淺談BIM虛擬技術(shù)在鐵路隧道施工管理中的應(yīng)用

任帥

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司秦皇島工務(wù)段，河北 秦皇島 066000）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及聲像技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)都在經(jīng)歷一場(chǎng)新的技術(shù)變革。同時(shí)這場(chǎng)技術(shù)變革的范圍波及比較廣，尤其在工程項(xiàng)目、工程施工等方面，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)提高施工效率和質(zhì)量已經(jīng)成為現(xiàn)階段工程施工管理中的常見(jiàn)手段。例如在鐵路隧道施工中采用BIM虛擬技術(shù)，對(duì)鐵路隧道施工進(jìn)行模擬和3D成像，便于對(duì)施工方案和施工計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比評(píng)估和優(yōu)化，確保鐵路隧道工程能夠順利進(jìn)行。

1 BIM虛擬技術(shù)

BIM虛擬技術(shù)是基于現(xiàn)階段工程行業(yè)內(nèi)的最新技術(shù)而設(shè)計(jì)研發(fā)的一種數(shù)字化技術(shù)，BIM虛擬技術(shù)的出現(xiàn)使得建筑工程行業(yè)直接從2D平面設(shè)計(jì)進(jìn)入到3D立體化設(shè)計(jì)時(shí)代。在鐵路隧道工程的施工中應(yīng)用BIM虛擬技術(shù)，首先，需要將施工地點(diǎn)即鐵路隧道工程有關(guān)的建筑信息、構(gòu)件信息、環(huán)境信息、專(zhuān)業(yè)信息等進(jìn)行收集整理，其次，將前期所收集到的信息錄入到BIM信息庫(kù)中，并利用BIM虛擬技術(shù)構(gòu)建一個(gè)與真實(shí)鐵路隧道工程完全一致的建筑模型，在該模型中要包含該鐵路隧道工程的全部信息。因此從某種角度來(lái)看，BIM虛擬技術(shù)是聚合鐵路隧道工程內(nèi)所有信息而整合完成。最后，根據(jù)建立的建筑模型對(duì)工程施工方案進(jìn)行修改優(yōu)化，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)加快工程進(jìn)度。

2 BIM虛擬技術(shù)的應(yīng)用

2.1 場(chǎng)地分析

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，鐵路隧道工程的施工質(zhì)量愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。為了提高鐵路隧道工程質(zhì)量，就需要利用BIM虛擬技術(shù)收集、整理并分析施工地點(diǎn)附近的各種信息，建立相關(guān)構(gòu)件模型，從而搭建出該施工地點(diǎn)的鐵路隧道模型。不同于傳統(tǒng)2D技術(shù)只能展示設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的平面圖，通過(guò)應(yīng)用BIM虛擬技術(shù)能夠建立與附近環(huán)境完全融合的鐵路隧道工程，從而打破傳統(tǒng)技術(shù)分析存在的主觀因素過(guò)重的情況。此外，將BIM虛擬技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)如地理信息系統(tǒng)技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合使用，能夠在收集大量數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對(duì)附近環(huán)境以及建筑物進(jìn)行快速分析和數(shù)據(jù)收集，便于建立更加全面具體的鐵路隧道工程三維成像模型，在確保工程施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加快工程進(jìn)度和效率。

以某鐵路隧道工程項(xiàng)目為例，根據(jù)鐵路隧道復(fù)合式襯砌隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)施工方法進(jìn)行施工，并以所開(kāi)發(fā)的隧道作為BIM設(shè)計(jì)模型進(jìn)行建模處理，依據(jù)相應(yīng)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，收集與隧道相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)組建成為相應(yīng)模型。鐵路隧道復(fù)合式襯砌隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的BIM構(gòu)件分為超前支護(hù)、初期支護(hù)、防水溝等六大構(gòu)件，同時(shí)根據(jù)構(gòu)件附近圍巖的級(jí)別進(jìn)行劃分，共劃分為六個(gè)等級(jí)，在BIM構(gòu)件圖內(nèi)進(jìn)行重新命名。在鐵路隧道工程施工管理中，利用BIM虛擬技術(shù)進(jìn)行建模是關(guān)鍵。BIM建模技術(shù)主要包括開(kāi)發(fā)構(gòu)件數(shù)據(jù)資源庫(kù)、對(duì)構(gòu)件進(jìn)行重命名、對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼、確定建模精度以及確定信息粒度幾個(gè)方面，其中開(kāi)發(fā)建設(shè)構(gòu)件數(shù)據(jù)資源庫(kù)以及對(duì)構(gòu)件進(jìn)行重新命名比較簡(jiǎn)單，確定建模精度是指需要精確測(cè)量建模內(nèi)模型的單元大小，降低模糊程度。根據(jù)鐵路隧道施工管理中對(duì)于BIM虛擬技術(shù)建模精度的要求，工程人員需要依照下列要求進(jìn)行施工。首先，隧道工程內(nèi)的超前小導(dǎo)管、管棚以及砂漿錨桿的構(gòu)件單元需要按照1環(huán)組件形式進(jìn)行布置，同時(shí)以相鄰2環(huán)梅花狀的形狀布置；鋼筋網(wǎng)以及型鋼鋼架的構(gòu)件單元按照1環(huán)組件形式進(jìn)行布置。其次，噴射混凝土的構(gòu)件單元需要控制在0.5～3.5m范圍內(nèi)，根據(jù)縱向進(jìn)行開(kāi)挖。仰拱以及仰拱填充相關(guān)的構(gòu)件可以根據(jù)隧道的實(shí)際施工長(zhǎng)度進(jìn)行施工，一般在6～8m范圍內(nèi)。拱墻構(gòu)件單元需要按照隧道實(shí)際施工方向進(jìn)行建模，一般長(zhǎng)度在10～12m范圍內(nèi)。如圖1所示。

圖1

2.2 方案輔助設(shè)計(jì)

BIM虛擬技術(shù)能夠在視覺(jué)上達(dá)到逼真效果，這主要是根據(jù)鐵路隧道施工計(jì)劃以及施工環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且利用大型設(shè)備布置進(jìn)行展示，并應(yīng)用4D模擬對(duì)施工重要節(jié)點(diǎn)、實(shí)際施工順序和計(jì)劃進(jìn)行模擬展出，從而便于不同施工方案的對(duì)比和選擇。在創(chuàng)建BIM虛擬技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以將6D數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)輔助使用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速校準(zhǔn)和高精確性，以實(shí)現(xiàn)在極短時(shí)間內(nèi)快速計(jì)算工程量的功能，提高施工管理的效率和進(jìn)度。由于BIM虛擬技術(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)粒度達(dá)到構(gòu)件程度時(shí)，就能夠基本上達(dá)到隧道工程項(xiàng)目管理所需要的數(shù)據(jù)信息，提升隧道施工管理的質(zhì)量和效率。同時(shí)利用BIM虛擬技術(shù)能夠模擬施工用材、進(jìn)行造價(jià)管理、預(yù)測(cè)工程成本，便于施工單位進(jìn)行成本控制，從而打破工程企業(yè)由于數(shù)據(jù)信息過(guò)多不能快速進(jìn)行獲取、分析而導(dǎo)致精細(xì)化施工管理難以實(shí)現(xiàn)的局面。在應(yīng)用BIM虛擬技術(shù)后，不僅能夠準(zhǔn)確獲得相應(yīng)工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息，而且能夠?yàn)槭┕て髽I(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持，降低在物流、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)的資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)低能耗、綠色施工的目的。

實(shí)際上，BIM虛擬技術(shù)不僅僅作為虛擬技術(shù)模型在工程行業(yè)中進(jìn)行使用，更是將BIM虛擬技術(shù)作為一種新型的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行使用，即將參數(shù)化設(shè)計(jì)方式納入工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。這主要是由于BIM虛擬技術(shù)所建立數(shù)據(jù)模型是基于施工地點(diǎn)的各種信息基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化后，也會(huì)引起數(shù)據(jù)模型的改變。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法就是在施工參數(shù)改變之后，施工人員根據(jù)建筑物的實(shí)際施工目的以及設(shè)計(jì)要求，對(duì)不同施工設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析后，選擇其中最合適的施工方案進(jìn)行施工，從而提高工程的施工質(zhì)量。現(xiàn)階段在鐵路隧道工程以及其他建筑工程中參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用比較頻繁，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)施工方案進(jìn)行修改達(dá)到控制建筑物外形的目的已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

2.3 建筑性能分析

由上述可知，使用參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)于建筑物的性能進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō)，影響鐵路隧道性能的因素包括照明、安全、布局合理性、聲學(xué)、色彩等因素。通過(guò)BIM虛擬技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)定，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)方案或者設(shè)計(jì)理念不同之處，可以通過(guò)修改參數(shù)來(lái)改變建筑物的形態(tài)。BIM虛擬技術(shù)對(duì)于施工方案而言意義重大，根據(jù)國(guó)際研究所的試驗(yàn)表明，通過(guò)BIM虛擬技術(shù)判定后，建筑物的使用壽命、資源消耗程度、對(duì)于環(huán)境的影響都能實(shí)現(xiàn)一個(gè)大幅度的提升。

2.4 可視化設(shè)計(jì)

可視化設(shè)計(jì)是BIM虛擬技術(shù)在建筑工程行業(yè)中的重要應(yīng)用，與傳統(tǒng)2D平面效果圖相比，可視化設(shè)計(jì)圖紙能夠更加直觀具體全方位的展現(xiàn)施工效果，同時(shí)可視化設(shè)計(jì)能夠?qū)こ痰膬?nèi)部空間結(jié)構(gòu)與外部外觀進(jìn)行觀察監(jiān)控，便于施工人員對(duì)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)修改優(yōu)化。傳統(tǒng)鐵路隧道工程施工中一般應(yīng)用二維CAD工程設(shè)計(jì)技術(shù)，在剖析工程設(shè)計(jì)圖紙的各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要結(jié)合平面設(shè)計(jì)圖紙以及剖面圖才能全方位解釋清楚。而現(xiàn)階段應(yīng)用的BIM虛擬技術(shù)則是以三維空間數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將隧道工程的空間結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、位置與功能之間的關(guān)系展現(xiàn)的十分清楚，使得復(fù)雜的空間設(shè)計(jì)變得立體化，達(dá)到全方位的可視化效果，從而降低工程人員對(duì)于圖紙的理解難度，極大的避免了由于圖紙理解不清楚而造成的工程問(wèn)題。利用BIM虛擬技術(shù)對(duì)隧道工程的重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全方位展示，能夠使得設(shè)計(jì)施工變得更加具體形象，極大提高施工質(zhì)量?，F(xiàn)階段BIM虛擬技術(shù)主要是利用Autodesk Revit軟件進(jìn)行模型的建構(gòu)，并且根據(jù)構(gòu)件的建構(gòu)順序進(jìn)行“階段化”施工。將工程構(gòu)件數(shù)據(jù)導(dǎo)入Autodesk Revit軟件內(nèi)并且輸入環(huán)境參數(shù)，構(gòu)建虛擬仿真環(huán)境，以此為基礎(chǔ)展現(xiàn)施工方法，使得工程設(shè)計(jì)變得可視化。

3 結(jié)語(yǔ)

BIM虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于人類(lèi)生存環(huán)境的改善，從某種程度上來(lái)說(shuō)，BIM虛擬技術(shù)發(fā)揮了其最大價(jià)值。利用BIM虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)⑺淼拦こ淌┕し桨傅?D化呈現(xiàn)和可視化交底，此外施工方案的4D模型施工推演和優(yōu)化以及對(duì)于工程量的自動(dòng)核算，為BIM虛擬技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。