基于BIM的時(shí)空碰撞檢查技術(shù)在水電工程施工中的應(yīng)用

，，，，

(1.中國葛洲壩集團(tuán) 三峽建設(shè)工程有限公司，湖北 宜昌 443002； 2.中國能建工程研究院 水電施工設(shè)計(jì)研究所，湖北 宜昌 443002)

1 研究背景

工程項(xiàng)目的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)工程，立體交叉作業(yè)多，由施工現(xiàn)場空間布局與實(shí)踐安排的矛盾和沖突引起設(shè)施碰撞等不安全狀態(tài)時(shí)有發(fā)生，甚至發(fā)生安全事故[1]。相對于房建、市政工程而言，水電工程在施工過程中需要投入更多的施工設(shè)備，通常這些設(shè)備呈立體交錯(cuò)布置，且彼此的工作范圍多有重疊現(xiàn)象[2];而且水電工程施工內(nèi)容復(fù)雜、項(xiàng)目龐雜，是一個(gè)高度動態(tài)的過程，隨著工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，施工項(xiàng)目管理變得極為復(fù)雜[3]，施工過程中各作業(yè)面之間的影響更明顯，發(fā)生碰撞的可能性更大。

傳統(tǒng)的碰撞檢測方法不能實(shí)現(xiàn)施工全過程的動態(tài)碰撞檢測，也難以與施工管理集成。而4D時(shí)空模型描述了場地設(shè)施在施工全過程中的外形表現(xiàn)和空間占有情況，因此能在進(jìn)行4D施工過程模擬和管理的同時(shí)，支持設(shè)施之間、設(shè)施與結(jié)構(gòu)之間的全過程動態(tài)碰撞檢測[4]。這種基于BIM(Building Information Model)的4D施工過程模擬中的動態(tài)碰撞檢測技術(shù)即為時(shí)空碰撞檢查技術(shù)。

2 時(shí)空碰撞檢查技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理

2.1 時(shí)空碰撞問題的特點(diǎn)

常規(guī)碰撞檢查方法主要用于設(shè)計(jì)BIM模型階段，是為了使多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)成果更精確、更有深度、更滿足施工標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的方法[5]。其重點(diǎn)在于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，減少“錯(cuò)、漏、碰、缺”和設(shè)計(jì)變更，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

而時(shí)空碰撞問題是施工BIM模型階段的產(chǎn)物，在設(shè)計(jì)階段難以預(yù)見，卻實(shí)際發(fā)生于施工過程之中。時(shí)空碰撞檢查技術(shù)與常規(guī)碰撞檢查方法最顯著的區(qū)別在于，它主要用于施工BIM模型階段，常規(guī)碰撞檢查主要解決多專業(yè)之間的碰撞問題，而時(shí)空碰撞檢查技術(shù)主要針對某個(gè)具體項(xiàng)目可能發(fā)生的施工沖突問題進(jìn)行檢測，實(shí)施難度更高。

2.2 時(shí)空碰撞問題的產(chǎn)生

時(shí)空碰撞類型主要分為硬碰撞和軟碰撞，軟碰撞又包含間隙碰撞和副本碰撞等。比如施工設(shè)備運(yùn)行時(shí)彼此干擾，或設(shè)備規(guī)劃受到周圍建筑物、已有設(shè)備的空間限制等，此類碰撞類型為硬碰撞，碰撞對象為2個(gè)及2個(gè)以上施工設(shè)備或施工設(shè)備與建筑物；而平行洞室開挖時(shí)掌子面錯(cuò)距問題，以及大壩相鄰壩塊施工的高差約束問題等碰撞類型則為間隙碰撞，當(dāng)其相互距離未能滿足安全距離要求時(shí)即視為發(fā)生碰撞，碰撞對象為受到空間距離制約的雙方或多方(相互之間不必接觸)。

時(shí)空碰撞檢查依托于具體項(xiàng)目而實(shí)施，不同的項(xiàng)目發(fā)生時(shí)空碰撞的原因也有所不同。下面列舉2例說明。

例1：平行洞室群開挖一般按奇偶號洞分兩序施工，掌子面錯(cuò)開距離應(yīng)遵循相應(yīng)設(shè)計(jì)要求。在開挖施工過程中，資源配置及工效、地質(zhì)條件、安全支護(hù)、水電能源供應(yīng)等因素都會影響施工進(jìn)度，成為時(shí)空碰撞的誘因。當(dāng)掌子面錯(cuò)距小于允許值時(shí)，可能導(dǎo)致地層應(yīng)力在某一范圍過度集中，影響洞室群整體穩(wěn)定性，造成塌方等災(zāi)害。

例2：在對大壩混凝土工程施工后期需要補(bǔ)充的大型施工設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，補(bǔ)充設(shè)備受到周圍建筑物和已有大型設(shè)備的空間限制，這一類時(shí)空碰撞問題跟工程形象、工程進(jìn)度密切相關(guān)，且影響因素較多，若不提早進(jìn)行設(shè)備選型、聯(lián)系設(shè)備租用和設(shè)備運(yùn)輸?shù)?，可能存在一定的進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。解決這類問題，要根據(jù)施工需要確定設(shè)備布置部位，弄清補(bǔ)充設(shè)備布置和運(yùn)行的空間需求，將補(bǔ)充設(shè)備對周圍壩體上升和附近施工設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的影響降至最低。

2.3 時(shí)空碰撞問題的解決方法

時(shí)空碰撞問題的解決思路、方法與步驟如下：

(1)判斷可能發(fā)生沖突的對象，確定碰撞類型，分析碰撞原因和造成的后果。

(2)構(gòu)建沖突對象的三維模型，根據(jù)實(shí)際碰撞問題對三維模型進(jìn)行剖分并劃分任務(wù)單元。

(3)在三維建模的同時(shí)，找到施工進(jìn)度計(jì)劃編制的依據(jù)，圍繞沖突對象編制進(jìn)度計(jì)劃，根據(jù)三維模型任務(wù)單元細(xì)分程度確定進(jìn)度計(jì)劃的精細(xì)程度，在進(jìn)度計(jì)劃中要體現(xiàn)碰撞原因?qū)κ┕みM(jìn)度的影響。

(4)整合三維模型與施工進(jìn)度計(jì)劃，合理選擇任務(wù)類型并確定公差(即碰撞距離)，執(zhí)行碰撞檢查，導(dǎo)出碰撞檢查報(bào)告。

(5)分析碰撞檢查結(jié)果，根據(jù)碰撞發(fā)生的時(shí)段、部位、碰撞距離，提出針對具體時(shí)空碰撞問題的預(yù)警或解決方案。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 平行洞室群開挖時(shí)掌子面錯(cuò)距問題

3.1.1 洞室群三維建模及施工進(jìn)度計(jì)劃編制

平行洞室群開挖時(shí)，沖突對象為相鄰洞室開挖時(shí)各自的掌子面，碰撞類型為軟碰撞(間隙碰撞)，根據(jù)時(shí)空碰撞檢查流程，先構(gòu)建平行洞室三維模型并劃分任務(wù)單元，同時(shí)編制施工進(jìn)度計(jì)劃。

3.1.1.1 平行洞室群三維建模

平行洞室群開挖時(shí)掌子面錯(cuò)距問題實(shí)際上牽涉到2個(gè)平面之間的距離。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，將每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺長度作為1個(gè)三維模型任務(wù)單元，對洞室三維模型進(jìn)行剖分，通過計(jì)算2個(gè)三維模型單元體頂面之間的距離來反映掌子面錯(cuò)開的距離。

平行洞室群三維模型采用實(shí)體建模方法構(gòu)建，為便于實(shí)施碰撞檢查，將洞室群空腔處(設(shè)計(jì)開挖輪廓范圍內(nèi))繪制為三維實(shí)體，洞室圍巖則不再建模。首先根據(jù)開挖分層分別繪制洞室內(nèi)各層空腔結(jié)構(gòu)三維模型，然后根據(jù)地質(zhì)剖面圖及圍巖等級范圍，結(jié)合開挖斷面、開挖方法初步確定各層開挖進(jìn)尺，并按照進(jìn)尺長度對各層空腔結(jié)構(gòu)三維模型進(jìn)行剖分，每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺剖分為1個(gè)任務(wù)單元，為每個(gè)三維模型任務(wù)單元建立圖層并命名，如3#洞頂層(第1層)第15個(gè)循環(huán)進(jìn)尺所在圖層命名為：C3-1-15。在實(shí)際施工中，洞室群開挖進(jìn)尺根據(jù)當(dāng)前揭露地質(zhì)情況等因素而定，當(dāng)圍巖變化時(shí)及時(shí)調(diào)整，以確保圍巖穩(wěn)定。開挖進(jìn)尺調(diào)整時(shí)，三維模型分塊亦相應(yīng)調(diào)整。

3.1.1.2 施工進(jìn)度計(jì)劃編制要點(diǎn)

由于地下洞室群開挖施工方案、資源供應(yīng)、施工環(huán)境等不確定因素的影響，施工工序的持續(xù)時(shí)間往往是不確定的，導(dǎo)致施工進(jìn)度計(jì)劃的不確定性。在編制施工進(jìn)度計(jì)劃過程中至少應(yīng)遵循以下原則：

(1)工期進(jìn)度滿足關(guān)鍵線路、關(guān)鍵工序要求。

(2)平行洞室群開挖工作掌子面錯(cuò)距滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)與洞室群開挖施工資源配置、現(xiàn)場實(shí)際施工強(qiáng)度、設(shè)備工效等相適應(yīng)。

(4)為安全處理、設(shè)備檢修等預(yù)留工期。

(5)與現(xiàn)場緊密聯(lián)系，隨時(shí)了解各洞室、各開挖分層施工動態(tài)。

(6)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況(如必須在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行爆破等)合理安排施工程序，必要時(shí)加大投入，縮短單位循環(huán)進(jìn)尺時(shí)間。

編制平行洞室群開挖施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，將每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺均設(shè)定為1個(gè)任務(wù)單元，由于施工人員采取倒班制，可認(rèn)定施工期間實(shí)行全工作日制度，每個(gè)工作日工作時(shí)間均采用24 h制，任務(wù)單元完成時(shí)間以小時(shí)為單位計(jì)算。

3.1.2 洞室時(shí)空碰撞的檢查方法

將平行洞室群施工進(jìn)度計(jì)劃及三維模型導(dǎo)入碰撞檢查軟件，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃任務(wù)單元名稱與三維模型任務(wù)單元名稱的一一對應(yīng)關(guān)系，使施工進(jìn)度計(jì)劃與所有三維模型任務(wù)單元對象自動關(guān)聯(lián)。

以平行洞室群頂層開挖施工為例，根據(jù)頂層開挖掌子面錯(cuò)距要求設(shè)置間隙公差。由于軟件的工作模式?jīng)Q定了只能自動選擇三維模型單元之間相距最近的2點(diǎn)并計(jì)算其距離，無法進(jìn)行定點(diǎn)檢測，因此公差設(shè)定時(shí)應(yīng)取最小值，以確保第一時(shí)間檢測到最近的碰撞部位。公差計(jì)算公式的確定參照如下情況。

3.1.2.1 平行洞室群公差計(jì)算

在平行洞室群頂層開挖掌子面測距時(shí)，公差設(shè)定要考慮洞室間距及任務(wù)單元模型自身尺寸的影響，此時(shí)，由勾股定理可得

g2=(s-x)2+d2。

(1)

式中：g為公差；s為設(shè)計(jì)掌子面錯(cuò)距；x為先挖洞室任務(wù)單元進(jìn)尺；d為洞室間距。

為簡化測距，可使洞室三維模型重合布置，重新導(dǎo)入軟件，此時(shí)洞室間距為0，可得

g=s-x。

(2)

3.1.2.2 近似平行洞室公差計(jì)算

在轉(zhuǎn)向角在10°以內(nèi)的近似平行洞室(原開挖方向平行，后局部在平面或立面方向有小角度轉(zhuǎn)向)頂層開挖掌子面測距時(shí)，分2步進(jìn)行簡化:首先利用勾股定理計(jì)算局部洞室平面小角度轉(zhuǎn)向后在原方向上的投影長度；然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果建立替代模型(即投影模型)，讓替代模型重疊，此時(shí)洞室間距為0，可得

g=s-x′ 。

(3)

式中x′為先挖洞室任務(wù)單元投影進(jìn)尺。

需要補(bǔ)充說明的是，立面方向的小角度轉(zhuǎn)向一般由洞室擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)和開挖分層導(dǎo)致，投影后不影響公差計(jì)算。

3.1.2.3 確定公式中的進(jìn)尺

洞室開挖進(jìn)尺根據(jù)實(shí)際施工情況而調(diào)整。正常情況下，采用常規(guī)進(jìn)尺(最大進(jìn)尺)；圍巖軟弱地段，采用短進(jìn)尺。根據(jù)式(2)和式(3)，進(jìn)尺越長，公差越小。因此，上述公式中的“先挖洞室任務(wù)單元進(jìn)尺”取常規(guī)進(jìn)尺為宜。

3.1.2.4 確定公差計(jì)算公式

綜合以上幾種情況，比較式(2)和式(3)?！霸O(shè)計(jì)掌子面錯(cuò)距”給定，“先挖洞室任務(wù)單元進(jìn)尺”也已確定為常規(guī)進(jìn)尺，根據(jù)勾股定理可知投影進(jìn)尺小于實(shí)際進(jìn)尺，式(2)計(jì)算所得公差小于式(3)計(jì)算結(jié)果。因此，可以確定公差計(jì)算公式為式(2)。

公差確定后，運(yùn)行軟件選擇相鄰平行洞室進(jìn)行時(shí)空碰撞測試(一條洞室可與其左右兩側(cè)相鄰的洞室同時(shí)檢測)，生成碰撞檢查報(bào)告，碰撞檢查報(bào)告中包含碰撞部位名稱、碰撞部位相隔距離、碰撞發(fā)生時(shí)間等信息。同理，對其它相鄰洞室進(jìn)行時(shí)空碰撞檢查，導(dǎo)出檢查報(bào)告并進(jìn)行對比，可以迅速找到最早發(fā)生時(shí)空碰撞的洞室編號、碰撞部位和時(shí)間，起到對洞室群施工進(jìn)度預(yù)警的效果。

3.1.3 烏東德尾水支洞群開挖掌子面錯(cuò)距分析

金沙江烏東德水電站左岸地下電站施工招標(biāo)文件要求：“平行的6條尾水支洞按奇偶號洞分兩序施工，掌子面錯(cuò)開距離≥50 m”。我們選取6條尾水支洞頂層開挖施工的掌子面，利用時(shí)空碰撞檢查技術(shù)對其進(jìn)行研究，提前預(yù)警施工過程中可能發(fā)生的掌子面錯(cuò)距<50 m的情況，提前采取措施避免碰撞問題的發(fā)生。圖1為尾水支洞群開挖三維模型。

圖1 尾水支洞群開挖三維模型Fig.1 Model of tailrace branch group

按照上述洞室時(shí)空碰撞檢查方法，對6條尾水支洞各相鄰洞室頂層開挖模型施工掌子面進(jìn)行時(shí)空碰撞檢查，通過對碰撞檢查報(bào)告的分析，提出進(jìn)度預(yù)警。表1為碰撞檢查結(jié)果提取，表2為進(jìn)度預(yù)警。表1中，任務(wù)1-2表示對1#、2#洞室循環(huán)進(jìn)尺的時(shí)空碰撞檢查；任務(wù)3-2/4表示3#洞室分別與相鄰2#、4#洞室的時(shí)空碰撞檢查；任務(wù)5-4/6表示5#洞室分別與相鄰4#、6#洞室的時(shí)空碰撞檢查，碰撞對象一列無5#與4#洞室的碰撞記錄，表明5#與4#洞室未發(fā)生時(shí)空碰撞。

表1 碰撞檢查結(jié)果提取Table 1 Results of collision check

注：表中提到的時(shí)空碰撞是指各相鄰洞室循環(huán)進(jìn)尺各自關(guān)聯(lián)的掌子面之間不滿足錯(cuò)距要求(即小于臨界距離)

表2 進(jìn)度預(yù)警Table 2 Early warning of the schedule

時(shí)空碰撞檢查技術(shù)為尾水支洞群頂層開挖掌子面錯(cuò)距問題提供了一項(xiàng)進(jìn)度管控與預(yù)警機(jī)制，當(dāng)現(xiàn)場施工環(huán)境變化時(shí)，只需對進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行微調(diào)，繼續(xù)實(shí)施檢查，就能夠預(yù)見未來一段時(shí)間內(nèi)是否有碰撞風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，以便提前做好防范或擬定對策。通過運(yùn)用該技術(shù)，尾水支洞群開挖施工受地質(zhì)條件、資源投入、設(shè)備工效等因素的負(fù)面影響大為降低，掌子面錯(cuò)距始終控制在合理范圍內(nèi)，不僅避免了工期延誤，還在保證質(zhì)量的前提下加快了施工進(jìn)程。

3.2 大型施工設(shè)備安裝運(yùn)行時(shí)的空間限制問題

3.2.1 設(shè)備三維建模及運(yùn)行計(jì)劃編排

大型混凝土施工設(shè)備三維建模采用邊界描述法(boundary representation，B-rep)描述設(shè)備靜態(tài)下3D實(shí)體外形[4]，運(yùn)行計(jì)劃主要描述動態(tài)下設(shè)備活動空間范圍。設(shè)備三維建模的要點(diǎn)如下。

(1)建模順序：將設(shè)備化整為零，按照從下到上順序，先繪制基本構(gòu)件，然后拼裝成型。

(2)建模精度：要求粗中有細(xì)，大部分結(jié)構(gòu)粗略繪制，但需保證關(guān)鍵性尺寸精確無誤。比如在繪制建塔三維模型時(shí)，只需確保設(shè)備基礎(chǔ)底座、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、回轉(zhuǎn)部分、臂架等結(jié)構(gòu)豎向高度、平衡臂水平方向的長度精確，其余尺寸近似即可。

設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃由多次任務(wù)疊加而成，宜分解為單次任務(wù)進(jìn)行編排，然后匯總。編制設(shè)備單次任務(wù)運(yùn)行計(jì)劃原則上要考慮以下3點(diǎn)。

(1)任務(wù)類型：主要為澆筑混凝土和吊雜，任務(wù)類型決定了任務(wù)的重要性，以及與其它設(shè)備運(yùn)行干擾時(shí)是否占據(jù)主動。

(2)任務(wù)周期：根據(jù)所吊材料種類、重量、起落點(diǎn)方位、到位難度，確定完成某一次任務(wù)耗費(fèi)的時(shí)間。

(3)運(yùn)行軌跡：主要由起吊點(diǎn)和落點(diǎn)位置決定。

3.2.2 設(shè)備時(shí)空碰撞的檢查方法

設(shè)備時(shí)空碰撞的檢查方法與洞室時(shí)空碰撞的檢查方法大體一致，也采用了近似法求解，核心思路是利用多個(gè)靜態(tài)模型來代替連續(xù)動態(tài)模型實(shí)施碰撞檢查。每個(gè)靜態(tài)模型均代表設(shè)備在某一時(shí)刻的空間形態(tài)，在空間位置上按一定規(guī)律平均分布，能夠從一定程度上相對完整地描述設(shè)備的運(yùn)行軌跡變化，或者反映在實(shí)施檢測的時(shí)段內(nèi)設(shè)備在不同方位的工況。

將設(shè)備時(shí)空碰撞檢查涉及的三維模型以及相關(guān)進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入軟件，使進(jìn)度計(jì)劃與三維模型任務(wù)單元自動關(guān)聯(lián)。根據(jù)設(shè)備使用說明書要求并結(jié)合實(shí)際情況，合理確定2臺設(shè)備的豎向間距值(或安全距離)，作為設(shè)定公差的參考值。最后實(shí)施時(shí)空碰撞檢查，對碰撞檢查報(bào)告反映的具體問題進(jìn)行具體分析，提出結(jié)論。

3.2.3 向家壩大型起吊設(shè)備安裝運(yùn)行工位分析

金沙江向家壩水電站二期基坑進(jìn)水后，泄洪壩段備倉、門槽埋件安裝與二期混凝土澆筑缺乏相應(yīng)手段。施工方在對基坑進(jìn)水后泄洪壩段甲塊一線施工情況進(jìn)行分析后，建議在泄洪壩段1#和8#壩段甲塊增加2臺平頭建塔。

本實(shí)例涉及大型施工設(shè)備安裝運(yùn)行時(shí)的空間限制問題，一方面要檢測平頭建塔與原有塔帶機(jī)之間可能發(fā)生的碰撞，另一方面要檢測平頭建塔與周邊建筑物(主要是大壩結(jié)構(gòu))之間可能發(fā)生的碰撞。目的在于指導(dǎo)建塔合理安裝運(yùn)行，使建塔在達(dá)到最大工效的同時(shí)，對現(xiàn)場施工的影響降至最低。

根據(jù)建筑塔吊使用說明書要求，2臺設(shè)備必須保證豎向間距E不應(yīng)<3 m，臂架與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的距離D不應(yīng)<2 m。發(fā)生沖突的對象碰撞類型為間隙碰撞。在檢查平頭建塔平衡臂與周圍壩塊碰撞時(shí)，將公差設(shè)定為5 m(考慮安全距離3 m、鋼筋超出倉面高度2 m)。圖2為平頭建塔安全運(yùn)行間距要求，圖3為塔帶機(jī)、平頭建塔運(yùn)行軌跡模擬。

圖2 平頭建塔安全運(yùn)行間距要求Fig.2 Safety requirement for flat-head tower

圖3 塔帶機(jī)、平頭建塔運(yùn)行軌跡模擬Fig.3 Simulation of the trajectory of towers and flat-head towers

整合模型并關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃，執(zhí)行碰撞檢查，導(dǎo)出碰撞檢查報(bào)告。通過分析碰撞檢查報(bào)告，解決了如下問題：

(1)建塔選型及布置問題,包括建塔型號、布置坐標(biāo)方位以及首次安裝幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等。

(2)設(shè)備安裝時(shí)機(jī)問題,包括設(shè)備安裝及具備投運(yùn)條件的具體時(shí)間等。

(3)設(shè)備運(yùn)行影響問題,包括對周邊建筑物施工、其它設(shè)備運(yùn)行的影響和解決方案。

通過運(yùn)用時(shí)空碰撞檢查技術(shù)對向家壩大型起吊設(shè)備安裝運(yùn)行工位進(jìn)行分析，在四維時(shí)空場景下系統(tǒng)分析設(shè)備防碰撞等安全問題，幫助工程師們更科學(xué)、更高效地制定了建塔安裝運(yùn)行的一整套實(shí)施方案，有效縮短了設(shè)備租賃使用周期，更重要的是，為大壩基坑進(jìn)水節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)和大型設(shè)備全施工周期安全運(yùn)行提供了重要保障。

3.2.4 向家壩水電站塔帶機(jī)控制壩段澆筑范圍分析

向家壩水電站泄洪壩段及右岸非溢流壩段混凝土澆筑手段以2臺塔帶機(jī)為主，按照相關(guān)規(guī)劃，2臺塔帶機(jī)主要承擔(dān)泄洪壩段1#—右岸非溢流壩段2#共15個(gè)壩段高程350 m以下約246萬m3混凝土澆筑任務(wù)。為精確把握塔帶機(jī)實(shí)際澆筑范圍，充分發(fā)揮塔帶機(jī)性能，同時(shí)滿足招標(biāo)文件控制性工期、混凝土施工強(qiáng)度等要求，結(jié)合混凝土運(yùn)輸及手段布置原則，選取TB2#塔帶機(jī)作為研究對象，運(yùn)用時(shí)空碰撞檢查技術(shù)對其控制壩段澆筑范圍進(jìn)行分析。

TB2#塔帶機(jī)承擔(dān)泄洪壩段1#—泄洪壩段7#壩段高程350 m以下混凝土的澆筑任務(wù)，在澆筑過程中，塔帶機(jī)布料桿與臨近大壩結(jié)構(gòu)等(包括模板或豎向鋼筋)之間可能發(fā)生的碰撞問題是決定塔帶機(jī)澆筑范圍的關(guān)鍵，因此碰撞類型為硬碰撞。通過分析，選定倉面高程為354 m處所對應(yīng)的倉位，進(jìn)行模擬澆筑時(shí)的碰撞檢查，若滿足澆筑條件，則確定塔帶機(jī)澆筑范圍為354 m高程；若不滿足，則選定低一層倉位(351～352 m高程)進(jìn)行分析，如此逐步確定塔帶機(jī)澆筑的最高高程。圖4為布料桿模擬下料工位模型。

圖4 布料桿模擬下料工位模型Fig.4 Simulation of feeder position model

在碰撞測試中，設(shè)置公差為0，檢測混凝土澆筑過程中塔帶機(jī)布料桿與壩塊之間的碰撞，導(dǎo)出碰撞檢查結(jié)果。分析碰撞檢查報(bào)告，根據(jù)碰撞發(fā)生情況，對發(fā)生碰撞部位的施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)改變壩塊施工先后順序或協(xié)調(diào)其它澆筑手段，在滿足控制性工期要求的同時(shí)，減少碰撞發(fā)生，增加塔帶機(jī)使用率。對比調(diào)整前后的進(jìn)度，重點(diǎn)檢查調(diào)整后控制性工期是否滿足招標(biāo)文件要求，發(fā)現(xiàn)有偏差則繼續(xù)調(diào)整直至滿足。調(diào)整后重新進(jìn)行碰撞檢查，得出較為合理的施工進(jìn)度計(jì)劃。

通過數(shù)次時(shí)空碰撞檢查的實(shí)施和進(jìn)度計(jì)劃的微調(diào)，最終確定塔帶機(jī)的最高澆筑范圍為351～352 m，該高程以上大壩混凝土澆筑可采取對塔帶機(jī)進(jìn)行加高或者協(xié)調(diào)纜機(jī)等其它手段澆筑。

塔帶機(jī)供料線是向家壩水電站最為重要的施工手段，通過運(yùn)用時(shí)空碰撞檢查技術(shù)開展超前研究，對塔帶機(jī)控制壩段澆筑范圍進(jìn)行分析，精確獲得塔帶機(jī)實(shí)際澆筑范圍，對設(shè)備布置方案和項(xiàng)目總體規(guī)劃有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。同時(shí)，利用該技術(shù)還有針對性地分析了大壩重點(diǎn)部位混凝土施工強(qiáng)度、澆筑進(jìn)度、相鄰壩塊高差、金屬結(jié)構(gòu)安裝交面等關(guān)鍵問題，對合理組織施工起到了積極作用。

4 結(jié) 語

基于BIM的時(shí)空碰撞檢查技術(shù)在本文列舉的平行洞室群掌子面錯(cuò)距問題、大型混凝土施工設(shè)備安裝運(yùn)行的空間限制問題、塔帶機(jī)控制壩段澆筑范圍分析等應(yīng)用實(shí)例中，均取得了理想的效果。該技術(shù)的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景主要體現(xiàn)在：

(1)其重在研究和模擬四維時(shí)空中相關(guān)施工對象的運(yùn)動關(guān)系，對預(yù)防和預(yù)警施工中動態(tài)碰撞問題有十分重要的研究價(jià)值。

(2)除形成碰撞預(yù)警機(jī)制外，該技術(shù)還在提出碰撞解決方案、完善現(xiàn)場施工組織管理、規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)、保障施工進(jìn)度等方面有較大的推廣價(jià)值。

(3)其善于處理如何把握時(shí)間控制點(diǎn)、提高空間利用率等問題，尤其是當(dāng)涉及施工場地布置、洞室群施工、大型施工設(shè)備交錯(cuò)作業(yè)、建筑物與設(shè)備密集分布等情況時(shí)，應(yīng)用實(shí)效頗為突出，在水電工程及其它工程建設(shè)領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。

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