bim技術(shù)在遠程遙控氣壓沉箱工法中應用

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

目錄01企業(yè)簡介02BIM軟件介紹0304核心技術(shù)05項目背景經(jīng)濟與社會效益01企業(yè)簡介上海市基礎工程集團有限公司，1953年收歸國有，現(xiàn)為上海建工集團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)，逐步擴大到擁有大型橋梁、地下頂管、隧道盾構(gòu)、沉井、地下圍護結(jié)構(gòu)、樁基、水工港口等系列專業(yè)?；A集團BIM工程研究所成立于2013年5月，部門隸屬于上海市基礎工程集團有限公司旗下的特種基礎工程設計研究院。業(yè)務范圍主要以市政工程在施工階段的BIM應用與研發(fā)為主。團隊目前從事BIM的人員約20人，團隊成立以來通過總結(jié)市政施工的BIM特點，從建模、仿真再到管理有了一定的理論研究及工程實踐經(jīng)驗。建模工具DASSAULTCATIA四維模擬DASSAULTDELMIA展示體驗DASSAULT3DVIA仿真計算DASSAULTSIMILIA數(shù)據(jù)管理平臺ENOVIA02BIM軟件介紹軟件支持軟件的二次開發(fā)模塊的拓展應用項目需求依托工程的BIM解決方案03項目背景氣壓沉箱工法原理

利用氣壓平衡箱外水壓，使箱底土體在無水狀態(tài)下進行挖土排土，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)點剛度大不抽水回彈小環(huán)境影響小承壓水承壓水03項目背景有人操作→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項目背景氣壓沉箱的國內(nèi)外現(xiàn)狀國外→

日本無人沉箱的研發(fā)地下空間開發(fā)的需求日本對外技術(shù)封鎖03項目背景人工氣壓沉箱工法傳統(tǒng)板式支護工法遠程遙控氣壓沉箱工法結(jié)合BIM技術(shù)研發(fā)新工藝、新設備改造傳統(tǒng)工法形成遠程遙控氣壓沉箱工法研究目標03項目背景工程名稱：

軌道交通7號線工程12A標中間風井地理位置：

浦東上鋼三廠的材料堆場內(nèi)（緊鄰黃浦江）背景工程04核心技術(shù)沉箱結(jié)構(gòu)設計輔助設備研發(fā)關(guān)鍵施工工藝3D實時監(jiān)測系統(tǒng)核心技術(shù)04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設計設計參數(shù)直接驅(qū)動模型，便于設計參數(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)設計：3D可視化設計04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設計沉箱分節(jié)尺寸確定困難下沉分析復雜，重復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)設計：下沉分析技術(shù)難點通過模型直接讀取計算荷載信息設計參數(shù)調(diào)整自動計算下沉系數(shù)BIM參數(shù)設計提高下沉分析率實現(xiàn)功能CATIA模型直接導入Abaqus中進行計算分析對Abaqus進行二次開發(fā)，降低分析難度BIM輔助計算分析04核心技術(shù)——沉箱結(jié)構(gòu)設計計算模型網(wǎng)格剖分應力分布圖變形圖實體模型網(wǎng)格單元劃分困難工況復雜，分析步多技術(shù)難點提高計算正確性提高計算效率實現(xiàn)功能04核心技術(shù)——輔助設備研發(fā)12341.車間調(diào)試3.總控室2.拆卸吊裝4.設備研發(fā)遠程遙控技術(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。BIM數(shù)字樣機技術(shù)難點實現(xiàn)功能運動機構(gòu)仿真設備碰撞檢查功能模擬驗證輔助設備制造遠程遙控挖掘設備研發(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：氣壓沉箱無人化施工設備遠程監(jiān)控及維護系統(tǒng)

論文：《現(xiàn)代氣壓沉箱自動遙控液壓挖掘機設計研究》

成果核心技術(shù)——輔助設備研發(fā)04傳統(tǒng)吊桶出土法缺點速度慢要經(jīng)過兩個閘門每個閘門都需要加、減壓減壓時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)——輔助設備研發(fā)04連續(xù)出土無排氣出土無噪音BIM數(shù)字樣機技術(shù)難點螺旋出土機設備研發(fā)運動機構(gòu)仿真設備碰撞檢查功能模擬驗證輔助設備制造利用BIM技術(shù)輔助設計螺旋出土機核心技術(shù)——輔助設備研發(fā)高效、連續(xù)、環(huán)保、無排氣出土。實現(xiàn)功能04解決了常規(guī)氣壓沉箱出土效率低、噪聲大、污染嚴重的弊病，實現(xiàn)了環(huán)保施工。專利：氣壓沉箱無排氣出土施工方法

論文：《現(xiàn)代氣壓沉箱無排氣出土螺旋機的研制》成果核心技術(shù)——輔助設備研發(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)難點下沉控制系統(tǒng)施工方案驗證工藝流程優(yōu)化實測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)利用BIM技術(shù)進行施工方案驗證氣壓沉箱的可控下沉。實現(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計研究》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實時監(jiān)測系統(tǒng)開挖深度難以測量工作室情況不明開挖難度大監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化技術(shù)難點可視化實時顯示系統(tǒng)激光三維掃描可視化算法實時顯示測量效果對比為遠程遙控挖掘提供了實時的信息。實現(xiàn)功能04核心技術(shù)——3D實時監(jiān)測系統(tǒng)通過建立真實的三維場景及時掌握沉箱工作室內(nèi)信息，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)信息化施工。專利：面向氣壓沉箱激光三維地貌實時顯示系統(tǒng)專利：基于激光掃描的沉箱三維場景重建與挖掘機避碰系統(tǒng)論文：

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