BIM技術(shù)在隧道工程中的實踐探索

張煥芹

（中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 武漢 430000）

在經(jīng)濟(jì)的推動下，加之人們對于出行方式的需求，地鐵隧道的安全性是行業(yè)內(nèi)外重點關(guān)注的話題。BIM代表的是建筑信息化管理，作為一種高效的管理模式，其在隧道建設(shè)中的應(yīng)用程度較為廣泛，將其引入隧道工程后，借助于三維數(shù)字技術(shù)有助于管理工作的展開，加之4D管理模式可以提升各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)效率，由此確保工程整體質(zhì)量，而這是傳統(tǒng)管理方式不可比擬的優(yōu)點。

1 工程概況

十八及二十二號線為廣州市域快線，其中五分部位于番禺區(qū)、南沙區(qū)，18號線（含22號線）起始里程為AK30+286～AK36+529.2（目前設(shè)計調(diào)整PQ2盾構(gòu)井北移15m，即AK36+544.2），主線路全長6.2432km，隴枕出入場線全長2.555km，共8.798km。主要工程內(nèi)容為番禺廣場站1座、中間風(fēng)井1座、4段盾構(gòu)區(qū)間、2段暗挖區(qū)間和隴枕停車場1座。

2 隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用路線

2.1 BIM在隧道設(shè)計階段的應(yīng)用

1）構(gòu)建參數(shù)化模型。考慮到復(fù)合式襯砌的特點，在此基礎(chǔ)上對隧道模型進(jìn)行了劃分處理，整個施工環(huán)節(jié)中以支護(hù)作業(yè)最為重要，具體涉及到錨噴支護(hù)以及后續(xù)的二次襯砌支護(hù)等多種類型。此外，綜合考慮設(shè)計和施工要求，由此確定出模型的參數(shù)信息，以便為后續(xù)建模工作創(chuàng)設(shè)良好條件。

2）模型參數(shù)化設(shè)計。當(dāng)做好建模工作后，需要在相關(guān)規(guī)范的指導(dǎo)下完成施工圖出圖操作。區(qū)別于傳統(tǒng)CAD模式的是，BIM出圖具有便攜、快速的特點，依據(jù)工程的不同要求能夠靈活地導(dǎo)出其中的某一個剖面，所得到的平立剖施工圖均可以良好地對應(yīng)在模型中［1］。當(dāng)對圖紙做出一定修改后，與之相關(guān)的模型也將在第一時間有所改動，所有圖紙信息具有高度的同步性，因此可以避免失誤現(xiàn)象。

3）信息附加。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了專有的BIM軟件，其具有高度的數(shù)據(jù)共享性，僅憑借該軟件便可以提供項目全生命周期的各類信息，此時即便客戶的需求不同也可以靈活地導(dǎo)入與導(dǎo)出數(shù)據(jù)。具體來說，依托于標(biāo)高平面坐標(biāo)的導(dǎo)入與導(dǎo)出方式，有助于設(shè)計人員優(yōu)化方案，施工人員也可以更為方便地做好施工放樣工作。

4）碰撞檢查。以各個構(gòu)件所被賦予的信息模型為基礎(chǔ)，由此展開硬碰撞與軟碰撞檢查。對于前者，其反映的是發(fā)生于各個構(gòu)件之間的交叉問題。對于同一項目而言，設(shè)計師不同意味著對空間的利用方式也不盡相同，受信息不對稱的影響將會出現(xiàn)構(gòu)件交叉現(xiàn)象，此時需要借助Revit平臺對其展開碰撞試驗。以所得到的碰撞報告為基礎(chǔ)，設(shè)計師可以尋找到其中的不足之處，從而對方案做進(jìn)一步修改。

5）BIM的實時出圖。以BIM技術(shù)為依托，可以提供各個角度、各個剖面的二維圖信息，由此幫助施工人員更為簡便地了解隧道的變截面情況，使其更為直觀地明確結(jié)構(gòu)的設(shè)計意圖，由此優(yōu)化施工放樣方案并做好技術(shù)交底工作。

6）工程量成本統(tǒng)計。傳統(tǒng)模式下，投標(biāo)過程中會耗費大量的人力與財力成本，而基于BIM技術(shù)可以大幅縮減此部分費用。BIM模型一方面可以拼裝出實體建筑物，另一方面則可以具有針對性地分類統(tǒng)計，當(dāng)導(dǎo)入施工方定額庫后將會在極短時間內(nèi)得出對應(yīng)的成本信息。此時效率與精度都得到了良好的提升，項目中標(biāo)幾率較高。

2.2 BIM在隧道工程施工階段的應(yīng)用

1）4D施工模擬、優(yōu)化施工方案。以BIM三維模型為基礎(chǔ)，由此利用4D技術(shù)可以形成第四維的動態(tài)時間參數(shù)，此時便可以將隧道的施工狀態(tài)以動態(tài)的方式表現(xiàn)出來［2］。這種三維可視化的方式具有淺顯易懂的特性，施工人員可以更為簡單地了解施工意圖，突破了圖紙會審的傳統(tǒng)弊端。此外，工程技術(shù)人員能更為全面地尋找到施工中潛在的問題，由此采取針對性處理措施，全面深化材料、環(huán)境與施工人員之間的協(xié)調(diào)性。

2）深化技術(shù)交底工作。受惠于BIM技術(shù)可以擺脫傳統(tǒng)方式下上游信息隔斷的現(xiàn)象，高效地傳輸?shù)较掠涡畔⒘鳎笠匀S模型為基礎(chǔ)，加之施工平面圖紙的作用，將信息傳達(dá)給下游施工班組，使施工人員明確工程的各個難點。基于4D模擬的方式能形象反映出工程施工流程以及存在于其中的技術(shù)難點。

3）4D可視化成本管理?；谂c各類信息的關(guān)聯(lián)方式，可以展開可視化的投標(biāo)成本測算工作，具體內(nèi)容有：①向各個部門下發(fā)責(zé)任成本信息；②以工程實際情況為基礎(chǔ)編制目標(biāo)成本；③對所得到的目標(biāo)成本進(jìn)行分解處理；④管控過程成本；⑤對“三算”做以深入分析；⑥創(chuàng)建成本數(shù)據(jù)庫；⑦預(yù)測后續(xù)投標(biāo)成本。

4）4D施工進(jìn)度動態(tài)管控。以各類顏色為基本標(biāo)志，代表各個建筑信息模型構(gòu)件，此時管理者可以直觀地掌握工程施工進(jìn)度，由此展開相關(guān)的管理工作。當(dāng)工程出現(xiàn)未完成情況時將會表現(xiàn)為高亮的狀態(tài)，此時應(yīng)尋找到其中的原因，做好人員、資金與材料的調(diào)度工作，確保工程達(dá)到工期目標(biāo)。

5）4D危險源識別。①伴隨著隧道周邊地質(zhì)情況的改變，所帶來的施工安全危險等級也不盡相同，此時利用各類色彩可以直觀反映出危險等級。②BIM模型中涉及到各類地質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，若拱頂變形超出許可范圍后將會觸發(fā)警報。③BIM模型能應(yīng)用于日常管理工作中，精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)各類安全隱患。

3 BIM技術(shù)的實際應(yīng)用效果

3.1 建立實體模型

以得到的三維地表以及地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，由此建立出完善的三維模型，加之骨架繼承、參數(shù)設(shè)置等功能，可以得到隧道三維實體模型，具體如圖1所示。

圖1 隧道三維模型的建立

3.2 三維設(shè)計二維出圖

需要使用到CATIA草圖設(shè)計器，在其作用下得到隧道界面草圖，加之參數(shù)化設(shè)計的作用，BIM可以得到更為精細(xì)的施工草圖［3］。以BIM軟件為依托，基于參數(shù)化驅(qū)動的方式創(chuàng)造高效的草圖聯(lián)動修改效率，當(dāng)參數(shù)發(fā)生改變后所得到的設(shè)計圖也將隨之發(fā)生變化，避免了不同步的問題。

3.3 碰撞分析

依托于BIM的碰撞分析功能，可以深度尋找到構(gòu)件交叉的不合理之處，設(shè)計師可以更為方便地修改。工程中常出現(xiàn)的構(gòu)件交叉問題如圖2所示。

圖2 徑向錨桿與超前支護(hù)位置重疊

3.4 工程計量統(tǒng)計

以三維模型為基礎(chǔ)，以高效的方式計算出隧道洞身、輔助導(dǎo)洞等參數(shù)，大幅提升計算結(jié)果的精確度。此外，可以圍繞施工材料展開計價工作，以便進(jìn)行清單的分類與匯總處理。僅憑借同一個模型便能服務(wù)于各個項目參與方，展開計價與成本控制工作，既提升了計算精度，又縮短了此階段所耗費的時間。

4 結(jié)語

綜上所述，將BIM技術(shù)應(yīng)用于隧道工程中可以大幅提升施工效率。相比于傳統(tǒng)管理模式而言，BIM平臺充分涉及到設(shè)計以及施工兩大環(huán)節(jié)，對二者進(jìn)行整合避免了彼此之間脫離而造成的質(zhì)量問題。此外，BIM技術(shù)為各個環(huán)節(jié)提供質(zhì)量保障，最終確保鐵路隧道工程的整體質(zhì)量。