位的意見后，編制總體進度計劃;然后利用AutodeskNavisworks 軟件強大的數(shù)據(jù)整合功能，將總體進度計劃與BIM施工模型各構(gòu)件相互關(guān)聯(lián)，采用軟件二次開發(fā)方式，實現(xiàn)拱北隧道施工進度管理系統(tǒng)。

　　施工進度管理系統(tǒng)，整合工程項目各單位計劃進度信息，在施工過程中重點監(jiān)控進度執(zhí)行情況，協(xié)助總體單位完成進度的動態(tài)控制，當系統(tǒng)采集的進度執(zhí)行情況與計劃情況不一致的時候，系統(tǒng)會主動提示并持續(xù)跟蹤和反饋;4D施工模擬更是以可視化的方式，向眾多參與方，集成展示整個項目的總體進度情況，嚴格控制工期起到重要作用。

　　圖10 拱北隧道施工進度管理

　　3. 漫游與工序模擬

　　拱北隧道工程復(fù)雜，主要對復(fù)雜工點進行工序模擬，利用游戲引擎強大的展示功能，制作三維施工工序模擬，可以直觀瀏覽、檢查和方案的修改，有效應(yīng)對拱北隧道工程項目工序復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

　　圖11 工作井工序模擬

五、項目創(chuàng)新

　　經(jīng)過充分的調(diào)研和專家咨詢，項目組針對拱北凍結(jié)法施工，結(jié)合BIM技術(shù)特點，制定了管幕凍結(jié)設(shè)計方案，開發(fā)了管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)。為配合暗挖施工，凍結(jié)管幕橫斷面上分為A ，B1，B2 ，B3 ，C五個區(qū)。為控制土體的凍脹效應(yīng)，采用控制性凍結(jié)施工，并在凍結(jié)A區(qū)及局部敏感區(qū)域采用注漿改良凍結(jié)法。同時，分別在各區(qū)安裝溫度傳感器，以便掌控溫度的變化情況。'

　　圖12 管幕溫度監(jiān)測點布置圖

　　拱北隧道凍結(jié)法管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)，首先需要建立凍結(jié)管、監(jiān)測點BIM模型。然后，對監(jiān)測點進行編號，將溫度采集數(shù)據(jù)與BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)。管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、溫度變化趨勢查詢、溫度預(yù)警以及風(fēng)險定位等功能。相對于傳統(tǒng)模式，基于BIM技術(shù)的管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)可以結(jié)合三維模型對于歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測點位置等多個方面進行綜合分析，可以更加準確、及時定位于風(fēng)險的位置，使項目的安全與質(zhì)量得到提升。

圖13 拱北隧道凍結(jié)法管幕溫度監(jiān)控系統(tǒng)

　　六、結(jié)語

　　為了規(guī)范建立BIM三維建模，項目組制定了中交二公院隧道BIM的建模標準、應(yīng)用標準、協(xié)同標準及交付標準，并研發(fā)了企業(yè)級BIM 構(gòu)件管理系統(tǒng)。形成中交二公院自主知識產(chǎn)權(quán)，為BIM技術(shù)在中交二公院工程項目中的應(yīng)用與推廣起到積極作用。

　　在建立隧道橫斷面和道路路線的BIM模型時候非常困難，項目組將Autodesk Revit 建模軟件與中交二公院自主研發(fā)的路線專家系統(tǒng)結(jié)合，自動創(chuàng)建三維線形實體。拱北隧道BIM 建模項目由四大專業(yè)協(xié)同設(shè)計完成。最終建立 隧道BIM 構(gòu)件308個，并全部錄入企業(yè)級BIM族庫管理系統(tǒng)，形成中交二公院自主知識產(chǎn)權(quán)，并為項目組協(xié)同管理、快速建立BIM模型起到積極作用。

　　隧道BIM技術(shù)應(yīng)用尚處于初始階段，面臨著各種各樣的難題，中交二公院將繼續(xù)實施BIM技術(shù)研究推廣應(yīng)用的戰(zhàn)略，積極參與編制技術(shù)標準、研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、構(gòu)建技術(shù)共享平臺、提供公共信息服務(wù)。只有這樣才能使BIM技術(shù)釋放出更大的力量，從而推動工程行業(yè)技術(shù)不斷進步，獲得更大的經(jīng)濟和社會效益。

　　目前，正是中國交建企業(yè)由傳統(tǒng)二維平面設(shè)計向空間BIM三維技術(shù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要階段，中交二公院作為路橋及隧道工程方面，我國公路勘察設(shè)計行業(yè)綜合實力最強的企業(yè)之一。擬將BIM 技術(shù)在拱北隧道項目中的成功經(jīng)驗及應(yīng)用成果擴展到其它工程領(lǐng)域，更進一步推廣到整個中國交建的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，助推中國交建向空間BIM 三維技術(shù)轉(zhuǎn)型目標的實現(xiàn)。探索基于BIM技術(shù)的全新工作模式與方法，更可以提高中國交建的技術(shù)水平，使其在設(shè)計、施工、投資領(lǐng)域再創(chuàng)新業(yè)績、再上新臺階。

艾三維——BIM正版軟件商，點擊  申請BIM軟件免費試用    免費熱線 4000 333 136   BIM技術(shù)咨詢QQ：3621561725