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BIM技术在盾构施工中的应用

一、项目简介

新郑机场至郑州南站城际铁路位于新郑机场东侧，连接郑州新郑机场与郑州南站，是郑州至新郑机场城际铁路的延长线。线路从在建郑州至新郑机场城际铁路新郑机场站引出，向东穿越南水北调工程后，向南引入郑州南站，线路全长约11.1km，设计时速200公里，总投资46.2亿元，计划4年建成。

豫机城际铁路一标项目经理部标段包括DK39+800～DK47+197.16段区间线路，全长7.397公里，合同总额13.9886亿元，开工日期2015年10月30日，竣工日期2019年10月30日，合同工期48个月。标段主要包括明挖区间隧道2.33公里（含韩庄乘降所112.6米、盾构始发井17米、盾构接收井16米），盾构区间隧道3.8公里，U型槽220米、路基280米，迎宾大道特大桥769米。标段走向图如下图所示：

图1  线路走向图

本工程盾构隧道全长3800m，所经区域地面多为农田、在里程DK44+620～DK44+720段下穿南水北调总干渠工程、接收段下穿三官庙镇建筑物群。区间含两处曲线段，半径分别为2200m、1100m，最大轨面埋深约44.9m，最小轨面埋深约17.9m，最大坡度26.8‰，最小坡度16.7‰。断面80%处在粉质黏土层中，局部含有姜石、砾石，部分钙质胶结。

隧道管片外径12.4m，内径11.3m，管片环宽2m；管片采用1+2+6的分块模式，错缝拼装，接缝采用43只M36直螺栓（8.8级）连接。全线管片共1908环（含负环），所用管片均由豫机一标管片厂自产供应。

二、BIM在盾构施工中的运用

盾构隧道为本工程的关键工程，且为我局施工的最大直径盾构隧道。为保证管片生产和盾构施工质量，提高施工生产及管理效率，节约施工成本，打造轨道交通品牌项目，我们建立了建筑数据集成平台BIM系统，对盾构施工进行全过程管理，科学指导施工。

运用移动端APP和二维码技术覆盖管片生产与盾构施工过程，进行全过程管理,实现对施工进度与施工质量的全程有效管控。

2.1 管片生产管理

管片生产BIM管理以二维码管理技术为依托，利用二维码作为管片的“身份证”，通过各工序的技术人员扫码录入信息记录管片从生产到管片出厂的全部信息，再结合BIM技术，形成预制管片厂的智能远程管理平台，对管片生产、设备状态、出厂统计、成本、安全、质量、人员各方面进行全面管理。

图2 管片厂BIM管理总体框架

图3 BIM二维码生产管理系统模块

2.1.1 移动端二维码

现场生产线工人、质检员可使用移动端App扫描二维码录入信息，项目管理人员与后台管理人员可在PC端进行生产数据监控、生产数据分析、隐患预警、责任追溯、绩效评估等操作。

移动端二维码管理技术贯穿整个管片生产过程，记录管片生产、养护、存放状态与位置，即方便生产人员操作，又方便管理人员实时获取生产信息，是管片厂标准化生产管理的有力实施手段。

图4 施工工序扫描录入信息

（1）钢筋笼

钢筋加工车间工组长对钢筋笼加工自检并扫描二维码录入自检信息，项目质检员检验并扫描二维码录入检验信息。

（2）合模检查

钢模管理班工组长对管片模具和预埋件自检并扫描二维码录入自检信息，项目质检员检验并扫描二维码录入检验信息。

（3）混凝土浇筑

浇筑班组工组长自检并扫描二维码录入信息，项目质检员检验并扫描二维码录入检验信息。

（4）脱模、修补、入池

管片脱模、修补班组工组长自检并扫描二维码录入信息，项目质检员扫描二维码并录入检验信息。

（5）出池

出池质检人员扫描二维码填写管片出池信息,选择相关信息，确认上传。

（6）出厂

质检员扫描二维码填写管片出厂信息,拍照记录出厂时管片的真实情况，选择相关信息，确认上传。

钢筋笼合模砼浇筑

入池出池出厂

2.1.2 BIM生产管理

（1）管片生产管理

通过查看pc端BIM管理系统所有管片生产信息一目了然。饼图显示目前所有管片的生产状态，直观了解管片的生产情况，并能快速查看某种状态下的管片详细信息。

（2）班组管理

BIM系统可记录班组的生产进度以及生产质量情况，并生成班组生产管片的产量及合格率，通过数据分析进行更加有效的班组管理及绩效考核。

（3）质量管理

通过BIM系统可按照时间或管片编号来查找查看管片的质量信息，并能查看和导出与之相关联的质量证明书。

（4）管片厂运营管理

通过BIM系统运用厂区的BIM模型，可直观查看管片生产状态，查看每块管片在每个环节的相关责任人以及完成时间，追溯管片的整个生产过程。

通过BIM系统可直接定位，快速获取某环号的管片所处的位置，对于精确控制管片养护、快速定位转运管片；在BIM模型里可实时显示养护池及管片堆场管片数量，并用悬浮数字显示，该系统的应用使管片生产管理更加高效。

管片养护信息

管片堆场信息

2.1.3 成本管理

（1）混凝土耗材管理

根据每天生产不同型号的环片数量计算出每天混凝土的设计方量和实际使用方量进行对比，利用直方图的形式直观显示两者的差异，并用折线图显示每个月的混凝土消耗量。快速清晰看到管片的混凝土实际消耗量与设计量的对比，便于材料管理。

通过选择混凝土浇筑日期，即可获得当天的总共的管片混凝土设计用量，手动输入实际消耗量，可获得设计量与实际消耗量的对比，并生成消耗量对比折线图。

（2）钢筋入料

记录钢筋入料入库情况。

（3）进场材料

管理进场材料，从入库到领用，以及剩余用量，清晰进场材料存量和使用情况。可以与地磅系统和搅拌楼系统对接，直接显示其数据，并自动计算其余量。

（4）材料统计

2.1.4设备、安全等其它管理

管片生产BIM管理平台加入设备、安全、人员、出厂统计等模块，可对实现对设备故障率、设备巡查、安全问题上报等问题的统计及人员考勤的管理。

2.2 大型盾构施工管理

2.2.1 大型盾构施工管理内容

将BIM技术与大型盾构施工相结合，大型盾构施工BIM管理系统包含：盾构仓库管理（含盾构耗材管理）、管片施工管理（管片下井管理、管片拼装管理）、施工安全与设备故障处理管理。

该系统借助移动端二维码扫描及APP应用相关录入信息，在PC端系统内进项相应查看与权限范围内的审批。

2.2.2 盾构库房管理

BIM盾构库房管理利用BIM系统的三维模型可准确查找出每样材料备件的库存信息（包含型号、类型、存放场地、供应商、库存量等）及出入库信息。

盾构物资库存管理

盾构耗材出入库管理

2.2.3管片管理

管片进场后由地面质检员验收，并扫码录入信息。下井前由地面值班人员与质检员对止水条，传力衬垫粘贴情况进行验收，并录入信息。管片拼装完成后由隧道内质检员验收，并录入信息。

管片下井 / 管片拼装 / 管片进场

每一环配置一个二维码标签，作为成型隧道一环唯一的身份标识，扫描二维码，可快速获取该环的生产信息与施工阶段信息，实现质量可追溯，大型盾构施工全生命周期的有效管理。

2.2.4施工安全与设备故障处理管理

盾构工区安全员及现场工程师发现安全隐与设备故障问题时可实时通过移动端APP将安全隐患与设备故障问题录入系统并提交系统审批。相应的管理人员可通过PC端系统审批相关问题，下达处理指令。

2.2.5 BIM隧道施工进度模拟

BIM4D进度模拟：BDIP系统可在线进行4D进度虚拟仿真模拟，根据不同的时间单位调节进度模拟的速度，直观展示施工过程。支持进度计划与实际计划的对比，并可对截止今天的施工状态：施工中、已完成、未施工等阶段，赋予不同颜色的显示。同时能够定位任务所关联的模型构建，方便项目参与各方进行形象进度管控，大力提升项目精细化管理水平。

三、信息化在盾构施工中的应用

建筑施工项目的信息化管理，是一种由信息技术提供的可靠性、高效性管理模式。这种管理模式能够对管理过程中所要处理的所有信息、数据进行高效采集、加工与利用，从而保证建筑施工项目的顺利实施。豫机城际铁路工程一标项目充分利用现代化的信息技术，打造“豫机城铁一标智慧工地管理平台”，提高项目管理效率。

3.1 智慧工地总体概况

智慧工地管理平台是面向用户协同管理的信息化整体解决方案。它以提高BIM模型的可利用率、降低工作沟通成本为目标，以优化企业协同管理为核心，通过信息化手段，合理安排维修计划的相关资源与活动。通过提高工作中的沟通效率，优化安排协同工作，从而提高企业的经济效益与核心业务的市场竞争力。

优秀的建筑数据集成平台是企业项目管理得以实现的核心，借助整合建筑信息模型（BIM）技术、地理信息系统（GIS）、企业资源计划（ERP），能够实现更为精准合理的管理。智慧工地管理平台将BIM技术与物资管理、管片生产、大型盾构施工、设备管理、进度计划、现场监控、高效移动端办公相融合。以协作的创建、交流、执行、闭环为主线，合理、优化地安排相关的人、财、物资源，将传统的被动沟通转变为积极主动的预防性协作，提高施工现场精细化管理水平和管理效率。

3.2 智慧工地价值

（1）基于BIM的现场仿真管理

利用BIM模型可视化、参数化、模拟性等特点，将现场管理与BIM技术相结合，管片厂管理方式开创新突破。

（2）远程可视化监控

通过平台将BIM模型作为信息载体，可实现远程的监测，迅速了解管片厂生产状态和产量情况，提高工作效率，提升管理水平。

（3）BIM+物联网+互联网管理创新

将预制管片厂管理、物联网、互联网、BIM技术相结合，现场通过移动端采集信息，合理运用BIM以及二维码管理技术，对信息管理平台进行合理的搭建，从而完善预制管片厂的生产管理系统。

BIM作为建筑和生产信息的载体，能够真实准确记录整个生命周期的信息，不仅能够为设计、施工服务，更大的意义在于服务于运维阶段。

二维码，是现场信息化的入口，是连接现场与数据平台的核心介质。可以让信息有序化、特定化，信息可以唾手可得，为项目施工与运维服务。

（4）BIM与物资管理结合

开创性的将BIM与物资管理相结合，通过可视化的管理手段实现精细化的物料管理。将物资的入库与消耗实时统计，可快速查看数据，并进行实际用料与设计用料对比，实现物资精细化管理水平。

（5）大数据分析积累

通过利用BIM+物联网+互联网，所有施工内容以及完工时间都会被准确记录，并且能够避免误差的出现，大大提高管理效率与准确性，并且为大数据分析提供数据基础。

（6）提高管理人员工作效率和工人责任心

通过智能化的无感信息收集，随时随地掌握现场情况，进行有效监管，突发事件第一事件作出响应，大大提高管理人员的管理效率和增强工人责任心。

3.3 智慧工地平台架构

智慧工地管理平台采用B/S架构，支持浏览器访问，结合BIM技术，随时随地可查看相关信息与进行相应的管理，全方位的对施工进度、物资管理、管片生产、设备情况进行有效管控。

3.4 智慧工地功能介绍

3.4.1 物资管理

3.4.1.1 盾构耗材管理

将盾构耗材的入库与消耗实时记录，并与BIM技术相结合，借助实时的三维标签，展示盾构堆场堆放物品实际库存，借助BIM可视化、数据化的特点，可以一目了然，清晰快速获取到耗材的库存情况，做好物资的储备管理。

3.4.1.2混凝土管理

根据每天生产不同型号的环片数量计算出每天混凝土的设计方量和实际使用方量进行对比，利用直方图的形式直观显示两者的差异，并用折线图显示每个月的混凝土消耗量。快速清晰看到管片的混凝土实际消耗量与设计量的对比，便于材料管理。

3.4.1.3 钢筋管理

根据每天生产的不同类型的管片，自动计算消耗的钢筋型号与总量，可与实际消耗进行对比，控制重要原材料使用，堵上材料漏洞，实现材料使用的有效监管。

3.4.1.4 搅拌站管理

对搅拌站的材料入料与消耗，每日进行统计记录，实时显示搅拌站材料库存数量，并设置材料预警，一旦低于最低库存值，则会红色预警提示，辅助管理决策与物资管理，提前发现风险。

3.4.2设备管理

3.4.2.1大型设备进出厂

大型设备进出厂每台贴上二维码，记录设备进出厂的信息，并可在后台监管已经进场设备和出场设备的情况、状态、数量等信息。实现远程的设备监管。

3.4.2.2移动端设备报修

现场发现设备问题，可通过移动端快速及时上报，并通知相关人员进行处理，极大的提高了故障的响应速度，与处理准确定，避免发生重大事故。

3.4.3进度管理

施工进度过程管理，用于管控项目的任务和进度，通过不同权限的划分，可对任务进行计划创建、实际完成审核，并自动生成甘特图，分析项目计划进度与实际进度的偏差，同时支持由project进度导入导出。

3.4.4 安全质量管理

全方位的安全质量管理，现场发现安全质量隐患问题，通过移动端可快速进行问题上报，实现实时监控处理的过程与验收情况，，加强工地现场的安全质量监管，及时发现并杜绝安全隐患问题。

3.4.5 资料文件管理

项目部工地资料文档实现电子化管理，可在平台上传和查阅各类文档，包括施工方案、标准、图纸、变更、成果、洽谈资料、公司重要指示、党员建设等文件，实现在线集中式管理，防止资料的丢失和不准确造成的管理障碍，并能够记录所以人的阅读与下载记录，实现资料的有效管理。

3.4.6 监控管理

平台可与现场视频监控进行集成，可对现场情况进行远程监控监管，通过浏览器即可快速访问，一旦发生问题，第一事件能够做出应对，快速获取现场情况，辅助领导决策。

3.4.7移动端办公

平台支持移动端APP访问，可在移动端中查看平台中各大板块的信息，也可以处理各种工作审批及写作沟通，方便管理人员随时随地利用平台办公管理，提高工作效率。可以查看各类文档，可以发起质量安全问题、施工日志、每日施工进展、现场监控等等内容，可以查看项目任务，进行任务反馈参与和发起协作问题沟通等功能。

毕埃慕（上海）建筑数据技术股份有限公司企业简介：

1. 产品介绍

BDIP系统，全名Building data integrate platform，建筑数据集成平台。该平台是由毕埃慕开发的一款基于BIM模型为核心的，顺应BIM技术应用趋势，体现BIM技术应用的从项目规划设计到工程施工竣工阶段的数据集成平台。

2. 应用介绍

市北高新由于项目建设参与方众多，通过BIM的可视化交互，进行与项目有关的所有文档管理、BIM模型的多形式查看、保存视点发起协作，自动生成报告，自定义流程完成审批和协作等，同时移动端可实现基础功能的操作。

3. 应用价值

通过知识、协作、项目、进度等模块应用，为企业提供及时准确的项目信息，完成数据共享、协同工作，从而实现数字化设计、施工、运营的全周期协作。