BIM技術在鐵路隧道設計中的應用

文/李崗，天津市起跑線人力資源咨詢服務有限公司

1 引言

隧道是鐵路施工的難點之一，隨著我國基礎設施建設的不斷完善，各項鐵路、高速鐵路建設得以開展，鐵路隧道施工安全性與質量成為亟待完善的問題。BIM（BuildingInformationModeling）是指建筑信息化管理，原本作為建筑管理模式，近年來在鐵路建設中較為常見，將BIM技術引入到鐵路隧道施工之中，采用三維數字信息技術開展鐵路隧道施工管理，通過4d管理模式實現隧道施工各個環節間的協調運行，從而達到高質量、高效率施工的最終目的。

2 BIM技術介紹

BIM技術指的是建筑信息建模技術，它以工程項目中的相關信息數據作為基礎進行模型的構建，然后利用數字信息對建筑物的真實信息進行模擬。并數字化的表達出項目建設過程中各階段的功能特性和物理特性。在工程設計階段，設計方案合理性對整個工程都有比較大的影響，在設計階段應用BIM技術可以提升鐵路的建設管理水平、鐵路設計水平，所以，鐵路設計階段應用BIM技術在提高設計效率、避免方案沖突、降低設計成本方面具有重要意義。

3 BIM技術在鐵路設計中的應用優點

3.1 具有較高的準確性

在進行鐵路設計時，BIM技術可以通過利用平均斷面算法等準確的計算出設計線和原地面之間的土方量。而且，BIM軟件可以自動生成土方調配圖標，并進一步確定出土方量移動方向、棄土對和缺土坑位置等。通過采用BIM技術，鐵路設計人員還可以提取出工程材料量，并在成本控制過程中予以利用，在保證工程經濟效益方面意義重大。

3.2 可視化建模

在鐵路工程設計過程中，利用BIM設計軟件可以讓設計人員充分了解鐵路相關信息。例如鐵路線路、鐵路路面、鐵路周邊環境等。并且BIM軟件可以在這些信息的基礎上進行3D建模，并充分反映出相關信息。和常規島CAD圖紙設計模式相比，利用BIM技術可以反映出一些結構較為復雜的三維形態，并且在三維模型的幫助下，設計人員可以將設計成果更加直觀的展現出來，并將CAD圖紙中無法體現的錯誤展現出來，進而降低設計失誤率，提高設計效率和設計質量。

3.3 優化性

在進行鐵路設計時，還有很多環節需要進一步的進行優化和調整。傳統的模式下進行鐵路設計時，一旦產生變更則需要調整和變更內容相關的圖紙信息，如此一來會導致設計成本和設計時間增加。而利用BIM技術進行設計，設計人員可以直觀的觀察出工程設計的三維動態效果圖，即便是出現了設計變更的情況，設計人員在調整工程進度、工程量是也比較方便。

3.4 模擬性

在鐵路工程設計過程中，設計人員需要設計好鐵路的周邊環境、坡度、線形等，這些數據也可以在電腦上直觀、清洗的顯示出來。即便設計內容不合理，在進行調整時相對來說也比較方便，保證了鐵路設計質量。而且設計人員還可以通過模擬施工反應出施工流程，并優化相關工序，提高管理水平，保證工程的綜合效益。

4 鐵路隧道BIM技術應用路線

4.1 BIM在隧道設計階段的應用

（1）構建隧道信息參數化模型。依據隧道礦山法本身固有施工特點及隧道復合式襯砌的設計及施工方案的特點，將隧道模型劃分為地質預支護、周邊圍巖、初期錨噴支護、二次襯砌支護和洞內附屬設施五部分，同時根據設計、施工要求定義模型的參數信息，為后期模型應用做好基礎準備工作。在模型搭建時要保證模型的標準、精度，方便最后模型整合和信息傳遞。（2）模型參數化設計。在模型搭建完畢以后，可以根據鐵路隧道設計相關技術規范進行施工圖出圖工作。BIM出圖不同于以往CAD時代，BIM平臺下出圖方便快捷，任意視角任意剖面都可以從模型中快速導出快速標注，平立剖施工圖與模型一一對應，圖紙或模型任一改動另外相關圖紙及模型同時修改，不會因為人為因素導致平立剖對應不上這樣的失誤。在施工中才發現圖紙錯誤屢見不鮮，利用BIM技術完全可以避免因為圖紙的錯漏而導致的不必要的經濟損失。（3）信息附加。B IM軟件數據共享開放性是其一大優點，軟件平臺自身可提供全生命周期階段信息數據添加，通過軟件開發工作者的二次開放能提供滿足客戶自身特點需求的信息數據導入導出：比如標高平面坐標的導入導出，方便設計人員的設計變更及測量人員的施工放樣工作；錨桿、鋼管、管棚的尺寸、支護角度等信息的錄入。

4.2 鐵路項目隧道BIM施工管理方法

4.2.1 鐵路項目隧道4d施工管理

在鐵路項目隧道BIM施工管理平臺中導入工程進度計劃，并制作隧道三維可視化模型，將模型與工程進度計劃之間相互關聯，從而構建完善的4d施工模型，該模型既能夠滿足對施工情況可視化需求，同時也能夠直觀了解施工的各項進度情況，了解鐵路項目隧道實際情況，從而實現動態施工管理。另外，針對工程項目中重要的施工環節及施工方法，可采用鐵路項目隧道BIM施工管理平臺進行模擬，以便于直觀理解施工方案的合理性與實效性，可直接生成為動畫和圖像形式進行觀察，有利于選擇更為理想的施工方案，保障鐵路項目隧道施工的順利進行。

4.2.2 三維可視化BIM技術交底

通過BIM技術，將隧道施工上游信息流以可視化的方式傳遞到下游信息流，通過三維模型軸視圖配合施工平面圖紙，準確形象向下游施工班組傳達分部分項工程的重點難點鋼筋和構造節點。通過4D模擬施工部位的工藝流程、技術和安全注意事項。交底不再流于形式，不單單規避總包法律風險，而是真正讓分包商提高施工質量、避免施工過程中的人身傷害，多快好省地完成施工任務。

4.2.3 鐵路項目隧道施工動態管理

在鐵路項目隧道BIM施工管理平臺中，采用不同顏色來標識施工進度情況，共分為未建設、建設完畢、建設中3種形式，同時也支持自定義標識，包括按期完工、延期完工等形式，因此，采用平臺進行管理能夠更為直觀地了解整體鐵路項目工程進展。同時，鐵路項目隧道BIM施工管理平臺支持高亮提醒功能，將施工完成比例小于90%的項目進行高亮提醒，幫助管理人員能夠全面了解工程施工動態，增加對施工進度滯后項目的關注，從而進行重點管理，有效提升了鐵路項目隧道BIM施工效率。另外，鐵路項目隧道BIM施工管理平臺可支持自定義圖片編輯與上傳功能，在施工過程之中，可將施工過程拍攝下來，將照片上傳至不同施工環節之中，管理時直接點擊其施工環節即可了解當時實際施工情況。

4.2.4 基于BIM的物資管理

通過BIM模型的材料信息在施工過程中可以提取項目的各類材料總需用計劃，通過BIM模型的時間、材料信息可提取各類材料的階段性需用計劃。通過BIM模型可以跟蹤材料的采購過程、物流過程、庫存消耗等物資管理應用。BIM技術可以通過其強大的虛擬建造工程，動態分析統計計算某階段施工過程的人工、材料、機械設備的數量配比，方便物資采購部門精細管理、降低囤貨資金占用、提供項目流動資金、保障項目用料、節約成本、提高經濟效益。

5 結語

隧道施工管理中使用BIM是現場隧道實體和信息化、數字化的結合，提高了不同施工階段、施工方法的協同性。在BIM技術運用過程中，將采集到的隧道工程施工數據進行分析，同時運用云計算、大數據的輔助，將施工現場進行三維全真模擬，實現了隧道工程建設項目的全程管理，使得整個施工過程更加科學化，其不但提高了修建的效率，同時降低了成本，確保了工程質量及安全，實現了企業發展的最大利益。隧道施工管理過程中引入BIM技術，實現了隧道管理的新平臺、新理念，可為相關領域的研究人員提供借鑒。