BIM技术在隧道工程中的实践探索

张焕芹

（中铁十一局集团第三工程有限公司，湖北 武汉 430000）

在经济的推动下，加之人们对于出行方式的需求，地铁隧道的安全性是行业内外重点关注的话题。BIM代表的是建筑信息化管理，作为一种高效的管理模式，其在隧道建设中的应用程度较为广泛，将其引入隧道工程后，借助于三维数字技术有助于管理工作的展开，加之4D管理模式可以提升各环节之间的协调效率，由此确保工程整体质量，而这是传统管理方式不可比拟的优点。

1 工程概况

十八及二十二号线为广州市域快线，其中五分部位于番禺区、南沙区，18号线（含22号线）起始里程为AK30+286～AK36+529.2（目前设计调整PQ2盾构井北移15m，即AK36+544.2），主线路全长6.2432km，陇枕出入场线全长2.555km，共8.798km。主要工程内容为番禺广场站1座、中间风井1座、4段盾构区间、2段暗挖区间和陇枕停车场1座。

2 隧道工程BIM技术应用路线

2.1 BIM在隧道设计阶段的应用

1）构建参数化模型。考虑到复合式衬砌的特点，在此基础上对隧道模型进行了划分处理，整个施工环节中以支护作业最为重要，具体涉及到锚喷支护以及后续的二次衬砌支护等多种类型。此外，综合考虑设计和施工要求，由此确定出模型的参数信息，以便为后续建模工作创设良好条件。

2）模型参数化设计。当做好建模工作后，需要在相关规范的指导下完成施工图出图操作。区别于传统CAD模式的是，BIM出图具有便携、快速的特点，依据工程的不同要求能够灵活地导出其中的某一个剖面，所得到的平立剖施工图均可以良好地对应在模型中［1］。当对图纸做出一定修改后，与之相关的模型也将在第一时间有所改动，所有图纸信息具有高度的同步性，因此可以避免失误现象。

3）信息附加。当前行业内已经出现了专有的BIM软件，其具有高度的数据共享性，仅凭借该软件便可以提供项目全生命周期的各类信息，此时即便客户的需求不同也可以灵活地导入与导出数据。具体来说，依托于标高平面坐标的导入与导出方式，有助于设计人员优化方案，施工人员也可以更为方便地做好施工放样工作。

4）碰撞检查。以各个构件所被赋予的信息模型为基础，由此展开硬碰撞与软碰撞检查。对于前者，其反映的是发生于各个构件之间的交叉问题。对于同一项目而言，设计师不同意味着对空间的利用方式也不尽相同，受信息不对称的影响将会出现构件交叉现象，此时需要借助Revit平台对其展开碰撞试验。以所得到的碰撞报告为基础，设计师可以寻找到其中的不足之处，从而对方案做进一步修改。

5）BIM的实时出图。以BIM技术为依托，可以提供各个角度、各个剖面的二维图信息，由此帮助施工人员更为简便地了解隧道的变截面情况，使其更为直观地明确结构的设计意图，由此优化施工放样方案并做好技术交底工作。

6）工程量成本统计。传统模式下，投标过程中会耗费大量的人力与财力成本，而基于BIM技术可以大幅缩减此部分费用。BIM模型一方面可以拼装出实体建筑物，另一方面则可以具有针对性地分类统计，当导入施工方定额库后将会在极短时间内得出对应的成本信息。此时效率与精度都得到了良好的提升，项目中标几率较高。

2.2 BIM在隧道工程施工阶段的应用

1）4D施工模拟、优化施工方案。以BIM三维模型为基础，由此利用4D技术可以形成第四维的动态时间参数，此时便可以将隧道的施工状态以动态的方式表现出来［2］。这种三维可视化的方式具有浅显易懂的特性，施工人员可以更为简单地了解施工意图，突破了图纸会审的传统弊端。此外，工程技术人员能更为全面地寻找到施工中潜在的问题，由此采取针对性处理措施，全面深化材料、环境与施工人员之间的协调性。

2）深化技术交底工作。受惠于BIM技术可以摆脱传统方式下上游信息隔断的现象，高效地传输到下游信息流，而后以三维模型为基础，加之施工平面图纸的作用，将信息传达给下游施工班组，使施工人员明确工程的各个难点。基于4D模拟的方式能形象反映出工程施工流程以及存在于其中的技术难点。

3）4D可视化成本管理。基于与各类信息的关联方式，可以展开可视化的投标成本测算工作，具体内容有：①向各个部门下发责任成本信息；②以工程实际情况为基础编制目标成本；③对所得到的目标成本进行分解处理；④管控过程成本；⑤对“三算”做以深入分析；⑥创建成本数据库；⑦预测后续投标成本。

4）4D施工进度动态管控。以各类颜色为基本标志，代表各个建筑信息模型构件，此时管理者可以直观地掌握工程施工进度，由此展开相关的管理工作。当工程出现未完成情况时将会表现为高亮的状态，此时应寻找到其中的原因，做好人员、资金与材料的调度工作，确保工程达到工期目标。

5）4D危险源识别。①伴随着隧道周边地质情况的改变，所带来的施工安全危险等级也不尽相同，此时利用各类色彩可以直观反映出危险等级。②BIM模型中涉及到各类地质监测数据，若拱顶变形超出许可范围后将会触发警报。③BIM模型能应用于日常管理工作中，精准地发现各类安全隐患。

3 BIM技术的实际应用效果

3.1 建立实体模型

以得到的三维地表以及地质模型为基础，由此建立出完善的三维模型，加之骨架继承、参数设置等功能，可以得到隧道三维实体模型，具体如图1所示。

图1 隧道三维模型的建立

3.2 三维设计二维出图

需要使用到CATIA草图设计器，在其作用下得到隧道界面草图，加之参数化设计的作用，BIM可以得到更为精细的施工草图［3］。以BIM软件为依托，基于参数化驱动的方式创造高效的草图联动修改效率，当参数发生改变后所得到的设计图也将随之发生变化，避免了不同步的问题。

3.3 碰撞分析

依托于BIM的碰撞分析功能，可以深度寻找到构件交叉的不合理之处，设计师可以更为方便地修改。工程中常出现的构件交叉问题如图2所示。

图2 径向锚杆与超前支护位置重叠

3.4 工程计量统计

以三维模型为基础，以高效的方式计算出隧道洞身、辅助导洞等参数，大幅提升计算结果的精确度。此外，可以围绕施工材料展开计价工作，以便进行清单的分类与汇总处理。仅凭借同一个模型便能服务于各个项目参与方，展开计价与成本控制工作，既提升了计算精度，又缩短了此阶段所耗费的时间。

4 结语

综上所述，将BIM技术应用于隧道工程中可以大幅提升施工效率。相比于传统管理模式而言，BIM平台充分涉及到设计以及施工两大环节，对二者进行整合避免了彼此之间脱离而造成的质量问题。此外，BIM技术为各个环节提供质量保障，最终确保铁路隧道工程的整体质量。