摘要：随着时代的不断进步，多变的地质空间环境和复杂的盾构施工操作流程，给盾构隧道建设的进度、质量、成本和安全管控带来了严峻挑战。盾构隧道在建造过程中产生了大量数据，其蕴含的工程信息因缺乏科学高效的信息管理方法无法充分利用。本文分析了现有盾构施工信息管理系统的不足，即多源异构信息整合不全、工程数据关联分析不足、决策支持可视化程度不高等问题。本文结合BIM技术在工程项目信息管理的优势，设计了基于BIM的盾构施工信息管理系统。文章首先归纳了盾构隧道施工的信息类型，分别建立了地质空间、隧道结构和盾构机三个子模型，并采用IFC标准与施工进度、质量等信息集成为一个完整的盾构施工信息模型。基于此模型，开发了B/S架构的盾构施工信息管理系统，并对其主要功能和初步应用效果进行了介绍。
关键词：BIM；地铁盾构；施工信息管理
引言
BIM即建筑信息模型，其以工程各项信息为基础建立建筑仿真三维模型，真实地反映建筑的所有信息和计算数据。在地铁盾构施工过程中融入BIM技术，可以对地铁建设过程进行智能化的数据信息处理，提高施工管理的效率和精细化程度。
1 BIM技术在地铁盾构施工管理中的作用和重要性
1.1满足施工技术不足的需求
在地铁施工过程中，一些技术人员的技术水平和资质并不高，加之施工经验不足，会严重影响施工质量。因此，在地铁施工中，必须找到一种新的技术支持，从而弥补施工中产生的技术性问题，在地铁盾构施工过程中采用BIM技术，可以构建三维可视化模型进行可视化的技术交底并对具体的施工方案进行演示，从而清楚地发现工程施工过程中存在的问题，并及时对施工方案进行调整，避免在正式施工时才发现问题，造成人力和物力资源的浪费。另外，使用BIM技术对地铁施工信息进行管理，可以基于项目信息对施工现场进行合理的布置，大大减少了人工工作量，提高了工作效率和对施工现场各区域布置的合理性，因而为施工的顺利进行奠定基础。
1.2满足精细化管理的需要
在实现项目管理标准化的过程中，最重要的就是实现工程的精细化，标准化是精细化实现的前提，在地铁盾构施工管理中应用BIM技术，可以在原基础上提高工程数据计算与分析的准确性。因此，该技术可以对工程施工的数据资料、成本等进行控制和管理，该技术可以为地铁承包单位的施工管理的精准化、对数据及技术管理的科学化提供技术支持。
1.3管网数据管理信息化和集成化
BIM将地铁管网的管理数据进行集成，信息内容增减方便，管理更新可操作性强。而且，BIM提供信息共享功能，不同的管理人员同时进入系统均可实现信息查询与调用。这种信息化的管理系统使信息数据更准确、更完整、更易传递。同时减少管理成本的投入，管理效率和管理水平均得到提高。
2基于BIM的地铁盾构施工信息管理
2.1深化设计
在地铁盾构施工中应用BIM技术，需要和地铁施工的相关规范和施工工艺相结合，对地铁施工中各管线、结构以及机电设备等进行碰撞检查，完成方案的优化设计，减少施工过程中的变更，提高施工中各个环节的准确性和合理性。
2.2盾构施工信息模型的建立
在对获取到的所有数据进行归类的基础上，本节分别构建地质空间模型、隧道结构模型、盾构机模型。
2.2.1地质空间
地质空间模型包括两部分：土层和地下水。土层模型通常是根据地质勘探的图纸，建立包含各土层序列的三维模型，然后为每层土指定相应的土壤和水文参数等语义信息。另外，沉降数据也将整合至土层模型的表层，建筑物和江水的三维几何数据和位置信息，可以使用GoogleEarth等地理信息采集软件，辅以人工实地勘探获取。使用可视化的模型对于沉降评估是非常有效的方法。地下水模型则是基于地下水监测数据，创建一个地下水位、水头随时间变化的动态模型，为基于BIM的土力学工程数值计算，提供双重选择，即：水土合算的总应力法和更为符合工程实际的有效应力法。
2.2.2隧道结构
盾构法施工的隧道结构，除了始发/接收工作井外，预制管片拼装成的隧道是结构主体，因此在建立隧道模型前，首先创建管片环模型。一环完整的管片，通常是由一块封顶块、两块邻接块和若干块标准块组成。每一环管片都与其内外径、厚度、环宽、材质等语义信息关联。此外，在施工过程中每环封顶块的拼装位置（决定管片环的拼装姿态）和拼装时间，注浆量和盾尾油脂等材料用量以及拼装完成后管片环的中心偏差、椭圆度等信息也会集成至相应环。将所有的管片环按照实际施工的拼装点位连接起来，构成了隧道模型。
2.2.3盾构机
盾构机模型主要由盾构机头和后配套系统组成。模型的几何尺寸可以根据隧道项目进行缩放调节。盾构机从诞生发展至今，演化出了众多类型，本文所指的盾构机，以讨论最常见的土压平衡和泥水平衡盾构为主。盾构机头包括刀盘（内嵌刀具）、盾体、推进油缸、螺旋输送机（土压式）、皮带输送机（土压式）、泥水输送机（泥水式）、管片拼装机、拖车等主要部件构成。盾构机各组件与其语义信息相关联，并与盾构机实时监控数据集成，以实现施工参数在模型上的显示和报警。
2.3管网能耗管理
BIM系统可接入能源管理系统而形成综合性较强的管理系统。在该综合系统内，可以对地铁管网的能耗进行数据采集，数据回传和数据校正，从而提供一个准确能耗信息，方便管理者对能耗管理进行科学调整，从而实现节能减排的管理目标。
2.4进度管理
在对地铁盾构施工进行进度管理的过程中，BIM技术会根据施工进度的实际情况进行进度模拟，经过模拟，可以直观地看到未来的施工进展，并和实际进展进行明显的比较，工作人员可以直接得出各施工节点的计划进度与实际进度的差异，然后分析原因，调整施工进度计划，实现工程进度的精细化管理。
2.5基于盾构数据的施工决策支持
2.5.1材料消耗管理
材料消耗管理可对指定的盾构环数区间的关键施工材料消耗进行统计。材料用量一方面对成本有较大影响，另一方面也是控制盾构施工质量和安全的重要依据。通过对施工材料消耗的统计分析，以表格和图形的形式展示，可以辅助工程管理人员合理安排材料的采购和运输计划，也可以进行施工质量和成本控制，还可以作为事故事后回溯分析的依据，如图1所示。
图1盾构材料统计
2.5.2施工时间统计
盾构隧道完成单环管片的施工时间可划分为掘进、拼装和停工三部分。施工时间统计主要统计盾构施工过程中拼装、掘进、停工三种状态在总体工作时间中所占比例，并以直方图、扇形图等形式直观展示，为工程管理人员提供分析盾构施工情况的依据，以更加合理地进行施工组织安排，如图2所示。
图2时间统计功能
结语
随着近些年BIM技术在我国的不断发展和推广，已经被广泛应用在各个领域，是推动我国诸多建筑工程向着信息化、智能化、精准化发展的重要技术支持。今后，BIM技术会得到持续的完善和改进，推动建筑工程事业的发展。
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论文作者:岳晓荣,孙大鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：盾构论文; 模型论文; 管片论文; 地铁论文; 信息论文; 隧道论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第12期论文;