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隧道工程中BIM技术的具体应用

2020-06-28 391 上传者：管理员

摘要：以连江通港大道改扩建工程（厦松隧道及连接线段）的初步设计和施工图设计为基础，利用BIM相关软件建立三维信息模型，研究隧道BIM模型创建方法，探索BIM技术在项目设计优化、可视化交底、施工进度模拟等方面具体应用。本次的项目也证实了，通过应用此类BIM技术的应用，能够快速有效优化设计及施工方案，节约工期，节省成本，为其他类似的项目提供了参考与借鉴。

关键词：
BIM技术
工程技术
施工资料
道路工程
隧道工程
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隧道工程是道路工程中不可或缺的组成部分，具有水文地质条件复杂、设计难度大、施工环境差、作业面多、工序转换复杂等特点，对设计水平以及施工技术和管理的要求较高。本文以某道路的隧道工程为例，借助BIM技术强大的可视化优势，创建包含完整信息的三维模型，对基于BIM的设计碰撞的检查、施工资料集成、进度管理、协同管理等应用的特点进行分析，对目前BIM应用存在的问题进行剖析并提出应用建议。

1、工程概况

连江通港大道改扩建工程（厦松隧道及连接线段）全线共设置一座隧道，为厦松隧道，隧道设计考虑近期实施及远期预留，共计三孔，分别为管道隧道、近期左线行车隧道、远期右线行车隧道预留位置。左侧为管道隧道采用上下层布置，下层放置管道，上层具应急通道功能并预留通行非机动车的空间，隧道净宽6.3 m，净高3.5 m。右侧为双洞双向四车道隧道，行车隧道分两期实施，近期实施左洞，远期预留右线行车隧道位置；因此左洞近期具备单洞双向行车功能。左洞限界净宽10.0m，净高5.0 m。隧道平面原则上服从线位的大走向，根据地形条件选择合理的洞口位置并兼顾隧道洞口外接线方便，管道隧道全长3365 m，近期左线行车隧道全长2862 m。

1.1 隧道设计难点

设计难点如下所示。

(1）行车隧道接近特长隧道，防灾救援设计难以实现。(2）预留远期隧道位置，合理布置行车隧道左、右线间距，避免远期右洞隧道实施对已实施隧道的影响。(3）管道隧道如何选择同层或上下层的布置方式。(4）隧道穿越11处断层破碎带，地质条件复杂。(5）洞口长段落浅埋。

1.2 BIM实施难点

(1）隧道为异性结构，Revit所有构件均需自建族。(2）隧道平纵面均带有曲线，软件不能完全准确拟合。(3）该项目基础模型体量大，软件运行压力大。(4）如何运用模型进行指导施工及后期运维。

2、隧道施工BIM模型创建

根据隧道的结构设计及施工方法、工期等，建立BIM模型构件库。所谓面向对象的建模方法，即按照隧道结构空间关系，划分不同的构件，定义构件的空间形状和信息属性，最后通过组装构件形成模型[1]。基于该思路，采用CAD+Revit完成隧道各断面设计，利用Navisworks完成模型碰撞检查及施工进度模拟，最后运用Lumion制作动画、渲染，形成可视化模型，完成可视化交底。

2.1 隧道地质模型的建立

在Revit软件中导入CAD隧道地形图，通过软件自动识别带标高的地形线，形成地形三维图，调整地形图并根据工程实际情况创建局部地面标高，如图1所示。

图1 Revit创建三维地形模型

2.2 隧道模型的建立

在Revit软件中导入CAD隧道平面图，选取轴网为模型中心线，如图2所示。项目建模范围的各结构形式复杂多变，且本场地内覆盖层主要为填土、碎石、粉质粘土、含碎石粉质粘土，基底为不同风化程度的凝灰熔岩，地质复杂。结合隧道围岩体基本质量定性和规范定义对隧道围岩进行分级，并创建对应不同等级围岩的衬砌横断面，同时创建隧道衬砌断面的族文件，以及根据纵横断面两者关系建立的大量补充断面，并以此建立图库，如图3所示。通过点选轴线布置隧道平面，再修改隧道平面的起终点标高完成纵断面设计。以Revit 0点为坐标原点，将不同结构通过链接的方式完成模型组装，如图4所示。

图2 隧道平面布置图

图3 隧道衬砌断面的族及族库

图4 隧道模型组装图

2.3 Navisworks漫游碰撞检查

Revit在创建隧道模型过程中，无法在其视图范围内检查隧道内部的结构，因此本项目将Revit模型导出为NWC格式的文件，导入到Navisworks软件中，通过模拟人物漫游，达到碰撞检查的效果，如图5所示。并输出设计中相互碰撞的结果，以供设计人员纠正，避免不必要的工程损失。

图5 Navisworks漫游碰撞检查

2.4 施工进度模拟

将Revit模型导出为NWC格式的文件，导入到Navisworks软件中，模拟施工过程，如图6所示。目前现场进度管理的技术手段相对落后，仍多采用二维的横道图展示形象进度，无法真实呈现现场施工工序的空间关系，难以准确表达多个作业面的施工动态过程[2]，而利用BIM技术则可以很好的解决此类问题。

图6 施工进度模拟示意图

2.5 Lumion动画制作

隧道模型在Revit软件中渲染效果比较差，故将模型导出为FBX格式文件，导入Lumion软件中，定位模型的材质，并添加相应的室外景观构件，后录制模型的三维动画，以便提供可视化交底及后期施工管理，如图7所示。

图7 三维动画画面

3、结语

通过将BIM技术运用到隧道设计、可视化的施工交底以及施工单位的管理中，取得了良好的效果。BIM技术的发展正逐渐改变传统的思维与施工方式，让过去复杂繁琐的工作变得更加简单、准确，同时也为高难度高精度工程施工提供了传统方式无法比拟的直观性与准确性。同时，也看到了存在的不足，也为以后提出了一些努力的方向。

(1）结合地质钻孔质料，可以利用Powercivil创建三维地形的地层模型，完善隧道的基础模型，并更好地指导隧道施工。(2）利用Dynamo进行隧道模型参数化设计，以便隧道构件批量布置，还有待进一步提升。(3）该隧道为超长隧道，如何模拟消防应急救援，优化应急救援方案，需通过BIM技术做进一步研究。(4）基于BIM的运维管理可以将BIM技术与运营维护管理系统相结合，对建筑的空间、设备资产、道路的养护等进行科学管理，对可能发生的灾害进行预防,降低运营维护成本。在具体的实现技术上往往可以联合物联网技术、云计算技术等，通常将BIM模型、运维系统与RFID、移动终端等结合来应用，最终实现后期的运营管理[4]。

参考文献：

[1]刘建,姜南岸.BIM技术在干坞施工中的应用实践[J].中国港湾建设,2018(12):15-20

[2]王潇潇,姬付全,卢海军,等.BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用[J].隧道建设,2016(2):228-233

[3]王秀林,阎有为.基于BIM的公路隧道工程施工应用实践与问题[J].中国公路,2018(23):118-120

[4]蔡宁,黄铭丰.陈翔路地道工程BIM应用解析[M].上海:同济大学出版社,2014

石泽桂,叶琳,项卫杰,杨守刚,王婷婷.BIM技术在隧道工程中的应用[J].内江科技,2020,41(06):103-104.