BIM技術在隧道工程中的實踐探索

張煥芹

（中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 武漢 430000）

在經濟的推動下，加之人們對于出行方式的需求，地鐵隧道的安全性是行業內外重點關注的話題。BIM代表的是建筑信息化管理，作為一種高效的管理模式，其在隧道建設中的應用程度較為廣泛，將其引入隧道工程后，借助于三維數字技術有助于管理工作的展開，加之4D管理模式可以提升各環節之間的協調效率，由此確保工程整體質量，而這是傳統管理方式不可比擬的優點。

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、南沙區，18號線（含22號線）起始里程為AK30+286～AK36+529.2（目前設計調整PQ2盾構井北移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。主要工程內容為番禺廣場站1座、中間風井1座、4段盾構區間、2段暗挖區間和隴枕停車場1座。

2 隧道工程BIM技術應用路線

2.1 BIM在隧道設計階段的應用

1）構建參數化模型。考慮到復合式襯砌的特點，在此基礎上對隧道模型進行了劃分處理，整個施工環節中以支護作業最為重要，具體涉及到錨噴支護以及后續的二次襯砌支護等多種類型。此外，綜合考慮設計和施工要求，由此確定出模型的參數信息，以便為后續建模工作創設良好條件。

2）模型參數化設計。當做好建模工作后，需要在相關規范的指導下完成施工圖出圖操作。區別于傳統CAD模式的是，BIM出圖具有便攜、快速的特點，依據工程的不同要求能夠靈活地導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在模型中［1］。當對圖紙做出一定修改后，與之相關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象。

3）信息附加。當前行業內已經出現了專有的BIM軟件，其具有高度的數據共享性，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入與導出數據。具體來說，依托于標高平面坐標的導入與導出方式，有助于設計人員優化方案，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。以各個構件所被賦予的信息模型為基礎，由此展開硬碰撞與軟碰撞檢查。對于前者，其反映的是發生于各個構件之間的交叉問題。對于同一項目而言，設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構件交叉現象，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，設計師可以尋找到其中的不足之處，從而對方案做進一步修改。

5）BIM的實時出圖。以BIM技術為依托，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構的設計意圖，由此優化施工放樣方案并做好技術交底工作。

6）工程量成本統計。傳統模式下，投標過程中會耗費大量的人力與財力成本，而基于BIM技術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計，當導入施工方定額庫后將會在極短時間內得出對應的成本信息。此時效率與精度都得到了良好的提升，項目中標幾率較高。

2.2 BIM在隧道工程施工階段的應用

1）4D施工模擬、優化施工方案。以BIM三維模型為基礎，由此利用4D技術可以形成第四維的動態時間參數，此時便可以將隧道的施工狀態以動態的方式表現出來［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弊端。此外，工程技術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、環境與施工人員之間的協調性。

2）深化技術交底工作。受惠于BIM技術可以擺脫傳統方式下上游信息隔斷的現象，高效地傳輸到下游信息流，而后以三維模型為基礎，加之施工平面圖紙的作用，將信息傳達給下游施工班組，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難點。

3）4D可視化成本管理。基于與各類信息的關聯方式，可以展開可視化的投標成本測算工作，具體內容有：①向各個部門下發責任成本信息；②以工程實際情況為基礎編制目標成本；③對所得到的目標成本進行分解處理；④管控過程成本；⑤對“三算”做以深入分析；⑥創建成本數據庫；⑦預測后續投標成本。

4）4D施工進度動態管控。以各類顏色為基本標志，代表各個建筑信息模型構件，此時管理者可以直觀地掌握工程施工進度，由此展開相關的管理工作。當工程出現未完成情況時將會表現為高亮的狀態，此時應尋找到其中的原因，做好人員、資金與材料的調度工作，確保工程達到工期目標。

5）4D危險源識別。①伴隨著隧道周邊地質情況的改變，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監測數據，若拱頂變形超出許可范圍后將會觸發警報。③BIM模型能應用于日常管理工作中，精準地發現各類安全隱患。

3 BIM技術的實際應用效果

3.1 建立實體模型

以得到的三維地表以及地質模型為基礎，由此建立出完善的三維模型，加之骨架繼承、參數設置等功能，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 三維設計二維出圖

需要使用到CATIA草圖設計器，在其作用下得到隧道界面草圖，加之參數化設計的作用，BIM可以得到更為精細的施工草圖［3］。以BIM軟件為依托，基于參數化驅動的方式創造高效的草圖聯動修改效率，當參數發生改變后所得到的設計圖也將隨之發生變化，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，可以深度尋找到構件交叉的不合理之處，設計師可以更為方便地修改。工程中常出現的構件交叉問題如圖2所示。

圖2 徑向錨桿與超前支護位置重疊

3.4 工程計量統計

以三維模型為基礎，以高效的方式計算出隧道洞身、輔助導洞等參數，大幅提升計算結果的精確度。此外，可以圍繞施工材料展開計價工作，以便進行清單的分類與匯總處理。僅憑借同一個模型便能服務于各個項目參與方，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 結語

綜上所述，將BIM技術應用于隧道工程中可以大幅提升施工效率。相比于傳統管理模式而言，BIM平臺充分涉及到設計以及施工兩大環節，對二者進行整合避免了彼此之間脫離而造成的質量問題。此外，BIM技術為各個環節提供質量保障，最終確保鐵路隧道工程的整體質量。