BIM技术在电力隧道
盾构施工风险源可视化应用
刘英城1，岳川2，梁景智2（1、广州供电局有限公司广州；2、广州轨道交通建设监理有限公司广州）
摘要：分析了BIM技术在盾构风险管控应用的效果情况。通过BIM技术的使用弥补了传统盾构风险管控在实际使用过程的一些不足。从kV石井～环西电力隧道工程实际出发，分析了盾构施工的风险源分布情况，并针对电力隧道本身和风险源创建BIM模型，实现了盾构风险源管控可视化。同时盾构监控可视化平台还有监测数据分析功能，帮助施工管理人员和现场施工人员对盾构实时风险有了更为真实深入的了解。盾构风险源的可视化为现场的盾构施工和项目管理人员决策提供了有力的数据支持，并在实际应用的过程中达到了降低盾构施工发生的概率的目标。
关键词：BIM技术；电力隧道；盾构施工；风险源可视化。0引言
近年来迅速发展起来的建筑信息模型（BuidingInformationModeling）被广泛认为是未来建筑行业的第二次革命［1］，将会为建筑行业提供新的建筑理念和技术变革。目前国内外各类的工程项目都广泛的将BIM技术应用到建筑工程的全生命周期中来，实现了离散建筑资源信息的整合，显著的提高了工作效率。由于地下隧道工程本身的一些特点，相较于房建工程、公路工程、桥梁工程等工程项目，其建设难度更大。地下工程施工风险大，安全隐患多，容易发生安全事故［2］；地下工程建设过程是一个不可逆的过程，项目工程质量问题修复难度大，因此对施工过程的需要进行严格的检测控制。BIM的可视化特性使这类无法用肉眼观察的地下空间工程得到了更有效的管理［3］。
1工程概况
kV石井～环西电力隧道是为解决kV石井～环西电缆线路工程配套建设项目。工程从石沙的石井～凯旋电力隧道接出，沿石槎、西槎路一直向南，至环西出站段西线电力隧道，隧道线路总长约为m。本工程为土建工程施工2标，包括4#、5#、6#工作井、1#逃生井及区间隧道、区间端头加固、区间溶洞及土洞处理、工作井及隧道内电缆支架等土建工程。盾构隧道区间长度为.3m，隧洞埋深7.5～17.4m，平面最小曲线半径约为m，最小竖曲半径为m，最大坡度为58‰。隧洞衬砌为钢筋混凝土管片，管片外径4.1m，管片内径3.6m，管片厚度mm，管片宽度1.0m。工程线路从4#工作井兼始发井引出，沿西槎路地下向北，下穿地铁八号线上步站出口，之后上跨地铁八号线地铁隧道，下穿地铁聚龙站风亭及出入口，经过5#工作井，下穿地铁平沙站出入口到达6#工作井吊出。
2盾构风险源分析［4，5］
2.1工程地质风险本工程位于广花盆地，上部为第四系沉积物，下部基岩是石炭系灰岩，灰岩中溶洞发育。4#工作井“一槽两钻”28个地质补勘孔中有9个钻孔发现溶洞，见洞率达30%。6#工作井“一槽两钻”20个地质补勘孔中有2个钻孔发现溶洞，见洞率达10%。基坑开挖过程中存在地面塌陷、基坑涌水风险。2.2工程自身风险4#工作井围护结构采用mm厚地下连续墙，工作井结构尺寸25.6m×10.8m，开挖深度18.4m，基底大部分位于砂层及粘土层，存在基底的涌水、涌砂等风险；6#工作井围护结构采用mm厚地下连续墙，工作井结构尺寸15.6m×10.8m，开挖深度17.8m，基底大部分位于炭质石灰岩，存在基底的涌水等风险。2.3工程周边风险2.3.1周边建筑物本标段隧道长2.2km，沿线建（构）筑物繁多，影响较大的房屋达26处，最小距离仅2.63m；与路面最小垂直距离4.59m；与地铁八号线北延段隧道并排敷设，最小近距1.2m。盾构掘进过程中可能对隧道周边建筑物破坏，造成财产损失，严重时可能造成人员伤亡，甚至引发严重的群体性社会事件。2.3.2穿越施工地铁区间电力隧道两次上跨八号线北延段区间隧道，第一次上跨聚龙站至上步站区间，两隧道的最小净距为3.34m；第二次上跨平沙站至聚龙站区间，两隧道的最小净距为1.29m。如掘进过程中出现超挖、扰动地层、注浆不饱满或注浆压力过大将导致隧道沉降或上浮，影响区间运营，造成严重的社会影响。2.3.3地下管线在CK4+.-CK4+.里程范围，隧道覆土厚度最小为7m，主要管线有2.5m×1.8m污水箱涵，埋深3.49m，在隧道上方净距1.12m；f污水管，埋深3.6m，在隧道上方净距1.16m。如掘进过程中出现超挖、扰动地层、注浆不饱满或注浆压力过大将导致管线沉降或上浮，甚至造成交通拥堵，造成严重的社会影响。
3BIM组织与实施
3.1BIM组织确定BIM实施使用软件采用Revit为基本建模软件，采用Navisworks作为碰撞检查软件和模型轻量化浏览软件［6］。根据本项目的需求情况编制《广州电力隧道建模标准》和《基于BIM技术的电力隧道建设应用管理办法》。按照以上的建模标准和管理办法开展BIM实施工作。3.2BIM模型创建3.2.1电力隧道工作井创建高精度电力隧道模型。电力隧道模型按照单位工程进行拆分，依据施工蓝图分别创建4#、5#、6#工作井的围护结构模型、主体结构及主体建筑模型。本部分模型构件包含构件名称、构件编码、构件中心点等信息（见图1）图1地铁出入口与电力隧道检查井合建模型
Fig.1ModelofSubwayEntranceandExitandPowerTunnelInspectionWell
3.2.2电力隧道依据施工蓝图分别创建4-5区间、5-6区间电力隧道中心线模型，电力隧道管片模型（见图2）。本部分模型构件包含构件名称、构件编号、构件中心点、管片厚度、管片外径、混凝土强度等级、抗渗等级、楔形量、管片环宽、管片环号、管片类型等信息［7］。图2地铁隧道盾构管片模型
Fig.2MetroTunnelShieldSegmentModel
3.2.3风险源模型⑴周边地下管线依据管线调查报告，创建临近电力隧道各专业地下管线，包含窨井构件等细节，用不同颜色区分各类管线类型。本部分模型构件包含构件名称、构件编码、构件中心点、专业、起点终点标高、内径、外径、长度等信息（见图3）。图3地铁周边地下模型
Fig.3UndergroundModelaroundtheSubway
⑵周边建构筑物依据周边建构筑物调查报告结果，创建电力隧道周边建筑模型。本部分模型构件包含构件名称、构件编码、构件中心点、与隧道位置关系、地址位置、地下室层数、基础类型、建筑年代、建筑物名称、结构形式等信息（见图4）。⑶周边地质图4地铁周边建筑物模型
Fig.4ModeloftheBuildingaroundtheSubway
依据地质勘探报告和地质补勘报告，创建水文、地质、地形模型。本部分模型构件主要包含地下水文特性、溶土洞分部、砂层液化区域、断裂带、孤石等特殊的复合地层情况及地质物理力学性质参数等信息。
4BIM技术对风险源可视化应用
集成电力隧道模型及各风险源模型到平台中来［8］，实现场景漫游、模型剖切、两点间距、构件间距、构件半透明、构件隐藏、施工模拟等功能。电力隧道模型和周边环境模型（见图5）之间的空间关系分析和施工模拟分析，根据BIM模型分析结构，调整完善重大安全风险评审报告。图5隧道主体结构与周边环境模型
Fig.5TunnelMainStructureandSurroundingEnvironmentModel
位置关系更加直观，并能够查看周边模型的构件属性信息（见图6），例如地下管线专业、材质信息，地质岩石物理力学性质信息，周边建筑物名称、楼层数、结构形式、地基基础信息等。图6各类模型构建的信息查询
Fig.6InformationQueryforEachModelConstruction
根据施工现场施工进度情况周边环境情况，集成周边检测点的实时监测数据，并对监测数据进行分析解读，根据不同的环境的保护要求设置监测预警值（见表1），从而实现盾构周边环境变化情况实时监控。盾构监控可视化平台（见图7）能够将盾构机掘进数据直接集成到平台中来，实时监控盾构机的主机、刀盘、导向、推进油缸、拼装机、盾尾、注浆管路、进浆泵、排井泵、人闸数据，实现盾构机的全方位监控［9］。图7盾构机运行参数监控
Fig.7ShieldMachineOperatingParameterMonitoring
盾构监控可视化平台能够对掘进过程中出现报警的数据进行分析（见图8），总结之前的盾构施工经验，为后来的盾构施工提供数据参考。图8监测数据分析
Fig.8MonitoringDataAnalysis
根据工程重大安全风险评审报告（见表2），确定不同等级的风险源识别区域。在盾构施工过程中实时密切