北京冬奥会外围配套综合管廊工程位于北京市延庆区张山营镇，毗邻国家松山保护区，综合管廊总长6 655m，起点为佛峪口水库，高程560.000m，终点为新建塘坝沟谷，高程1 050.000m。本施工范围内包含管廊Ⅰ标段，平面长度3 635m，配套的新建水厂、副厂房、一级加压泵站等。管廊Ⅰ标段采用“TBM+钻爆”综合施工法，TBM法结构断面为圆形，内径(直径)8.6m，钻爆法结构断面形式为城门洞形，净空跨度7.0m。

　　 北京冬奥会外围配套综合管廊工程作为延庆赛区基础性保障工程，为延庆赛区造雪用水、生活用水、再生水、电力、电信及有线电视等硬件接入提供通道，被称为延庆赛区的“生命线”。

　　 1)绿色文明施工和环境保护要求高项目位于国家级松山自然保护区内，毗邻佛峪口水库，土地利用、树木移植、水源保护等环保要求及绿色施工要求高，规划选线、用地规划、施工工法均受限较大。

　　 2)地质复杂、工期紧，施工组织管理要求高由于地处燕山山脉，地质条件复杂，断层多，围岩等级交叉频繁，建设工期紧张，人、机、料等资源配置及工序的协调难度大。

　　 3)TBM施工难度大作为北京区域首个TBM项目，采用“TBM+钻爆”结合的施工方法，管廊进口段海拔560.000m，出口段1 050.000m，垂直提升近500m，为国内首例TBM大坡度上坡施工，技术难度大。

　　 4)TBM运输、吊装、组装作业难度大TBM构件多、大、重，交通运输受限;场地狭小且位于斜坡基坑，吊装、组装作业难度大。

　　 5)缺乏同类型工程经验及标准等指导文件本项目为国内首个山岭隧道管廊，最大埋深300m，尚无同类型工程经验及标准等指导性文件可遵循，施工难度大。

　　 依托集团公司BIM中心、子(分)公司BIM中心及项目部BIM工作室的三级架构管理模式，优选BIM人才，组建了本项目的BIM实施团队，如图1所示，明确人员分工及职责。

　　 针对项目施工重难点，申请集团BIM试点，编制BIM实施方案，明确BIM应用点、实施标准、BIM解决方案。通过创建隧道管廊标准化族库，管廊模型、泵站模型等，支撑各应用点、解决方案等在项目中实施及落地。

　　 根据BIM实施方案策划的应用点及项目的重难点创建BIM模型，包括管廊(含输水管线)、一级加压泵站、工艺模拟、专业机械设备等，如图2所示，为各应用点落地、深度应用、辅助指导施工提供基础支撑。

　　 鉴于项目位于国家级松山保护区内，绿色环保要求极高。遵循绿色办奥、绿色施工的理念，在场地规划、临建方案阶段，利用地质勘察数据及无人机扫描等，创建真实的地形模型。运用BIM技术创建集团建家建线三维参数化的临建设施族库，综合地形模型，搭建三维场地规划模型，如图3所示，通过三维可视化场地布置模型可将土地利用率最大化，减少占地，明确对原有植被破坏最小、占地最合理的方案，对占地内树木进行分类规划，并制定树木伐移方案及计划，划定免伐区，如图4所示。

　　 根据BIM场地规划和伐移方案优化后最终总占地面积65 300m ^[2]，对办公区、生活区、TBM组装区、材料加工区等各功能区及附属用房、现场道路进行了科学合理规划，减少占地约6 000m ^[2]，免伐区面积14 600m ^[2]，保护树木419棵，后期生态恢复面积46 100m ^[2]，充分利用了土地资源，降低了土地平整、树木迁移的投资成本，达到了高效、经济、环保的效果。

　　 本项目采用TBM+弱爆破综合施工，工期对资源配置、协调，施工工序的衔接要求严格，必须严谨有序。将各部位、各工序的进度计划导入BIM 4D模拟软件，通过施工模拟，发现原设计方案为1个支洞时，资源利用不充分，工期滞后，故与设计及甲方沟通确认，增加5号支洞，确定支洞位置，由此工作面增加至6个，合理优化施工进度计划，并在施工中实时对比实际与计划的差异，及时调整、优化资源配置，提高工作效率，确保了主洞的顺利贯通，二衬的顺利施工，缩短工期约43d。

　　 TBM设备机械复杂，关键构件体积大、质量大，拆解运输是一大难题。经过对运输路线调研及比选，确定运输路线，沿途道路的最低等级为二级，限高5m，运用BIM技术对TBM关键构件进行精确拆分及模拟，拆分后最高车货总高4.9m，满足要求。

　　 本项目管廊由进口到出口垂直高度提升近500m，为国内首例TBM大坡度上坡施工，且地质条件复杂，断层多。基于BIM技术针对TBM施工法，首次提出“BIM+TBM”及大型设备的正向适应性优化改造理念，针对本项目开展了对TBM适应性创新改造，如图5所示。

　　 1)针对TBM掘进穿越不良地质段导致TBM刀盘和护盾发生卡顿现象，根据项目地质情况，基于BIM技术论证实施研发一种能进行预支护的TBM刀盘内超前钻孔装置，对开挖面进行预支护，降低TBM在穿越不良地质段卡顿的概率。

　　 2)为有效减小TBM步进阻力，基于BIM技术设计了一种敞开式TBM后支撑，有效解决后支撑直接坐落于地面或轨道上滑动造成摩擦力大且易变形的风险，本改造具有结构简单、使用可靠、成本低廉的优点。

　　 TBM刀盘整体重约223t，中心2块分别重67.85,53.57t，边块4块均为25.2t。吊装方案设计如下。

　　 1)方案1刀盘整体组装完成后吊装，吊车额定吊重量需300t。

　　 2)方案2刀盘分块组装、分块吊装，吊车额定吊重量需200t。

　　 将2种方案的进度计划及资源配置导入模拟软件，通过机械费、人工费、工期、安全性多方面进行分析比对，方案2从成本和安全性上更加经济、合理。

　　 运用BIM技术进一步协助验证TBM吊装设备的选型、站位、可行性，并对整个组装场地的调配、吊装方案、组装工序、吊装工序进行模拟，工期由原计划121d缩短至87d，优化率达到28%，大大提高了TBM组装吊装效率，为TBM组装吊装的标准化提供了解决方案。

　　 管廊TBM段共包含4类围岩等级，分别是Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ类，其中Ⅲ类又分为Ⅲa，Ⅲb，围岩交错变化频繁。明确不同围岩等级下开挖支护方案:(1)Ⅱ类围岩拱顶45°范围内25中空锚杆，L=2.0m，间距1.2m×1.2m(环×纵);(2)Ⅲ类围岩拱部25中空锚杆，L=2.5m，间距1.2m×1.2m(环×纵)，拱部钢筋网8(HPB300)，网格间距25×25(cm);(3)Ⅳ类围岩拱部25中空锚杆，L=3.0m，间距1.0m×1.0m(环×纵)，全断面钢筋网8(HPB300)，网格间距20cm×20cm，钢拱架I18，间距0.9m，纵向连接筋20，环向间距1m，边墙20砂浆锚杆，L=3.0m;(4)V类围岩拱部25中空锚杆，L=3.5m，间距1.0m×0.8m(环×纵)，全断面钢筋网8(HPB300)，网格间距20cm×20cm，钢拱架I20，间距0.6m，纵向连接筋20，环向间距1m，边墙22砂浆锚杆，L=3.5m，拱中部42锁脚锚杆。

　　 支洞与主洞的交叉口段是该标段工程的重点控制节点，且交叉口起调洞的开挖面宽12.04m，高13.43m，施工风险大，施工工序复杂。利用BIM技术详细模拟每个工序的施工步骤、加固方案，确保交叉口与主洞的顺利接驳，增加施工面，提高施工效率。

　　 针对传统的二衬施工质量缺陷，搭建精细的TBM段仰拱边顶拱及本项目特有的横隔板的工艺模拟模型进行仿真模拟，明确施工工序、质量标准、注意事项，进一步控制二衬施工质量，确保一次成优。

　　 通过运用BIM技术对专项施工方案、重点工艺的三维可视动画模拟，如图6所示，更加形象直观，使管理人员及工人印象深刻、易于掌握。最终，在初支和二衬施工过程检查中一次施工合格率达98%，合格率明显提高，使得施工质量一次成优。

　　 利用各标准段模型可快速提取现场施工段所需混凝土方量，生成明细表，将施工图算量、BIM模型算量、工程实际用量实时做对比，进行有效管控，杜绝乱报现象，减少材料浪费，有效将混凝土超量控制在3.47%以内;并辅助指导现场施工班组对浇筑模板的下料及加工。

　　 充分利用BIM技术的可视化性，避免了传统二维图纸交底和口头交底的单一性、不全面性。三维交底所见即所得，更加直观地将项目施工内容、结构形式、技术要求进行展示;发现设计缺陷、优化施工方案等，从而便于工人更好地理解图纸、明确规范及技术要求，减少返工，提高了施工质量，加快了施工进度。

　　 将图纸、工艺要求、质量要求与三维模型整合，综合运用三维纸质交底书、视频交底、VR交底、现场720°全景二维码交底多种手段，进一步完善质量管理手段，提高管理水平。

　　 北京冬奥会外围配套综合管廊工程通过模型搭建、场地规划、施工组织设计模拟、方案模拟、工程量统计、可视化交底等BIM基础应用及创新开展绿色场地优化、基于BIM对TBM的适应性改造，完善TBM施工法，更加贴合本项目施工特点与环境，解决了场地优化、绿色施工、方案优化、进度管控、交底单一等系列难题，进一步提高了项目整体管理水平，取得了显著效益，为管廊顺利竣工奠定了坚实的基础，也为BIM技术在山岭隧道管廊项目中的深度应用提供了思路。