BIM 技術在公路隧道中的應用研究

潘 鑫

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

美國國家BIM 標準對BIM 的定義：BIM 是關于設施共享的知識資源，為設施全生命周期的決策制定提供可靠的信息支持，從最早期的概念階段到最終的拆除階段[1]。自BIM 概念誕生以來，歐美及日韓等發達國家將其應用于建筑工程領域，形成了各自的技術標準，使得在建筑業有了快速的發展。

相比于建筑業，隧道工程的信息化水平很低。盡管近年來手工繪圖已被CAD 輔助設計替代，其工作效率得到了顯著提升。但其本質上仍是一種離散的資源管理模式，與BIM 集中資源管理模式相差甚遠[2]。

不同于建筑工程位于某一集中區域，隧道工程一般呈帶線性或帶狀分布，長度由幾百米至幾十千米不等。同時，隧道位于地下，受地質條件影響較大，外業勘測的精準度會影響其設計質量。因此不能直接照搬建筑工程的BIM 設計標準和技術路線。目前，國內對BIM 技術應用于隧道工程進行了一些研究。文獻[3-4]運用Revit 對西成客專清涼山隧道和黔張常鐵路桑植隧道進行詳細的BIM 建模及應用研究，文獻[5]運用Civil 3D+Dynamo+Revit 對廣富公路隧道實現了建模精細控制及施工全過程信息化管理。總的來說，BIM 技術運用于公路隧道的研究較少。

1 平臺選取

目前市面上常用的BIM 軟件有三家：Autodesk、Bentley 和Dassault System。其中，Autodesk 是最早應用于建筑業，旗下的Revit 操作簡便，通過建立不同族形成所需要的項目，是入門及應用頻率很高的軟件。Bentley 的通用性強，操作簡單易上手，但后續需在MicroStation 進行大量開發工作。Dassault 適用于機械、航空等更為精細的行業，操作難度較前兩款軟件較難，不易掌握。

綜合上述考慮，本文選用Autodesk 旗下的Revit 進行分析研究。

2 BIM 在公路隧道中的應用研究

依托珠海某公路隧道，其為兩單線隧道，線路左線3645m，右線3735m，共7 組人行、車行橫洞交錯分布，進口洞門采用削竹式洞門，出口采用端墻式洞門，設計時速60km/h。

3 BIM 模型建立

3.1 設計思路

采用“基本模型+參考模型”的方式進行BIM 設計，基本模型主要包括初支、二襯、仰拱填充、水溝電纜槽、蓋板等沿線路分布和洞內可見的構筑物，主要用于場景展示。參考模型以一段為例，將鋼筋、鋼架、錨桿等隱蔽部件添加，進行精細化建模及設計參數和工程數量的詳細表達。基于Autodesk 平臺的隧道BIM 實施流程如圖1 所示。

圖1 基于Autodesk 平臺的隧道BIM 實施流程[5]

3.2 族與模型建立

Autodesk Revit 中族作為組成項目的構件，可以通俗地把族比作是一個個零件，它同時也是參數信息的載體，通過組裝和拼接從而形成我們需要的物品（項目）。因此，對于鐵路各設計專業來說，創建族和不斷完善族庫是創建BIM 項目的前提[5]。族構件和洞門、聯絡通道等模型如圖2、3 所示。

圖2 族構件

圖3 BIM 模型

3.3 添加模型屬性

BIM 中的“I”代表Information（信息），是模型的靈魂。Revit 里提供了豐富的參數分組，可通過不同族進行其屬性的手動添加，也可通過開發一些小的插件，對其進行批量添加，以此達到提高效率的目的。

3.4 施工模擬

模型建立后，我們就可以進行一些初步應用。通過Autodesk Naviswork 中TimeLiner 導入事先編輯好的CSV 文件，附著上通過Revit 模型導出為NWC 格式文件，就可以全方位、多角度地展示施工工藝的全過程，對施工方案研究有一定的指導意義。本方案采用雙側壁導坑法模擬洞口大跨Ⅴ級圍巖施工方案，如圖4 所示。

圖4 雙側壁導坑法4D 模擬

3.5 工程數量統計

Revit 里提供了統計項目中模型相關工程數量的功能。但其數量表的格式不能完全按照鐵路工程習慣，還需要進行相應的調整才能使用[5]。

3.6 輔助出圖

BIM 建模可以形象、直觀的展示施工過程的細節和整體把控，但二維圖紙在施工中的地位仍不可替代。因此，輔助出圖成為了現階段的研究重點。目前，在Revit 中通過對三維BIM 模型進行投影和剖切，可以得到一些簡單的二維圖紙，主要以橫剖面圖為主，沿線路的縱剖面圖很難獲得。但是，與AutoCAD 中直接設計圖相比，無論在完整性還是在深度上都還存在一定的差距，這些有待于進一步開發研究，從而更好地為設計服務。

4 模型交付使用

通過定義Revit 模型在現實世界中的位置，利用Autodesk Infraworks 中的模型生成器生成地形模型，然后，將所建好的Revit 模型作為文件數據源導入Infraworks 中，通過動畫、渲染等手段，讓模型更加豐富，為業主和使用者提供一個良好溝通且無障礙平臺。

5 結束與展望

通過珠海某公路隧道BIM 模型建立，對BIM 技術在公路隧道進行了初步探索，取得了一些經驗和成果。結果顯示：BIM 技術在一定程度上可以提高公路隧道的設計質量和后續施工管理水平，值得作為一種新技術進行推廣與應用。但在軟件開發、規范統一、各專業配合銜接上仍有很大的優化空間，需在后續的BIM 技術研發、難題攻克和統籌發展中進一步研究。