BIM技术：精确定位天眼“瞳孔”
作者：曾帅 罗露来源：贵州日报
FAST的排水隧道长1121米,上图为位于水淹凼的排水隧道出口。下图为排水隧道内部。
　　排水、防冲刷技术:给FAST干燥的工作环境
　　东经106°50′55″至106°52′02″,北纬25°38′48″至25°39′36″,贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地。
　　FAST静静地聆听着浩瀚的星空中那来自远方的声音,感受着那些我们未曾感知的无线电波。
　　回忆过往,FAST工程从初步的设想、选址、勘察、设计、施工至投入使用,历经20余年,几十家单位的协作和配合才得以建成使用。
　　贵州正业工程技术投资有限公司(原贵州省冶金设计研究院)作为贵州省唯一一家成为FAST台址开挖系统的“FAST台址开挖工程”的核心技术团队,面对这个“FAST工程六大系统”之一的工程,以全新的技术,开创了建造巨型射电望远镜台址建造的新模式,也向全国乃至世界展现了贵州的技术力量。
　　FAST主体工程建设场地大窝凼为封闭地形,洼地内唯一排水通道为窝凼底部的一个天然岩溶落水洞。
　　贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平和他的团队在经数据查验和计算后发现,大窝凼历年被淹都是发生于大气降水量比较大之后,每年被淹次数一般为3至6次。
　　降水量超过其实际消水能力,降水量与消水量不对等是造成大窝凼被淹的主要原因,但FAST工程台址区汇水又必须排出
　　因此,为解决洼地丰水季节的排水能力,需要设计一个合理的排水系统进行疏排,保证开挖期间和建成后工程的使用需求。
　　这时,在FAST台址区东面1.3公里外的水淹凼引起了沈志平的注意,这样的洼地不就是天然的排水地?
　　水淹凼最低处底部海拔为946.9米,比大窝凼底部低将近100米,在有通道的情况下,大窝凼的水可以不通过任何外力作用流到这里。
　　就算洼地内部的水因雨量过大无法及时排出,这将近100米的海拔高差也可保证水淹凼内部蓄水9万余立方米,不会出现倒灌情况。
　　结合以上原因,团队认为,采取人工开凿隧道的方式将大窝凼洼地内降雨汇集后引入到东面1.3公里以外的水淹凼。
　　确定了解决办法,但问题又来了。
　　如何让水汇集到一起流入隧道中?隧道口又需要多大才能有效避免台址区雨水堆积?
　　现场设计员余永康说:“在FAST工程中圈梁区域内设置有三道径向排水沟与两道环向截水沟；圈梁外侧则设置有外围道路边沟,利用外围道路边沟截水沟收集降水。”
　　“圈梁区域内排水沟的水流与圈梁外侧的道路边沟相连接,有效将水流汇集至台址底部,并通过排水隧洞将降水排至水淹凼洼地。”
　　同时,为减缓流水对排水沟的冲刷,延长排水系统的使用年限。在径向排水沟与环向截水沟交接处均设置具有消能兼拦砂功能的消能池。
　　“可不要小看这些池子,如果没有他们,最终汇集水流的环形池将会承受巨大的冲力,环形池长时间被巨大水流冲击轻则影响FAST运行安全,重则影响FAST的使用年限。”
　　此外,根据平塘县气象站1961年建站至今的纪录显示,最大日降水量为172毫米,降水持续按5小时计算,得出排水隧道净宽3米、高4米,排水量峰值设计是0.3天172毫米。
　　哪怕FAST工程台址区遭遇50年一遇的洪峰也能给FAST一个干燥的环境。
　　“BIM技术简单地说就是通过建立涵盖项目整体信息的工程数据模型或三维仿真模型,达到对项目经济指标、质量、工期、投资、工期目标实现提供帮助。”沈志平说。
　　奥运游泳馆“水立方”、上海世博会场馆中的德国“和谐城市”馆,芬兰的“冰壶”、南水北调工程、中国第一高楼――上海中心大厦等大名鼎鼎的大型工程都是运用的BIM技术。
　　FAST在确定了安家大窝凼之后,工程人员所面临的第一个难题也是最关键的问题就是确定天眼的中心点。
　　这个点有多重要?
　　沈志平告诉记者,开挖中心就相当于天眼的“瞳孔”,他的位置选择直接关系到望远镜运行30年的安全问题和建造成本问题。
　　FAST工程会在大窝凼洼地内铺设4355个反射镜单元组成的半径为300米的球型反射面,口径为500米的反射面球冠。
　　这个由4355个反射镜单元组成的反射面,将由直径506米圆周上的50个圈梁柱进行支撑。
　　而牵引馈源舱运动的6个馈源支撑塔也要均匀地分布于直径600米与圈梁同心的圆周上。
　　除此之外,排水工程、隧道工程、道路工程、边坡工程、支挡工程等工程项目都需要在这个中心点确定之后才能进行开挖和施工。
　　“所有工程都得等到这个中心点的确立之后才能进行。你说,这个点重不重要?”
　　按照开挖方量最少,最大程度节约建设成本,有效避免地质灾害发生对FAST损害的原则下。沈志平和他的团队应用BIM技术开始了寻找天眼“瞳孔”的工作,通过模拟不同台址开挖中心,评价FAST工程的整体稳定性及安全度。
　　经过团队不懈的努力,终于用最短的时间确定下了天眼中心点,也就是如今的馈源舱所在地。
　　这是BIM技术在贵州的首次使用,就为FAST节约了50%的开挖系统投资,节约的经费接近一亿元。
　　从2011年7月进入工程现场到2013年12月撤出工程现场,“FAST台址开挖工程”现场设计员吴斌这两年多来,满打满算也就在家里待了不到一个月的时间。
　　“牺牲了和家人在一起的时间,值嘛?”吴斌看着电脑屏幕前有关于FAST的新闻,默默地笑了,这个笑中有苦、有甜、有幸福、有泪水……
　　不良地质灾害治理技术:FAST安全运行的保证
　　FAST所处的大窝凼是岩溶洼地地貌。岩溶洼地的工程地质条件通常极为复杂。
　　14个标准足球场的大小,约10万平方米；百公里油耗10升的汽车行驶990万公里需消耗9.9万立方米石油；3.8万立方米,坐落于北京的世界上最大的空气净化器将近1小时20分钟的净化空气量。把这几个数据和FAST工程对比:FAST要治理10万平方米危岩面积、9.9万立方米岩堆和修建3.8万立方米的浆砌片石挡墙。
　　在一般工程建设中,基本都是采用避让的措施解决工程与地质条件的矛盾,场地一般都会被划为不适宜的建筑场地。
　　然而FAST工程的独特性决定了工程技术人员必须解决这个矛盾。
　　“FAST台址区陡坡和石崖上有零星松动的危岩体分布,不时会出现松动岩块的塌落,如若不进行有效治理,则必然会影响FAST的安全运行。”沈志平说。
　　沈志平及团队成员针对台址区附近岩堆、危岩、边坡进行分类评价,采用清方、支撑、牢固、灌浆、微型桩、重力式挡墙、拦石沟、拦石墙、主动防护网等方式综合治理。
　　由于工程场地环境复杂,地质条件多变,施工条件极其恶劣,为岩溶洼地治理岩堆、危岩、边坡提供了独特的视角和有益的借鉴。
　　FAST是国家重大科技基础设施项目,它的建设使用不光系统的解决了大型岩溶洼地,薄壳岩溶岩体精细开挖遇到的各种复杂岩土工程技术难题；为FAST安全运行,在未来20至30年保持世界一流设备的地位,形成具有国际先进水平的天文观测与研究平台奠定了坚实、稳定、可靠的基础。
　　此外,贵州正业工程技术投资有限公司设计的FAST台址开挖系统整体技术水平达到国际先进。同时,在建设中形成的一批新颖性、创造性和实用性技术在国内均处领先水平。其中,授权国家发明专利2项、受理5项,授权实用新型专利5项、受理2项,充分展现了在国家重大科技基础设施项目中贵州的技术力量。（贵州都市报& 曾帅& 罗露）
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