¿Caso de diseño de optimización del plan de construcción de un túnel ferroviario asistido por BIM?
Con el rápido desarrollo de la construcción de ingeniería ferroviaria de alta velocidad en mi país, especialmente la construcción de túneles ferroviarios de alto nivel, la tecnología tradicional de construcción de túneles invertidos y de relleno invertido ya no puede cumplir con el desarrollo. de la tecnología de construcción de túneles, así como las necesidades de las personas en cuanto a la calidad de la apariencia, el tamaño estructural, el control lineal y la construcción eficiente del concreto de arco invertido. En la actualidad, en la construcción de túneles con revestimiento compuesto mediante el método de minería ferroviaria, las invertidas y las invertidas se rellenan principalmente mediante el proceso de construcción tradicional de ensamblaje de pequeñas plantillas. Existen problemas como altos costos de instalación manual, pocos equipos y herramientas y bajos. La calidad de la construcción es difícil de garantizar, afecta gravemente el período de construcción y a menudo ocurren problemas como exceder la distancia de paso segura de la excavación del túnel y afectar la calidad y el progreso de procesos posteriores, como la conexión entre los paneles impermeables y los secundarios. estructuras de revestimiento [1]. Por lo tanto, el llenado invertido y al revés se ha convertido en un proceso de control que restringe la construcción rápida y de alta calidad de túneles.
La tecnología Bim se basa en el modelo digital tridimensional, sustituye el tradicional diseño de líneas de vista única por el diseño de articulación del plano, alzado y sección del modelo tridimensional, y transforma los tres. Diseño tridimensional pensando en "lo que ves es lo que obtienes". La forma se transforma en un objeto tridimensional visualizado, proporcionando un entorno de diseño visual real para el esquema tridimensional [2, 3]. Utilice modelos BIM y tecnología de realidad virtual para mostrar el plan de forma interactiva e intuitiva, revisar la racionalidad del plan y proporcionar métodos y procesos para mostrar el plan en un entorno de simulación virtual 4D [4, 5].
Basado en la situación actual, combinada con los requisitos de la gestión del proceso de construcción, es importante utilizar la tecnología BIM para visualización, coordinación, simulación y optimización para llevar a cabo equipos de construcción rápidos y diseño de procesos para túneles invertidos y relleno invertido y valor de aplicación.
2 Principios del diseño de planos de construcción basados en BIM
El diseño tradicional en profundidad de planos de construcción consiste en concebir ideas sobre planos de construcción bidimensionales, utilizar la experiencia previa en construcción y subjetivamente Seleccionar equipo para el plan de construcción y mano de obra. Sin embargo, en los planos de diseño más detallados a menudo surgen problemas como una selección inadecuada de equipos, tecnología compleja o poca viabilidad, así como problemas simples como "errores, omisiones, colisiones y fundición" [6]. El entorno de diseño visual tridimensional de BIM y el entorno de simulación virtual 4D proporcionan enfoques técnicos para la optimización del diseño de equipos y procesos y la verificación de viabilidad de los planes de construcción.
La base de la visualización tridimensional y la simulación virtual 4D de los planos de construcción es establecer un modelo digital tridimensional [7,8] que pueda describir verdaderamente el plano de construcción, incluido el modelo ambiental, el modelo estructural y modelo de instalación de construcción. Entre ellos, el modelo ambiental es un sitio de diseño virtual de factores ambientales como planes de construcción y procesos previos y posteriores a la construcción. Los modelos estructurales son entidades estructurales de ingeniería construidas virtualmente a partir de planos de construcción. Los modelos de instalaciones de construcción son los equipos mecánicos, encofrados, moldes y otras instalaciones de trabajo utilizadas en el plan de construcción, y son la clave para el diseño del plan de construcción asistido por BIM. De acuerdo con la relación lógica dinámica de los componentes del modelo, los componentes del modelo son impulsados por los elementos de la tarea de tiempo en la secuencia de construcción para expresar el proceso de construcción virtual del plan de construcción [9, 10].
Utilice el software Autodesk Revit y Navisworks para realizar el diseño visual del plano arquitectónico [11]. El plan específico es el siguiente:
(1) Establecer un modelo digital tridimensional. a través de Revit. La información de atributos de cada componente debe configurarse con parámetros de secuencia de construcción únicos y el archivo del modelo NWC debe exportarse;
(2) Utilice Excel para editar los elementos de tiempo de tarea de cada secuencia de pasos de construcción, incluida la tarea. nombre, tipo de tarea, hora de inicio, hora de finalización, número de identificación, etc. y exportar el archivo CSV;
(3) Importar el archivo de modelo NWC y el archivo de origen de datos de elementos de tarea de tiempo CSV a través de Navisworks, y usar ciertas reglas de asociación automática para asociar los componentes del modelo con los elementos de tarea de tiempo uno. por uno. La construcción virtual 4D del modelo basado en elementos de tareas de tiempo se lleva a cabo en el entorno de simulación virtual del eje. La Figura 1 muestra el proceso de diseño visual del plano constructivo basado en BIM.
Al mismo tiempo, en el entorno de simulación virtual 4D de BIM, se puede realizar la simulación interactiva de procesos en tiempo real, se puede realizar el proceso de deducción virtual del plan de construcción, la viabilidad y los problemas existentes. del plan se puede comprobar dinámicamente y se pueden optimizar los equipos y procesos de construcción [12]. La Figura 2 es el proceso de optimización del plan de construcción basado en BIM. Figura 1 Proceso de diseño visual del plan de construcción basado en BIM
Figura 2 Proceso de optimización del plan de construcción basado en el diseño colaborativo del modelo BIM 33D
Principio del diseño colaborativo del modelo: Primero, según el Condiciones ambientales del sitio de construcción. Establecer un modelo ambiental para formar un entorno de diseño virtual y real.
Luego se establece un modelo estructural y los objetos estructurales no construidos se preestablecen en el entorno de construcción existente. Finalmente, dentro del alcance permitido por el espacio de trabajo del modelo ambiental, combinado con las necesidades de construcción del modelo estructural, el diseño visual y la optimización de la simulación virtual del modelo de instalación de construcción se llevan a cabo en el mismo entorno de diseño para lograr el efecto de diseño colaborativo del modelo. del plano de construcción.
Para realizar el diseño y la visualización visual del plano de construcción del túnel y del relleno invertido, es necesario establecer los siguientes tres modelos utilizando el software Autodesk Revit: el modelo ambiental incluye el soporte inicial del túnel y el movimiento de tierras en la parte inferior del arco frontal; el modelo estructural que incluye arco invertido y relleno de arco invertido; el modelo de equipo de construcción es arco invertido y carro de construcción rápido con relleno de arco invertido.
3.1 Modelo Ambiental
El sostenimiento inicial del túnel y la excavación de tierra del fondo del arco frontal son los procedimientos constructivos preliminares del plano constructivo del invertido y del relleno invertido. De acuerdo con la sección de revestimiento tipo B de la roca circundante a nivel de taro en el plano de construcción, y teniendo en cuenta el principio de división del proceso de construcción, se estableció el modelo inicial de soporte y movimiento de tierras del fondo del arco del túnel, como se muestra en la Figura 3. Cabe señalar que el modelo de soporte inicial solo necesita tener características de diseño del entorno de construcción estáticas y no participa en el proceso de deducción virtual del plan de construcción. Sin embargo, el modelo de movimiento de tierras del fondo del arco debe reflejar el proceso dinámico de excavación y proporcionar parámetros de secuencia de construcción. La precisión del modelado de componentes adopta el principio de dividir una sección de 6 m a lo largo del eje del túnel. Figura 3 Modelo de movimiento de tierras de fondo de arco y soporte inicial del túnel 3.2 Modelo estructural
De acuerdo con la sección de revestimiento tipo B de la roca circundante a nivel de taro en el plano de construcción, y teniendo en cuenta el principio de división del proceso de construcción, Se establecen el modelo de llenado invertido y de túnel invertido, como se muestra en la Figura 4. Entre ellos, la pared lateral corta del arco invertido es 300 mm más alta que la superficie de relleno. El arco invertido se rellena con una zanja de cubierta central reservada. El arco invertido se rellena con hormigón C30 y el arco invertido se rellena con hormigón C20. se vierten por separado. Los parámetros de la secuencia de construcción se proporcionan a los componentes del modelo y la precisión del modelado adopta el principio de dividir una sección de 6 m a lo largo del eje del túnel. Figura 4 Modelo de instalación de construcción de túnel invertido y relleno invertido 3.3 Modelo de instalación de construcción
Plano de construcción de túnel invertido y relleno invertido El modelo de instalación de construcción se refiere al carro de construcción rápida de llenado invertido e invertido (en lo sucesivo denominado El diseño del carro de arco invertido Incluye principalmente sistema de encofrado y sistema de marcha. El sistema de encofrado general consta de un encofrado invertido combinado, un encofrado de extremo y un encofrado de zanja central, un sistema de desplazamiento independiente que consta de un par de vigas de celosía autopropulsadas. Como se muestra en la Figura 5. Figura 5 La plantilla de arco invertido del modelo de carro de arco invertido está diseñada con dos placas de acero compuestas reversibles a la izquierda y a la derecha. La longitud del encofrado a lo largo de la dirección axial del túnel es de 6 m y consta de una parte fija (conectada rígidamente al marco rígido) y una parte móvil articulada. Las operaciones de instalación, posicionamiento y desmontaje son sencillas y rápidas, reduciendo especialmente la deformación y el daño de la parte fija de la propia placa de acero, lo que puede garantizar el control lineal de la pared lateral corta del arco invertido.
El encofrado final está compuesto por placas de acero y vigas en I, y está conectado de forma móvil al encofrado de arco invertido y al encofrado de zanja central. Al mismo tiempo, al mover el sistema de encofrado, éste forma un todo, con un posicionamiento preciso y un movimiento rápido.
El equipo eléctrico del sistema de desplazamiento independiente incluye un polipasto eléctrico y un cabrestante (fijado en el soporte trasero), y un par de vigas de celosía proporcionan rieles deslizantes para el sistema de encofrado.
Edificio Virtual 44D
4.1 Establecimiento de un entorno de simulación virtual
Importe el archivo NWC del modelo a través de Autodesk Navisworks para obtener el modelo en el entorno de simulación virtual. Utilice el módulo Timeliner para agregar el archivo CSV de la fuente de datos del elemento de tarea de tiempo del paso de construcción, generar el elemento de tarea de tiempo en el entorno virtual y adjuntarlo automáticamente al modelo usando reglas, de modo que el elemento de tarea de tiempo de cada construcción El paso corresponde al componente del modelo uno a uno. Después de que al modelo se le asignan atributos de tiempo, se genera un modelo dinámico 4D controlado por el tiempo en el entorno de simulación virtual, de modo que se pueda llevar a cabo la deducción virtual del plan de construcción.
Demostración del plan de construcción 4.24D (Figura 6)
El proceso de simulación de la secuencia de construcción del plan de construcción del túnel invertido y del relleno invertido es el siguiente:
(1 ) Mida y disponga las líneas, y el sistema de encofrado estará en su lugar (Figura 6(a), Figura 6(g));
(2) El cabrestante impulsa la viga de celosía hacia el siguiente ciclo. posición; verter el hormigón invertido (Figura 6 (b));
(3) Levantar la placa móvil del encofrado de arco invertido utilizando la cadena inversa (Figura 6(c));
(4) Vierta el arco invertido para rellenar (Figura 6(d));
(5) Levante la viga final del polipasto eléctrico, deslice el encofrado general hacia adelante 6 m y excave el lastre. en el fondo del orificio en el frente (Figura 6(e));
(6) El polipasto eléctrico baja la viga del extremo y el polipasto manual baja la placa móvil de la forma de arco invertido (Figura 6 (F)).
Figura 6 Demostración del plano de construcción 4.3 Evaluación del efecto
El encofrado de arco invertido está diseñado como una placa de acero compuesta tipo flip, que se compone de una parte fija y una parte móvil con bisagras para lograr un vertido cíclico continuo del arco invertido. y relleno de arco invertido, asegurando la calidad del vertido del muro y el control de alineación del lado corto del arco invertido. Diseñe la forma final de acuerdo con las dimensiones estructurales del invertido y del relleno del invertido. La parte inferior del encofrado está en la misma posición y forma que el waterstop empotrado de arco invertido, lo que facilita la fijación del waterstop empotrado. La parte superior del encofrado es consistente con la elevación de la superficie de relleno invertido, y se puede controlar la elevación de vertido del relleno invertido.
El encofrado de extremo se utiliza para fijar el encofrado de arco invertido y el encofrado de ranura central para formar un sistema de encofrado general desmontable. Al confiar en un equipo de desplazamiento mecánico independiente, el encofrado se puede mover de forma rápida y precisa al mismo tiempo, acortando el tiempo de encofrado, evitando errores de operación manual y asegurando el tráfico en el túnel. La superficie de trabajo del invertido se divide en dos áreas operativas: una es el área de excavación en la parte inferior del invertido (ate las barras de acero del invertido si es necesario) y la otra es el área de llenado y vertido continuo del invertido, lo que acorta en gran medida el ciclo de operación. tiempo.
5 Conclusiones
(1) Utilizando el entorno de diseño visual tridimensional y el entorno de simulación virtual 4D de la tecnología BIM, un método y proceso para el diseño visual asistido por BIM y la deducción virtual de Se establecieron planos de construcción.
(2)2) Diseño de modelos digitales tridimensionales asistidos por BIM de planos de construcción, incluido el modelo ambiental, el modelo estructural y el modelo de instalaciones de construcción. Utilice modelos BIM y tecnología de realidad virtual 4D para mostrar los planos de construcción de forma completa e interactiva y optimizar la racionalidad de los planos de construcción.
(3) BIM ayuda en el diseño visual de invertidos de túneles ferroviarios y equipos y procesos de construcción rápidos de llenado de invertidos, con resultados notables. El diseño asistido por BIM del carro invertido se puede aplicar bien a la construcción real y tiene cierto valor de referencia para la aplicación de la tecnología BIM en la construcción de túneles.
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