BIM輔助鐵路隧道施工方案可視化設計應用

程子洪

摘 要：我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，加快我國當前高速鐵路工程建設的發(fā)展速度。但在建設高標準鐵路隧道施工過程中，由于傳統(tǒng)隧道仰拱施工工藝不能夠滿足現(xiàn)階段隧道施工技術的發(fā)展需求，造成在實際施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量方面的問題，最終對施工質(zhì)量造成影響。所以，仰拱和填充施工技術逐漸成為限制隧道高質(zhì)量快速施工的重要因素。而我國現(xiàn)階段出現(xiàn)的BIM技術，主要以3D數(shù)字模型構成，采取三維模型聯(lián)動的設計方式，打破傳統(tǒng)的單一線條設計模式，提供準確的單位方案可視化設計的環(huán)境。由此可見，只有通過BIM模型設計技術，再采取全方位互動性直觀體現(xiàn)的方法，證明方案的合理性，然后保證在4D仿真環(huán)境下，展示方案的方法和流程。因此，本文主要針對施工中實際出現(xiàn)的問題，利用BIM技術可視化和協(xié)同性以及模擬性的特點，對隧道仰拱和仰拱填充施工裝備和工藝設計進一步分析和研究。

關鍵詞：BIM技術；鐵路隧道；施工方案；可視化設計；應用

中圖分類號：U452 文獻標志碼：A

我國當前時代發(fā)展速度，也帶動高速鐵路行業(yè)的發(fā)展速度，同時提高人們?nèi)粘Ｉ顚﹁F路建設質(zhì)量的需求。但是由于我國當前實施的依然是傳統(tǒng)施工技術和設備，造成在實施施工過程中出現(xiàn)一些嚴重問題，在對施工進度造成影響的同時，最終對施工質(zhì)量造成嚴重的影響。所以，在這樣的發(fā)展環(huán)境下，就需要采取我國當前先進的BIM技術，通過可視化功能，設計一套鐵路隧道施工的方案，在保證方案合理性的同時，最終保障施工的質(zhì)量。

1 BIM施工方案設計的原理

我國傳統(tǒng)設計施工方案過程中，主要在施工圖上展示二維想象構思，依照往常的施工經(jīng)驗看，會依照施工方案的要求，選擇施工設施和技術等等。但由于選擇的設施型號不合理，施工技術經(jīng)常出現(xiàn)差異性，導致在施工中經(jīng)常出現(xiàn)嚴重問題。但如果實施BIM技術具備的3D可視化設計環(huán)境和4D仿真環(huán)境，就可以為施工方案設施和工藝的設計以及可行性提供技術的途徑。圖1為隧道仰供填充模型。

另外，在實施施工方案的3D可視化和4D虛擬仿真技術過程中，其主要目的是為了能夠對施工方案的內(nèi)容通過三維數(shù)字模型方式展現(xiàn)出來，其主要包括環(huán)境模型和解耦股模型以及施工設施模型。第一，站在環(huán)境模型角度，主要是施工方案的虛擬布置場地和前置以及后置施工工序的環(huán)境影響因素。第二，結構模型主要是施工方案虛擬建立的一個實體物。第三，施工設施模型主要是施工方案采用的機械設備和模板以及模具等相關作業(yè)設施，對于BIM輔助施工方案設計具有重要作用和意義。但依照模型結構的施工動態(tài)和之間的關系，需要采取施工分布的時間任務和模型構建，進一步體現(xiàn)施工方案的虛擬建造過程。除此之外，在通過BIM技術建立4D虛擬仿真環(huán)境過程中，可以實現(xiàn)對時間交互的過程模擬，對施工方案流程進行虛擬推演，通過動態(tài)技術和方法，檢查方案內(nèi)部存在的可行性以及存在的問題，最終全面優(yōu)化施工設施和技術等。圖2為BIM施工方案優(yōu)化流程。

2 3D模型協(xié)同設計

在實施模型協(xié)同設計過程中，其自身具備比較基本的理念：第一，需要以現(xiàn)場施工環(huán)境，建立合適的環(huán)境模型，然后形成虛擬真實的環(huán)境設計。第二，在建立結構模型過程中，需要將未來施工中的對象融入到現(xiàn)有施工環(huán)境中。第三，在環(huán)境模型作業(yè)的范圍內(nèi)，需要實際施工需求，在同一設計環(huán)境中，開展施工設備模型的可視化設計，最終有效實現(xiàn)施工方案模型協(xié)同設計的效果。另外，想要實現(xiàn)隧道仰拱和仰拱填充施工方案設計的可視化展示，就需要采取網(wǎng)絡技術，建立環(huán)境模型和隧道初期支護以及前方拱底土石方這3個方面。因此，只有通過BIM技術，利用其自身具備的3D模型系統(tǒng)設計工作，在確保施工進度的同時，有效滿足人們對鐵路施工建設的需求，進一步推進鐵路隧道施工方案的發(fā)展，最終實現(xiàn)鐵路隧道施工方案可視化的設計。

2.1 環(huán)境模型

在隧道施工的初級階段，需要將前方拱底的土石進行清理，為仰拱和仰拱填充施工方案的設計，奠定一個堅實的基礎。而在實際施工過程中，需要對施工各個環(huán)節(jié)和原則進行全面規(guī)劃，然后形成隧道初期支護和拱底土石的模型。另外，還需要格外注意，在建立初期支護模型過程中，需要具備靜態(tài)的施工環(huán)境，不參與任何施工方案的虛擬推演過程。

2.2 結構模型

在實際施工過程中，需要對施工各個環(huán)節(jié)劃分的原則進行全面考慮，然后建立一個完整的隧道仰拱和仰拱填充模型。而在實際建設過程中，還需要依照相關部門規(guī)定的數(shù)據(jù)標準，將其內(nèi)部參數(shù)嚴格控制，確保建立模型的合理性。

2.3 施工設施模型

在建立隧道仰拱和仰拱填充施工方案的設施模型過程中，主要對仰拱和仰拱填充施工臺車進行設計，其中主要包含模板系統(tǒng)和行走系統(tǒng)兩個環(huán)節(jié)的設備。另外，在設計仰拱模板的過程中，主要分為左右兩面翻轉式的組合鋼板和模板，確保軸距的長度為6m，按照固定位置進行銜接，特別在減少固定鋼板部分時，就會對其自身造成嚴重影響，但可以進一步保障仰拱矮邊墻線的控制。除此之外，在建立端頭模板過程中，主要是由鋼板和型鋼梁組成，需要將仰拱模板和中心水溝模板的位置進行連接，確保形成的模板系統(tǒng)具備整體和準確以及快捷的特點。

3 4D虛擬施工

3.1 建立虛擬仿真環(huán)境

需要利用Timeliner模塊，將施工步驟和時間以及相關數(shù)據(jù)文件結合進去，從而形成虛擬環(huán)境下的時間任務項，然后依照相關規(guī)定標準，確保每一個施工環(huán)節(jié)的時間任務和模型構建的統(tǒng)一。另外，當模型成熟之后，需要在虛擬仿真的環(huán)境下，生成4D動態(tài)的模型，最終實現(xiàn)對施工方案的虛擬推演。

3.2 4D施工方案演示

在模擬隧道仰拱和仰拱填充施工流程過程中，需要經(jīng)過多個流程，需要滿足以下幾個方面的需求：第一，測量放樣，確保模架系統(tǒng)的位置。第二，卷揚機驅動到下一個循環(huán)位置。第三，澆筑仰拱填充。圖3為施工設施模型。

3.3 效果評價

在設計仰拱模板過程中，主要核心為翻轉式組合鋼板，主要由固定部分和活動部分組合而成，在實現(xiàn)仰拱和仰拱填充連續(xù)循環(huán)澆筑的同時，確保對仰拱矮邊墻澆筑質(zhì)量和線性嚴格的控制和管理。另外，在建立端頭模板過程中，需要依照仰拱和仰拱填充結構和對尺寸的要求進行設計，對于模板的地步和仰拱中間埋式止水的部分，需要確保其位置和形狀的統(tǒng)一，保證模板頂部與仰拱填充高度相同，最終對仰拱填充澆筑流程嚴格控制。除此之外，還需要通過端頭模架固定仰拱模架和中心水溝模架，逐漸形成可拆卸式的整體模板系統(tǒng)，然后依照單一的機械動力，采取循環(huán)移動快和準確的特點，在預防人工操作誤差現(xiàn)象出現(xiàn)的同時，確保交通的正常運行。由此可見，在開展仰拱施工過程中，只要分為兩個施工環(huán)節(jié)，第一，仰拱地步施工的區(qū)域。第二，仰拱和仰拱填充連續(xù)澆筑的施工區(qū)域，最終有效降低循環(huán)施工的時間。

結論

綜合上文所述，再通過BIM技術的實施，實現(xiàn)3D可視化設計環(huán)境和4D虛擬仿真環(huán)境，建立BIM輔助施工方可視化設計的方法和流程。另外，還可以設計三維數(shù)字模型，其中主要包含環(huán)境模型和結構模型以及施工設備模型。由此可見，通過BIM模型設計技術，采取4D虛擬現(xiàn)實的技術，對施工方案進行全面直觀的展示，最終將施工檔案的合理性全面優(yōu)化。除此之外，BIM技術還可以幫助隧道仰拱和仰拱填充施工的可視化設計，并取得良好的效果和成績。因此，當鐵路隧道實際施工過程中，只有打破傳統(tǒng)施工技術和方案，采取先進的BIM技術，在滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟮耐瑫r，確保施工的質(zhì)量，最終推進鐵路隧道施工行業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

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