bim技术在远程遥控气压沉箱工法中应用

BIM技术在远程遥控气压沉箱工程中的应用上海市基础工程集团有限公司上海交通大学2015.9.18“龙图杯”全国BIM大赛参赛作品

目录01企业简介02BIM软件介绍0304核心技术05项目背景经济与社会效益01企业简介上海市基础工程集团有限公司，1953年收归国有，现为上海建工集团股份有限公司全资子公司。公司由原先的桩基、沉箱、桥梁等专业，逐步扩大到拥有大型桥梁、地下顶管、隧道盾构、沉井、地下围护结构、桩基、水工港口等系列专业。基础集团BIM工程研究所成立于2013年5月，部门隶属于上海市基础工程集团有限公司旗下的特种基础工程设计研究院。业务范围主要以市政工程在施工阶段的BIM应用与研发为主。团队目前从事BIM的人员约20人，团队成立以来通过总结市政施工的BIM特点，从建模、仿真再到管理有了一定的理论研究及工程实践经验。建模工具DASSAULTCATIA四维模拟DASSAULTDELMIA展示体验DASSAULT3DVIA仿真计算DASSAULTSIMILIA数据管理平台ENOVIA02BIM软件介绍软件支持软件的二次开发模块的拓展应用项目需求依托工程的BIM解决方案03项目背景气压沉箱工法原理

利用气压平衡箱外水压，使箱底土体在无水状态下进行挖土排土，箱体在自重以及上部荷载的作用下下沉到指定深度，最后在沉箱结构面底部填充混凝土的一种工法。水土压力水土压力03项目背景反压作用平衡水压压缩空气刚度大常规板式支护体系气压沉箱支撑邻近建筑邻近建筑地下连续墙沉箱侧壁地面沉降降水井基底隆起气压沉箱优点刚度大不抽水回弹小环境影响小承压水承压水03项目背景有人操作→工作条件艰苦；职业健康→易得“沉箱病”；施工效率→低下必须发展信息化遥控沉箱技术，使之焕发新的活力。人工气压沉箱工法的不足03项目背景气压沉箱的国内外现状国外→

日本无人沉箱的研发地下空间开发的需求日本对外技术封锁03项目背景人工气压沉箱工法传统板式支护工法远程遥控气压沉箱工法结合BIM技术研发新工艺、新设备改造传统工法形成远程遥控气压沉箱工法研究目标03项目背景工程名称：

轨道交通7号线工程12A标中间风井地理位置：

浦东上钢三厂的材料堆场内（紧邻黄浦江）背景工程04核心技术沉箱结构设计辅助设备研发关键施工工艺3D实时监测系统核心技术04核心技术——沉箱结构设计设计参数直接驱动模型，便于设计参数的调整。节次结构制作高度（m）1刃脚2.52底板1.63井壁3.54井壁及内隔墙4.25井壁及内隔墙8.86井壁8.4沉箱结构设计：3D可视化设计04核心技术——沉箱结构设计沉箱分节尺寸确定困难下沉分析复杂，重复工作量大下沉到位节次刃脚深度自重+活载（kN）总摩阻力（kN）下沉系数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沉箱结构设计：下沉分析技术难点通过模型直接读取计算荷载信息设计参数调整自动计算下沉系数BIM参数设计提高下沉分析率实现功能CATIA模型直接导入Abaqus中进行计算分析对Abaqus进行二次开发，降低分析难度BIM辅助计算分析04核心技术——沉箱结构设计计算模型网格剖分应力分布图变形图实体模型网格单元划分困难工况复杂，分析步多技术难点提高计算正确性提高计算效率实现功能04核心技术——辅助设备研发12341.车间调试3.总控室2.拆卸吊装4.设备研发远程遥控技术悬挂行走技术挖掘技术智能避碰技术可控、多功能、智能化挖掘机。BIM数字样机技术难点实现功能运动机构仿真设备碰撞检查功能模拟验证辅助设备制造远程遥控挖掘设备研发04

以人为本，解决了常规气压沉箱施工人员必须处于高压环境下作业的弊病。专利：气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统

论文：《现代气压沉箱自动遥控液压挖掘机设计研究》

成果核心技术——辅助设备研发04传统吊桶出土法缺点速度慢要经过两个闸门每个闸门都需要加、减压减压时噪声极大放排气的能源损耗大BIM工艺模拟仿真核心技术——辅助设备研发04连续出土无排气出土无噪音BIM数字样机技术难点螺旋出土机设备研发运动机构仿真设备碰撞检查功能模拟验证辅助设备制造利用BIM技术辅助设计螺旋出土机核心技术——辅助设备研发高效、连续、环保、无排气出土。实现功能04解决了常规气压沉箱出土效率低、噪声大、污染严重的弊病，实现了环保施工。专利：气压沉箱无排气出土施工方法

论文：《现代气压沉箱无排气出土螺旋机的研制》成果核心技术——辅助设备研发04核心技术——关键施工工艺初期支承后期压沉姿态控制BIM工艺模拟技术难点下沉控制系统施工方案验证工艺流程优化实测数据关联利用BIM技术进行施工方案验证气压沉箱的可控下沉。实现功能04核心技术——关键施工工艺BIM支承系统模拟BIM压沉系统模拟解决了常规气压沉箱初期支承，后期压沉的难题，实现了气压沉箱的可控下沉。专利：气压沉箱锚桩自主纠偏装置专利：气压沉箱锚桩支承装置论文：

《现代气压沉箱支承及助沉装置的设计研究》论文：《现代气压沉箱施工支撑及助沉技术》成果04核心技术——3D实时监测系统开挖深度难以测量工作室情况不明开挖难度大监测数据可视化技术难点可视化实时显示系统激光三维扫描可视化算法实时显示测量效果对比为远程遥控挖掘提供了实时的信息。实现功能04核心技术——3D实时监测系统通过建立真实的三维场景及时掌握沉箱工作室内信息，利用数据库技术实现信息化施工。专利：面向气压沉箱激光三维地貌实时显示系统专利：基于激光扫描的沉箱三维场景重建与挖掘机避碰系统论文：

《多平面场景下基于约束Hough变换的3D数据配准》论文：一种无人化气压沉箱三维地貌建模、测量及避碰系统》成果05经济与社会效益对于超深基坑，常规地下连续墙方案支撑用量大、插入比深、且对环境控制（承压水、沉降）不如气压沉箱方案。共计节约工程投资40%（近1000