BIM輔助鐵路隧道施工方案可視化設(shè)計應用

程子洪

摘 要：我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，加快我國當前高速鐵路工程建設(shè)的發(fā)展速度。但在建設(shè)高標準鐵路隧道施工過程中，由于傳統(tǒng)隧道仰拱施工工藝不能夠滿足現(xiàn)階段隧道施工技術(shù)的發(fā)展需求，造成在實際施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量方面的問題，最終對施工質(zhì)量造成影響。所以，仰拱和填充施工技術(shù)逐漸成為限制隧道高質(zhì)量快速施工的重要因素。而我國現(xiàn)階段出現(xiàn)的BIM技術(shù)，主要以3D數(shù)字模型構(gòu)成，采取三維模型聯(lián)動的設(shè)計方式，打破傳統(tǒng)的單一線條設(shè)計模式，提供準確的單位方案可視化設(shè)計的環(huán)境。由此可見，只有通過BIM模型設(shè)計技術(shù)，再采取全方位互動性直觀體現(xiàn)的方法，證明方案的合理性，然后保證在4D仿真環(huán)境下，展示方案的方法和流程。因此，本文主要針對施工中實際出現(xiàn)的問題，利用BIM技術(shù)可視化和協(xié)同性以及模擬性的特點，對隧道仰拱和仰拱填充施工裝備和工藝設(shè)計進一步分析和研究。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鐵路隧道；施工方案；可視化設(shè)計；應用

中圖分類號：U452 文獻標志碼：A

我國當前時代發(fā)展速度，也帶動高速鐵路行業(yè)的發(fā)展速度，同時提高人們?nèi)粘Ｉ顚﹁F路建設(shè)質(zhì)量的需求。但是由于我國當前實施的依然是傳統(tǒng)施工技術(shù)和設(shè)備，造成在實施施工過程中出現(xiàn)一些嚴重問題，在對施工進度造成影響的同時，最終對施工質(zhì)量造成嚴重的影響。所以，在這樣的發(fā)展環(huán)境下，就需要采取我國當前先進的BIM技術(shù)，通過可視化功能，設(shè)計一套鐵路隧道施工的方案，在保證方案合理性的同時，最終保障施工的質(zhì)量。

1 BIM施工方案設(shè)計的原理

我國傳統(tǒng)設(shè)計施工方案過程中，主要在施工圖上展示二維想象構(gòu)思，依照往常的施工經(jīng)驗看，會依照施工方案的要求，選擇施工設(shè)施和技術(shù)等等。但由于選擇的設(shè)施型號不合理，施工技術(shù)經(jīng)常出現(xiàn)差異性，導致在施工中經(jīng)常出現(xiàn)嚴重問題。但如果實施BIM技術(shù)具備的3D可視化設(shè)計環(huán)境和4D仿真環(huán)境，就可以為施工方案設(shè)施和工藝的設(shè)計以及可行性提供技術(shù)的途徑。圖1為隧道仰供填充模型。

另外，在實施施工方案的3D可視化和4D虛擬仿真技術(shù)過程中，其主要目的是為了能夠?qū)κ┕し桨傅膬?nèi)容通過三維數(shù)字模型方式展現(xiàn)出來，其主要包括環(huán)境模型和解耦股模型以及施工設(shè)施模型。第一，站在環(huán)境模型角度，主要是施工方案的虛擬布置場地和前置以及后置施工工序的環(huán)境影響因素。第二，結(jié)構(gòu)模型主要是施工方案虛擬建立的一個實體物。第三，施工設(shè)施模型主要是施工方案采用的機械設(shè)備和模板以及模具等相關(guān)作業(yè)設(shè)施，對于BIM輔助施工方案設(shè)計具有重要作用和意義。但依照模型結(jié)構(gòu)的施工動態(tài)和之間的關(guān)系，需要采取施工分布的時間任務和模型構(gòu)建，進一步體現(xiàn)施工方案的虛擬建造過程。除此之外，在通過BIM技術(shù)建立4D虛擬仿真環(huán)境過程中，可以實現(xiàn)對時間交互的過程模擬，對施工方案流程進行虛擬推演，通過動態(tài)技術(shù)和方法，檢查方案內(nèi)部存在的可行性以及存在的問題，最終全面優(yōu)化施工設(shè)施和技術(shù)等。圖2為BIM施工方案優(yōu)化流程。

2 3D模型協(xié)同設(shè)計

在實施模型協(xié)同設(shè)計過程中，其自身具備比較基本的理念：第一，需要以現(xiàn)場施工環(huán)境，建立合適的環(huán)境模型，然后形成虛擬真實的環(huán)境設(shè)計。第二，在建立結(jié)構(gòu)模型過程中，需要將未來施工中的對象融入到現(xiàn)有施工環(huán)境中。第三，在環(huán)境模型作業(yè)的范圍內(nèi)，需要實際施工需求，在同一設(shè)計環(huán)境中，開展施工設(shè)備模型的可視化設(shè)計，最終有效實現(xiàn)施工方案模型協(xié)同設(shè)計的效果。另外，想要實現(xiàn)隧道仰拱和仰拱填充施工方案設(shè)計的可視化展示，就需要采取網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立環(huán)境模型和隧道初期支護以及前方拱底土石方這3個方面。因此，只有通過BIM技術(shù)，利用其自身具備的3D模型系統(tǒng)設(shè)計工作，在確保施工進度的同時，有效滿足人們對鐵路施工建設(shè)的需求，進一步推進鐵路隧道施工方案的發(fā)展，最終實現(xiàn)鐵路隧道施工方案可視化的設(shè)計。

2.1 環(huán)境模型

在隧道施工的初級階段，需要將前方拱底的土石進行清理，為仰拱和仰拱填充施工方案的設(shè)計，奠定一個堅實的基礎(chǔ)。而在實際施工過程中，需要對施工各個環(huán)節(jié)和原則進行全面規(guī)劃，然后形成隧道初期支護和拱底土石的模型。另外，還需要格外注意，在建立初期支護模型過程中，需要具備靜態(tài)的施工環(huán)境，不參與任何施工方案的虛擬推演過程。

2.2 結(jié)構(gòu)模型

在實際施工過程中，需要對施工各個環(huán)節(jié)劃分的原則進行全面考慮，然后建立一個完整的隧道仰拱和仰拱填充模型。而在實際建設(shè)過程中，還需要依照相關(guān)部門規(guī)定的數(shù)據(jù)標準，將其內(nèi)部參數(shù)嚴格控制，確保建立模型的合理性。

2.3 施工設(shè)施模型

在建立隧道仰拱和仰拱填充施工方案的設(shè)施模型過程中，主要對仰拱和仰拱填充施工臺車進行設(shè)計，其中主要包含模板系統(tǒng)和行走系統(tǒng)兩個環(huán)節(jié)的設(shè)備。另外，在設(shè)計仰拱模板的過程中，主要分為左右兩面翻轉(zhuǎn)式的組合鋼板和模板，確保軸距的長度為6m，按照固定位置進行銜接，特別在減少固定鋼板部分時，就會對其自身造成嚴重影響，但可以進一步保障仰拱矮邊墻線的控制。除此之外，在建立端頭模板過程中，主要是由鋼板和型鋼梁組成，需要將仰拱模板和中心水溝模板的位置進行連接，確保形成的模板系統(tǒng)具備整體和準確以及快捷的特點。

3 4D虛擬施工

3.1 建立虛擬仿真環(huán)境

需要利用Timeliner模塊，將施工步驟和時間以及相關(guān)數(shù)據(jù)文件結(jié)合進去，從而形成虛擬環(huán)境下的時間任務項，然后依照相關(guān)規(guī)定標準，確保每一個施工環(huán)節(jié)的時間任務和模型構(gòu)建的統(tǒng)一。另外，當模型成熟之后，需要在虛擬仿真的環(huán)境下，生成4D動態(tài)的模型，最終實現(xiàn)對施工方案的虛擬推演。

3.2 4D施工方案演示

在模擬隧道仰拱和仰拱填充施工流程過程中，需要經(jīng)過多個流程，需要滿足以下幾個方面的需求：第一，測量放樣，確保模架系統(tǒng)的位置。第二，卷揚機驅(qū)動到下一個循環(huán)位置。第三，澆筑仰拱填充。圖3為施工設(shè)施模型。

3.3 效果評價

在設(shè)計仰拱模板過程中，主要核心為翻轉(zhuǎn)式組合鋼板，主要由固定部分和活動部分組合而成，在實現(xiàn)仰拱和仰拱填充連續(xù)循環(huán)澆筑的同時，確保對仰拱矮邊墻澆筑質(zhì)量和線性嚴格的控制和管理。另外，在建立端頭模板過程中，需要依照仰拱和仰拱填充結(jié)構(gòu)和對尺寸的要求進行設(shè)計，對于模板的地步和仰拱中間埋式止水的部分，需要確保其位置和形狀的統(tǒng)一，保證模板頂部與仰拱填充高度相同，最終對仰拱填充澆筑流程嚴格控制。除此之外，還需要通過端頭模架固定仰拱模架和中心水溝模架，逐漸形成可拆卸式的整體模板系統(tǒng)，然后依照單一的機械動力，采取循環(huán)移動快和準確的特點，在預防人工操作誤差現(xiàn)象出現(xiàn)的同時，確保交通的正常運行。由此可見，在開展仰拱施工過程中，只要分為兩個施工環(huán)節(jié)，第一，仰拱地步施工的區(qū)域。第二，仰拱和仰拱填充連續(xù)澆筑的施工區(qū)域，最終有效降低循環(huán)施工的時間。

結(jié)論

綜合上文所述，再通過BIM技術(shù)的實施，實現(xiàn)3D可視化設(shè)計環(huán)境和4D虛擬仿真環(huán)境，建立BIM輔助施工方可視化設(shè)計的方法和流程。另外，還可以設(shè)計三維數(shù)字模型，其中主要包含環(huán)境模型和結(jié)構(gòu)模型以及施工設(shè)備模型。由此可見，通過BIM模型設(shè)計技術(shù)，采取4D虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，對施工方案進行全面直觀的展示，最終將施工檔案的合理性全面優(yōu)化。除此之外，BIM技術(shù)還可以幫助隧道仰拱和仰拱填充施工的可視化設(shè)計，并取得良好的效果和成績。因此，當鐵路隧道實際施工過程中，只有打破傳統(tǒng)施工技術(shù)和方案，采取先進的BIM技術(shù)，在滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟮耐瑫r，確保施工的質(zhì)量，最終推進鐵路隧道施工行業(yè)的進一步發(fā)展。

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