公路隧道設(shè)計(jì)BIM 技術(shù)應(yīng)用

中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司/ 趙健

引言

公路隧道設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)性的工作，在實(shí)踐的階段中涉及到的設(shè)計(jì)參數(shù)比較多。因此在該項(xiàng)工作開展時(shí)，需要利用BIM 技術(shù)提高公路隧道設(shè)計(jì)水平，使其能夠滿足公路隧道建設(shè)的要求。所以對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用情況分析探尋出更為科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方案，是本文的研究重點(diǎn)。

一、BIM技術(shù)概述

建筑信息模型是現(xiàn)代社會(huì)建筑設(shè)計(jì)中非常重要的工具之一，其有效的取代傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計(jì)模板所不能實(shí)現(xiàn)的精細(xì)化管理的缺陷，應(yīng)用效果非常好。技術(shù)人員投入較大的力量進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，BIM 技術(shù)不僅僅實(shí)現(xiàn)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(yīng)用工程信息激素，實(shí)現(xiàn)建筑工程實(shí)施環(huán)節(jié)的建模、框架化，促進(jìn)施工效率和質(zhì)量的提升，設(shè)計(jì)也更加的準(zhǔn)確。因?yàn)榻７桨钢饕窃诤笈_(tái)存檔的方式進(jìn)行，后期項(xiàng)目維護(hù)與升級(jí)更加的方便。同時(shí)，BIM技術(shù)可以進(jìn)行項(xiàng)目成本的控制，實(shí)現(xiàn)資源科學(xué)合理的優(yōu)化配置，并且通過物理與功能特性的表達(dá)，以數(shù)字化形式展開分析和研究。BIM 模型是三維可視化數(shù)字模型應(yīng)用的，利用創(chuàng)建面向工程結(jié)構(gòu)化的對(duì)象模型信息，直接可視化建設(shè)與管理，做好成本、材料、進(jìn)度、工程量計(jì)算與分析，促進(jìn)隧道施工水平的提升，滿足交通運(yùn)行需要。

二、BIM技術(shù)在公路隧道設(shè)計(jì)的應(yīng)用

（一）應(yīng)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維模型設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用到公路隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，具體可以從局域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)、廣域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)的角度出發(fā)開展進(jìn)行。這兩者的設(shè)計(jì)從原理、流程等方面分析，并不存在明顯的差異，簡(jiǎn)單的說，局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)就是利用局域網(wǎng)作為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)三維信息模型的設(shè)計(jì)，應(yīng)用到公路隧道項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，不同設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)內(nèi)容是不同的，其主要的工作原理就是設(shè)計(jì)人員掌握不同設(shè)計(jì)資料，然后將局域網(wǎng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、傳輸和應(yīng)用，讓公路隧道項(xiàng)目以三維模型顯示出來。在設(shè)計(jì)方案的進(jìn)行中，設(shè)計(jì)人員需要利用局域網(wǎng)完成信息的傳輸和交流，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的標(biāo)準(zhǔn)，如果要進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，應(yīng)該給予相應(yīng)的授權(quán)，這種局域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)的方式，設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)不會(huì)輕易發(fā)生改變，讓公路隧道設(shè)計(jì)更加具備科學(xué)性與準(zhǔn)確性。廣域網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計(jì)主要的差異就是不同局域網(wǎng)的信息共享與交流方面，而是通過服務(wù)器的方式進(jìn)行保存與處理，將全部的信息模型得以有效的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該通過服務(wù)器的方式掌握全部的模型資料，為設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用提供基礎(chǔ)條件。

（二）基于BIM 技術(shù)的三維施工模擬

BIM 技術(shù)不僅僅能夠達(dá)到三維模型設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還可以進(jìn)行施工模擬與分析。在公路隧道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行中，設(shè)計(jì)人員通過應(yīng)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬，構(gòu)建出隧道掘進(jìn)施工的模型，模擬整個(gè)掘進(jìn)的過程中，可以準(zhǔn)確的分析和判斷地質(zhì)條件，確定項(xiàng)目施工是否達(dá)到安全性、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，隨時(shí)掌握隧道內(nèi)壁的受力條件，讓襯砌設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性與合理性，完全達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工安全性的要求。公路隧道工程建模的主要目的就是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工工序的合理分配與設(shè)計(jì)，防止在現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)生嚴(yán)重的沖突，消除干擾和沖突的問題，讓項(xiàng)目順利開展。

BIM 技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工模擬分析，其主要的優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的分析和研究，了解設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)理念，希望可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，符合隧道設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，尤其是在公路隧道項(xiàng)目的施工環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，設(shè)計(jì)內(nèi)容也會(huì)更加復(fù)雜。如果應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dá)也不夠清晰，施工的質(zhì)量以及進(jìn)度方面難以從根本上確定。從這一方面展開分析，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維模擬分析，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化模擬，實(shí)現(xiàn)施工過程的細(xì)化與分析，讓工作人員充分了解和掌握施工工序和狀態(tài)條件，結(jié)合具體的情況做出詳細(xì)的分析，保證公路隧道項(xiàng)目順利實(shí)施。

（三）應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行公路隧道三維模型創(chuàng)建

在三維模型創(chuàng)建的階段中，對(duì)于BIM 技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際要求將針對(duì)性的地質(zhì)模型構(gòu)建出來，并且在應(yīng)用輔助軟件對(duì)涉及到的參數(shù)進(jìn)行處理，如此才能夠保證公路隧道的設(shè)計(jì)效果達(dá)到實(shí)際需求。

1.建立地質(zhì)模型。地質(zhì)模型的創(chuàng)立應(yīng)該在地質(zhì)剖面圖和鉆孔數(shù)據(jù)作為分析的基礎(chǔ)和依據(jù)，然后可以創(chuàng)建出完善的巖層樁模型圖結(jié)構(gòu)，然后以工程界限內(nèi)數(shù)據(jù)分析研究了解地質(zhì)條件，根據(jù)需要進(jìn)行切割加厚處理，讓不同地質(zhì)條件下的模型得到有效控制，在模型內(nèi)可以進(jìn)行不同巖層與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，建立起完善的地質(zhì)模型和資料庫(kù)。地質(zhì)模型建立流程如下所示：首先地質(zhì)條件數(shù)據(jù)分析和勘查，在獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)條件下，創(chuàng)建地形曲線信息；其次，把巖層的鉆孔數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)降匦吻婺Ｐ蛢?nèi)，把各個(gè)鉆孔獲取的巖層數(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)內(nèi)，主要的方式就是根據(jù)某巖層鉆孔數(shù)據(jù)錄入要求進(jìn)行，先對(duì)各個(gè)鉆孔獲取的地質(zhì)信息做好記錄，再分別鉆入到各個(gè)地層條件中，記錄好地面高差的數(shù)據(jù)信息，掌握地質(zhì)層厚度和距地高度，然后進(jìn)行地形曲面和鉆孔截面的剪切處理，然后調(diào)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(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)內(nèi)，把獲取后的不同柱狀巖層模型連接形成整體系統(tǒng)，并且構(gòu)建出完善的地質(zhì)三維模型系統(tǒng)。為了保證地質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息達(dá)到準(zhǔn)確性要求，需要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)勘鉆孔，提高模型數(shù)據(jù)精度，符合模型創(chuàng)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(fā)展，在Bentley Power Civil 中創(chuàng)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(jù)斷面模板逐步深化模板庫(kù)，讓后續(xù)的修改以及更新工作可以順利地完成。斷面模板應(yīng)用之后，利用各級(jí)圍巖襯砌支護(hù)措施，讓隧道結(jié)構(gòu)模型達(dá)到可視化要求。

3.傳統(tǒng)二維模式設(shè)計(jì)時(shí)，鋼筋、型鋼等交叉工藝不明確，工程量計(jì)算也容易存在很大的差異，應(yīng)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化分析，可以進(jìn)行交叉的精確設(shè)計(jì)，還可以統(tǒng)計(jì)分析工程量數(shù)據(jù)信息，提高隧道內(nèi)模型精準(zhǔn)的連接，徹底解決和處理目前傳統(tǒng)模式設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不準(zhǔn)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(zhì)以及水文狀況等要素，隧道洞口進(jìn)行開挖施工應(yīng)該達(dá)到邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，還要保證洞口排水性滿足要求，根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建隧道洞口三維模型的創(chuàng)立，可以在模型中真實(shí)體現(xiàn)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(jié)構(gòu)形式，消除傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，保證設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量。

5.BIM 技術(shù)在管道優(yōu)化中的應(yīng)用。進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，才能保證施工進(jìn)度，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)用。通過BIM 技術(shù)的合理使用，使項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)的效果得到提升，保證各個(gè)專業(yè)有效溝通，防止存在重復(fù)性作業(yè)的情況，讓項(xiàng)目施工進(jìn)度得到改善和提升。本項(xiàng)目管線分布復(fù)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(shù)人員應(yīng)用BIM 技術(shù)，明確管線搬遷的計(jì)劃，以工程具體情況，制作出管道搬遷模型，符合現(xiàn)場(chǎng)施工的需要。同時(shí)應(yīng)用BIM 技術(shù)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(zhì)量效果，完全達(dá)到工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、建議分析

（一）對(duì)于BIM 技術(shù)而言，在我國(guó)公路隧道工程設(shè)計(jì)階段，該技術(shù)的應(yīng)用還是比較晚，未能形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使得公路隧道設(shè)計(jì)框架具備一定的難度，嚴(yán)重的影響到了設(shè)計(jì)的效率，不能夠?qū)IM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)切實(shí)發(fā)揮出來。所以針對(duì)此類問題在具體操作的階段中相關(guān)單位需要構(gòu)建針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)體系，以保證BIM技術(shù)能夠得到深入應(yīng)用，提高技術(shù)的應(yīng)用效果，強(qiáng)化公路隧道設(shè)計(jì)的水平。

（二）在當(dāng)前公路隧道的設(shè)計(jì)階段中，BIM 技術(shù)只是作為一種建模工具進(jìn)行利用的，應(yīng)用普遍性不高，這就導(dǎo)致BIM 技術(shù)的施工模擬、資料庫(kù)功能未能充分發(fā)揮出來。并且由于BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件，例如Autodesk 平臺(tái)、Bentley 平臺(tái)未能夠與BIM 技術(shù)良好的銜接在一起，導(dǎo)致信息的導(dǎo)入以及導(dǎo)出不具備完整性。所以針對(duì)這方面的問題，相關(guān)單位需要根據(jù)實(shí)際情況，在總結(jié)隧道工程項(xiàng)目特點(diǎn)的基礎(chǔ)上做好統(tǒng)一的平臺(tái)構(gòu)建。保證各方面的參數(shù)以及不同平臺(tái)都能夠?qū)崿F(xiàn)交流共享，提高技術(shù)的應(yīng)用銜接性，以保證技術(shù)的作用能夠全面的發(fā)揮。

（三）對(duì)于隧道公路設(shè)計(jì)項(xiàng)目而言，在實(shí)踐階段中設(shè)計(jì)水平的高低直接與BIM 技術(shù)的應(yīng)用方式有著一定聯(lián)系。由于隧道工程師在具體設(shè)計(jì)的階段中應(yīng)用到的施工參數(shù)是非常多的，如果相關(guān)的建設(shè)部門對(duì)于信息了解不夠通暢，就會(huì)導(dǎo)致許多方面的建設(shè)效果達(dá)不到實(shí)際要求。所以針對(duì)此類問題，在實(shí)踐階段，相關(guān)管理部門需要綜合實(shí)際情況，做好管理模式轉(zhuǎn)變以及創(chuàng)新，通過利用BIM 技術(shù)將各種管理效果發(fā)揮出來，如此才能夠保證參建單位的信息達(dá)到共享，提高整體設(shè)計(jì)的效果。

四、結(jié)語

綜上所述，公路隧道設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程和方式的優(yōu)化，使設(shè)計(jì)人員工作效率得到提升，設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量有明顯提升，完全表達(dá)出設(shè)計(jì)意圖，提高公路隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為公路隧道項(xiàng)目順利建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。