公路隧道設計BIM 技術應用

中水北方勘測設計研究有限責任公司/ 趙健

引言

公路隧道設計屬于系統性的工作，在實踐的階段中涉及到的設計參數比較多。因此在該項工作開展時，需要利用BIM 技術提高公路隧道設計水平，使其能夠滿足公路隧道建設的要求。所以對BIM 技術的應用情況分析探尋出更為科學有效的設計方案，是本文的研究重點。

一、BIM技術概述

建筑信息模型是現代社會建筑設計中非常重要的工具之一，其有效的取代傳統的CAD 設計模板所不能實現的精細化管理的缺陷，應用效果非常好。技術人員投入較大的力量進行研發和應用，BIM 技術不僅僅實現信息軟件與模型，是建筑與工程管理的重要工具之一，其可以應用工程信息激素，實現建筑工程實施環節的建模、框架化，促進施工效率和質量的提升，設計也更加的準確。因為建模方案主要是在后臺存檔的方式進行，后期項目維護與升級更加的方便。同時，BIM技術可以進行項目成本的控制，實現資源科學合理的優化配置，并且通過物理與功能特性的表達，以數字化形式展開分析和研究。BIM 模型是三維可視化數字模型應用的，利用創建面向工程結構化的對象模型信息，直接可視化建設與管理，做好成本、材料、進度、工程量計算與分析，促進隧道施工水平的提升，滿足交通運行需要。

二、BIM技術在公路隧道設計的應用

（一）應用BIM 技術實現三維模型設計

BIM技術協同設計應用到公路隧道項目設計中，具體可以從局域網協同設計、廣域網協同設計的角度出發開展進行。這兩者的設計從原理、流程等方面分析，并不存在明顯的差異，簡單的說，局域網的設計就是利用局域網作為基礎來實現三維信息模型的設計，應用到公路隧道項目的設計中，不同設計人員的設計內容是不同的，其主要的工作原理就是設計人員掌握不同設計資料，然后將局域網中的各項數據進行匯總、傳輸和應用，讓公路隧道項目以三維模型顯示出來。在設計方案的進行中，設計人員需要利用局域網完成信息的傳輸和交流，達到數據共享的標準，如果要進行設計方案的修改，應該給予相應的授權，這種局域網協同設計的方式，設計信息數據不會輕易發生改變，讓公路隧道設計更加具備科學性與準確性。廣域網的協同設計主要的差異就是不同局域網的信息共享與交流方面，而是通過服務器的方式進行保存與處理，將全部的信息模型得以有效的應用，設計人員應該通過服務器的方式掌握全部的模型資料，為設計方案的應用提供基礎條件。

（二）基于BIM 技術的三維施工模擬

BIM 技術不僅僅能夠達到三維模型設計的標準，同時還可以進行施工模擬與分析。在公路隧道設計方案進行中，設計人員通過應用BIM 技術實現模擬，構建出隧道掘進施工的模型，模擬整個掘進的過程中，可以準確的分析和判斷地質條件，確定項目施工是否達到安全性、穩定性的標準，隨時掌握隧道內壁的受力條件，讓襯砌設計方案更具科學性與合理性，完全達到現場施工安全性的要求。公路隧道工程建模的主要目的就是進行現場施工工序的合理分配與設計，防止在現場施工發生嚴重的沖突，消除干擾和沖突的問題，讓項目順利開展。

BIM 技術進行現場施工模擬分析，其主要的優勢就是可以實現設計方案的分析和研究，了解設計意圖和設計理念，希望可以達到預期的目標，符合隧道設計目標和要求，尤其是在公路隧道項目的施工環境比較復雜的情況下，設計內容也會更加復雜。如果應用傳統設計模式，施工人員并不能充分了解施工圖的順序，施工意圖的表達也不夠清晰，施工的質量以及進度方面難以從根本上確定。從這一方面展開分析，應用BIM 技術可以實現三維模擬分析，實現動態化模擬，實現施工過程的細化與分析，讓工作人員充分了解和掌握施工工序和狀態條件，結合具體的情況做出詳細的分析，保證公路隧道項目順利實施。

（三）應用BIM 技術進行公路隧道三維模型創建

在三維模型創建的階段中，對于BIM 技術的應用需要根據項目的實際要求將針對性的地質模型構建出來，并且在應用輔助軟件對涉及到的參數進行處理，如此才能夠保證公路隧道的設計效果達到實際需求。

1.建立地質模型。地質模型的創立應該在地質剖面圖和鉆孔數據作為分析的基礎和依據，然后可以創建出完善的巖層樁模型圖結構，然后以工程界限內數據分析研究了解地質條件，根據需要進行切割加厚處理，讓不同地質條件下的模型得到有效控制，在模型內可以進行不同巖層與之相應的數據分析，建立起完善的地質模型和資料庫。地質模型建立流程如下所示：首先地質條件數據分析和勘查，在獲取相應數據的基礎條件下，創建地形曲線信息；其次，把巖層的鉆孔數據直接傳輸到地形曲面模型內，把各個鉆孔獲取的巖層數據直接錄入到系統內，主要的方式就是根據某巖層鉆孔數據錄入要求進行，先對各個鉆孔獲取的地質信息做好記錄，再分別鉆入到各個地層條件中，記錄好地面高差的數據信息，掌握地質層厚度和距地高度，然后進行地形曲面和鉆孔截面的剪切處理，然后調整Z值，建立初步巖層柱狀模型；以相同的方式把其他的鉆孔數據直接錄入到系統內，把獲取后的不同柱狀巖層模型連接形成整體系統，并且構建出完善的地質三維模型系統。為了保證地質模型數據信息達到準確性要求，需要按照國家標準補勘鉆孔，提高模型數據精度，符合模型創建需要。

2.借助CivilStation Designer 軟件把隧道斷面模板批量形成，按照隧道走向的發展，在Bentley Power Civil 中創建隧道路線文件，把斷面模板和路線文件匯合形成整體文件，建立起隧道模型，根據斷面模板逐步深化模板庫，讓后續的修改以及更新工作可以順利地完成。斷面模板應用之后，利用各級圍巖襯砌支護措施，讓隧道結構模型達到可視化要求。

3.傳統二維模式設計時，鋼筋、型鋼等交叉工藝不明確，工程量計算也容易存在很大的差異，應用BIM 技術實現可視化分析，可以進行交叉的精確設計，還可以統計分析工程量數據信息，提高隧道內模型精準的連接，徹底解決和處理目前傳統模式設計意圖表達不準確的情況。

4.隧道洞口模型的建立。綜合分析隧道洞口地形、地質以及水文狀況等要素，隧道洞口進行開挖施工應該達到邊坡結構穩定性標準，還要保證洞口排水性滿足要求，根據需要創建隧道洞口三維模型的創立，可以在模型中真實體現出洞口仰坡高度、坡度等地形條件信息，然后就可以明確洞口的結構形式，消除傳統設計中的不足，提高設計準確性，保證設計效果和質量。

5.BIM 技術在管道優化中的應用。進行科學合理的規劃，才能保證施工進度，應用BIM 技術可以實現有效應用。通過BIM 技術的合理使用，使項目施工環節的效果得到提升，保證各個專業有效溝通，防止存在重復性作業的情況，讓項目施工進度得到改善和提升。本項目管線分布復雜性較高，周邊有很多民用建筑，所以管線搬遷、操作難度較高。工程技術人員應用BIM 技術，明確管線搬遷的計劃，以工程具體情況，制作出管道搬遷模型，符合現場施工的需要。同時應用BIM 技術后，可以消除以往工程管線碰撞的問題，保證管線的施工更加順暢，提高管線安裝質量效果，完全達到工程的技術標準要求。

三、建議分析

（一）對于BIM 技術而言，在我國公路隧道工程設計階段，該技術的應用還是比較晚，未能形成統一的設計標準，使得公路隧道設計框架具備一定的難度，嚴重的影響到了設計的效率，不能夠將BIM 技術的優勢切實發揮出來。所以針對此類問題在具體操作的階段中相關單位需要構建針對性的標準體系，以保證BIM技術能夠得到深入應用，提高技術的應用效果，強化公路隧道設計的水平。

（二）在當前公路隧道的設計階段中，BIM 技術只是作為一種建模工具進行利用的，應用普遍性不高，這就導致BIM 技術的施工模擬、資料庫功能未能充分發揮出來。并且由于BIM 技術的相關軟件，例如Autodesk 平臺、Bentley 平臺未能夠與BIM 技術良好的銜接在一起，導致信息的導入以及導出不具備完整性。所以針對這方面的問題，相關單位需要根據實際情況，在總結隧道工程項目特點的基礎上做好統一的平臺構建。保證各方面的參數以及不同平臺都能夠實現交流共享，提高技術的應用銜接性，以保證技術的作用能夠全面的發揮。

（三）對于隧道公路設計項目而言，在實踐階段中設計水平的高低直接與BIM 技術的應用方式有著一定聯系。由于隧道工程師在具體設計的階段中應用到的施工參數是非常多的，如果相關的建設部門對于信息了解不夠通暢，就會導致許多方面的建設效果達不到實際要求。所以針對此類問題，在實踐階段，相關管理部門需要綜合實際情況，做好管理模式轉變以及創新，通過利用BIM 技術將各種管理效果發揮出來，如此才能夠保證參建單位的信息達到共享，提高整體設計的效果。

四、結語

綜上所述，公路隧道設計中應用BIM 技術之后，可以實現設計流程和方式的優化，使設計人員工作效率得到提升，設計水平和質量有明顯提升，完全表達出設計意圖，提高公路隧道項目設計標準，為公路隧道項目順利建設提供基礎條件。