隧道工程BI M技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化及信息集成化管理對策分析

劉剛鋒

（中鐵長江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

某隧道工程，全長18.78 km，雙洞全長37.56 km。該隧道工程按照高速雙向車道的公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，隧道凈寬11.2 m，凈高5 m，設(shè)計(jì)車速80 km/h。以隧道洞口為中心的2 000 m 范圍內(nèi)無重要建筑設(shè)施，300 m 內(nèi)無學(xué)校、居民樓。為促進(jìn)隧道工程的標(biāo)準(zhǔn)化管理，建設(shè)單位引用BIM 技術(shù)，建立信息化的隧道工程施工管理平臺，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在該隧道工程的全生命周期內(nèi)，全方位地管理工程質(zhì)量、施工安全、施工進(jìn)度。目前，該隧道工程已如期竣工，且工程質(zhì)量、完成率符合業(yè)主要求。

2 BI M技術(shù)相關(guān)概念

BIM 技術(shù)是各類信息化、智能化軟件相互融合后，通過建立信息模型，滿足各類工程項(xiàng)目運(yùn)維、施工管理要求的技術(shù)手段。基于BIM 技術(shù)，項(xiàng)目方可借助ENOVIA（協(xié)同管理）、CATIA（產(chǎn)品設(shè)計(jì)）、DELMIA（仿真應(yīng)用）、3DVIA（三維展示）等平臺，標(biāo)準(zhǔn)化地管理工程施工活動，集成化地管理項(xiàng)目建設(shè)中的各類信息數(shù)據(jù)[1]。

其中，ENOVIA（協(xié)同管理）平臺可自動化采集、管理工程項(xiàng)目整個生命周期的數(shù)據(jù)信息，CATIA（產(chǎn)品設(shè)計(jì)）能夠在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中用三維模型初步呈現(xiàn)工程設(shè)計(jì)方案。DELMIA（仿真應(yīng)用）則可在施工階段，仿真模擬各子工程的施工情況，為施工進(jìn)度、質(zhì)量管理提供便利，3DVIA（三維展示）則是在工程運(yùn)營管理階段，用三維立體模型做好項(xiàng)目建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)管理，把控各工程中的施工參數(shù)。

隧道工程建設(shè)中，BIM 技術(shù)可結(jié)合隧道工程特點(diǎn)，將各個平臺用于隧道項(xiàng)目的整體規(guī)劃、設(shè)計(jì)管理、施工管理、運(yùn)營管理中。通過建立隧道工程的BIM 模型，建設(shè)方可有效地梳理設(shè)計(jì)方案中隧道的空間結(jié)構(gòu)、性能要求，實(shí)現(xiàn)隧道工程的標(biāo)準(zhǔn)化與集成化管理。

3 隧道工程應(yīng)用BI M技術(shù)的基本思路

相較于其他類型的工程項(xiàng)目，隧道工程結(jié)構(gòu)中的空間跨度較大，且工程施工區(qū)域呈帶狀分布，地質(zhì)條件、空間設(shè)計(jì)對隧道工程施工也會產(chǎn)生直接的影響。因此，隧道工程建設(shè)時(shí)往往會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如地質(zhì)信息、環(huán)境系數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)等。若無法集中管理隧道工程數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致隧道工程中信息的利用率較低，不利于隧道工程的質(zhì)量與進(jìn)度管理[2]。但在BIM 技術(shù)的支持下，隧道工程可憑借該技術(shù)，集成化、標(biāo)準(zhǔn)化地進(jìn)行管理并利用各類工程數(shù)據(jù)。具體應(yīng)用方法可體現(xiàn)在以下內(nèi)容中：

1）BIM 技術(shù)可結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)信息，提取有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)人員能夠合理地規(guī)劃隧道工程，完成隧道洞口選址、隧道線路設(shè)計(jì)等工作。與此同時(shí)，相關(guān)人員可根據(jù)隧道工程的施工內(nèi)容和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用BIM 技術(shù)建立軌道、地形、主體結(jié)構(gòu)相關(guān)的3D 模型，使施工人員模擬施工工藝，優(yōu)化隧道工程的施工設(shè)計(jì)方案。

2）模擬隧道工程施工進(jìn)度，用虛擬化的手段安排施工任務(wù)，加強(qiáng)進(jìn)度管理。并在確保工程質(zhì)量與安全的前提下，合理節(jié)約隧道工程施工成本，縮短周期，提升施工效率。

3）由于隧道工程的特殊性，利用地質(zhì)信息、地形數(shù)據(jù)尤為重要。BIM 技術(shù)可自動過濾無價(jià)值的地質(zhì)數(shù)據(jù)，更為直接地反饋隧道開挖、施工過程中的地質(zhì)情況，監(jiān)測隧道施工中的地形變化。比如，BIM 技術(shù)通過觀測地質(zhì)數(shù)據(jù)，可提前察覺到隧道開挖時(shí)的應(yīng)力激增風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)調(diào)整施工方案。

4 隧道工程BI M技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化及信息集成化管理對策

基于BIM 技術(shù)對隧道工程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理、信息集成化管理時(shí)，需要通過建立隧道工程的BIM 模型，高精度地分析隧道工程的施工數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)信息及以此在隧道工程的各個階段中發(fā)揮BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，保證隧道工程的管理質(zhì)量。

4.1 建模前準(zhǔn)備

構(gòu)建隧道工程BIM 模型前，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合隧道工程建設(shè)的設(shè)計(jì)圖紙、項(xiàng)目規(guī)劃方案、施工技術(shù)獲取基礎(chǔ)性的工程信息。隨后確定隧道工程中各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案和施工方案建立BIM 模型，并依據(jù)隧道工程整體結(jié)構(gòu)和子工程的分布情況，拆分隧道工程BIM 模型，梳理BIM 模型使用過程中隧道工程視圖信息的表達(dá)方法，確定模型參數(shù)。

在上述隧道工程案例中，建設(shè)方采用高精度的建模方法，同時(shí)根據(jù)模型中各子工程的施工設(shè)計(jì)，分別從模型構(gòu)件命名、信息數(shù)據(jù)的追蹤反饋、模型精度控制、信息編碼分析等方面，評估該模型是否符合隧道工程管理的相關(guān)要求。比如，在隧道工程項(xiàng)目中，BIM 模型中各構(gòu)件的命名可包括排水槽模型、初期支護(hù)模型、隧道超前支護(hù)模型等。

4.2 建立隧道工程的BI M信息模型

正式建立隧道工程的BIM 信息模型時(shí)，可結(jié)合隧道工程的整個生命周期，匯總隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工管理、運(yùn)營維護(hù)等階段的數(shù)據(jù)信息，集成化地管理隧道工程信息，為隧道工程各階段的標(biāo)準(zhǔn)化管理打好基礎(chǔ)。

1）隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段中，BIM 信息模型可反饋的信息數(shù)據(jù)包括隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)方案篩選數(shù)據(jù)、洞口地質(zhì)數(shù)據(jù)、隧道周圍地形數(shù)據(jù)、隧道線路規(guī)劃信息、隧道結(jié)構(gòu)的非幾何信息等。

2）隧道工程施工環(huán)節(jié)中，BIM 信息模型的主要管理數(shù)據(jù)有施工監(jiān)測數(shù)據(jù)、隧道開挖信息、隧道超前地質(zhì)預(yù)告信息、隧道支護(hù)參數(shù)、施工進(jìn)度、子工程質(zhì)量驗(yàn)收、施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測數(shù)據(jù)等。

3）運(yùn)營維護(hù)階段的隧道工程BIM 信息模型，則需要獲取隧道養(yǎng)護(hù)信息、常見質(zhì)量病害的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，以及隧道質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

4.3 高精度的隧道工程BI M模型

高精度隧道工程BIM 模型的應(yīng)用是在集成化管理隧道工程信息的前提下，細(xì)化隧道工程各階段的管理流程，發(fā)揮BIM 技術(shù)在隧道工程中的管理優(yōu)勢。

1）隧道工程GIS 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段中，BIM 模型可顯示隧道工程空間結(jié)構(gòu)、分布情況、線路規(guī)劃情況，具體包括隧道工程周圍的環(huán)境圖示、隧道洞口選址、隧道長度、隧道實(shí)際位置、隧道線型方案等。

2）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)劃完畢后，BIM 模型可促進(jìn)隧道工程地質(zhì)勘測工作的標(biāo)準(zhǔn)化管理。該模型可以詳細(xì)地記錄、分析隧道全線的地質(zhì)情況，包括地形條件、復(fù)雜地質(zhì)、環(huán)境系數(shù)等。同時(shí)直觀地反饋隧道工程中的地質(zhì)信息，如隧道施工工作臺數(shù)量、隧道勘測數(shù)據(jù)、隧道洞口位置、隧道線路走向等。建模過程中，相關(guān)人員應(yīng)將模型中的數(shù)據(jù)精度控制到1 cm 以內(nèi)。

3）隧道工程建設(shè)中，高精度的BIM 模型同樣可用于隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，完整、詳細(xì)地呈現(xiàn)隧道主體結(jié)構(gòu)中的軌道信息、土建設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息等內(nèi)容。具體可包括隧道土建工程的初次、超前支護(hù)數(shù)據(jù)和隧道施工中鋼拱架、支護(hù)裝置、錨桿等構(gòu)件的規(guī)格信息及其幾何數(shù)據(jù)。除此之外，施工階段中，BIM 模型可自動采集隧道施工進(jìn)度信息、隧道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)、隧道圍巖應(yīng)力信息等，管理人員可憑借相關(guān)進(jìn)度信息、施工參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化、集成化地實(shí)施管理工作，制訂更有效的隧道工程管理方案。

4.4 隧道工程附屬BI M模型

隧道工程附屬BIM 模型是該類工程施工管理時(shí)針對各類子工程的建模。比如，在隧道開挖活動中，相關(guān)人員可利用該模型模擬隧道開挖時(shí)的施工進(jìn)度、具體的工程量以及不同施工技術(shù)的應(yīng)用效果，分別建立隧道巖體開挖BIM 模型、隧道支護(hù)BIM 模型、隧道開挖技術(shù)模型等。另外，隧道工程附屬BIM 模型能夠集成化地管理各類子工程的施工信息、施工文件，設(shè)計(jì)隧道現(xiàn)場標(biāo)識模型、臨時(shí)搭建工程的BIM 模型，用標(biāo)準(zhǔn)化的模型數(shù)據(jù)給予施工人員、管理人員VR 體驗(yàn)，使其有效地完成隧道工程附屬結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)。

4.5 隧道工程信息的集成管理

BIM 技術(shù)對隧道工程中工程信息的集成管理是該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢之一。相關(guān)主體可基于隧道工程BIM 模型集成化管理各類施工資料、基礎(chǔ)信息，進(jìn)行可視化的技術(shù)交底，用直觀、立體的BIM 模型分別呈現(xiàn)隧道工程中的資料數(shù)據(jù)。比如，對于建設(shè)方，其在集成化管理隧道工程信息的基礎(chǔ)上，可借助BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)清楚地向業(yè)主說明工程建設(shè)中的各項(xiàng)部署、規(guī)劃，說明各類施工工藝、設(shè)計(jì)方案應(yīng)用的可行性、必要性，讓業(yè)主更為全面地了解隧道工程的建設(shè)情況。

基于此，相關(guān)人員可建立集成化的隧道工程信息管理平臺。在該平臺運(yùn)行期間，業(yè)主、建設(shè)方、設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理人均可根據(jù)自身權(quán)限，在平臺中查詢隧道工程的相關(guān)信息。比如，直接在BIM 技術(shù)支持下，查看隧道主體結(jié)構(gòu)的3D 模型，并根據(jù)模型上的注釋，獲取更詳細(xì)的視頻資料、圖片資料。對于隧道工程而言，主體結(jié)構(gòu)的主要管理內(nèi)容有圍巖登記、主體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件分布等，相關(guān)人員可借助模型剖析隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲取有價(jià)值的管理信息。

結(jié)合JTG/T 3660—2020《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》，確定隧道工程的施工標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而在管理模型中，虛擬施工現(xiàn)場時(shí)，合理調(diào)整施工參數(shù)，科學(xué)布置施工現(xiàn)場。對于虛擬現(xiàn)場，相關(guān)人員可建立隧道施工現(xiàn)場的三維模型，分別將施工設(shè)計(jì)資料、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充在模型內(nèi)，以便于管理人員通過集成化應(yīng)用信息優(yōu)化調(diào)整現(xiàn)場布置方案。

質(zhì)量管理過程中，BIM 技術(shù)能夠借助集成化的隧道工程信息管理平臺建立隧道工程施工質(zhì)量模型，模型中包括質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、施工進(jìn)度、常見質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容。在質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)中，可直接在BIM 模型內(nèi)輸入驗(yàn)收信息，關(guān)聯(lián)驗(yàn)收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，逐一地排查質(zhì)量問題。若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，相關(guān)人員可通過模型從不同角度分析隧道工程質(zhì)量問題的誘發(fā)因素，直觀地展示質(zhì)量問題，持續(xù)改進(jìn)施工方案；同時(shí)基于該方案模擬施工過程，分析該方案的可行性。在此過程中，還應(yīng)詳細(xì)地記錄BIM模型質(zhì)量管理的所有數(shù)據(jù)，便于管理人員定期核查模型內(nèi)的管理記錄，查詢隧道工程質(zhì)量驗(yàn)收、質(zhì)量問題處理情況，提高模型內(nèi)質(zhì)量信息的利用率，滿足隧道工程信息集成化管理要求，突出BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理優(yōu)勢。

5 結(jié)語

綜上所述，隧道工程施工建設(shè)中，BIM 技術(shù)可在工程的設(shè)計(jì)及施工管理階段標(biāo)準(zhǔn)化地管理施工流程，加強(qiáng)隧道工程的質(zhì)量管理和進(jìn)度管理。同時(shí)通過建立隧道工程的BIM 模型，集成化地匯總隧道工程內(nèi)的數(shù)據(jù)資源，生成隧道工程三維立體模型，并提取有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)，直觀地呈現(xiàn)隧道施工中的空間結(jié)構(gòu)，降低隧道施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，高效率地完成隧道工程的施工管理任務(wù)，提升我國隧道工程的建設(shè)水平。