基于BIM的公路隧道工程施工應(yīng)用實踐與問題

文/濟南通達公路工程有限公司 王秀林 閻有為

公路隧道是公路工程中必不可少的組成部分，具有施工環(huán)境差、水文地質(zhì)條件復雜、作業(yè)面多、工序轉(zhuǎn)換復雜等特點，對施工技術(shù)和管理的要求較高。因此，如何提高隧道施工階段的質(zhì)量和安全管理水平是隧道工程需解決的重要問題。建筑信息模型（BIM）技術(shù)為隧道工程施工管理水平的提升提供了解決途徑。

BIM是建設(shè)工程及其設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表達，通過創(chuàng)建和使用項目數(shù)據(jù)開展全生命周期業(yè)務(wù)過程，同時使用模型信息開展業(yè)務(wù)流程的管理。BIM模型以三維可視化數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建面向工程結(jié)構(gòu)化對象的模型，可實現(xiàn)技術(shù)和管理方面的一系列應(yīng)用，如可視化展示、工藝模擬、工程量計算、進度管理、材料管理、成本管理等，從而提高隧道工程施工管理水平。

本文以某公路隧道工程施工階段為例，研究隧道BIM模型創(chuàng)建方法，對基于BIM的施工資料和信息集成、進度管理、施工工藝模擬與展示、協(xié)同管理等應(yīng)用的特點進行分析，對目前BIM應(yīng)用存在的問題進行剖析并提出應(yīng)用建議。

隧道BIM模型構(gòu)建

工程概況

某雙向四車道公路隧道分左右兩幅，長440米，單洞寬13.75米，凈高8米，兩幅隧道凈距約13米，隧道左、右幅均為直線，屬于小凈距短隧道。隧道左、右幅縱坡+1.400%～-2.600%，包含了Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級三類圍巖等級。

為貫徹落實工程精細化管理相關(guān)政策，組建BIM團隊開展項目BIM技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，并在施工過程中具體落實，對施工管理信息化實踐進行探索。

隧道建模

圖1 完整隧道BIM模型

在建模前，包括施工現(xiàn)場技術(shù)負責人在內(nèi)的開發(fā)團隊對BIM實施大綱進行了多次討論和修改，制定了詳細的BIM應(yīng)用實施內(nèi)容。根據(jù)隧道所在場地測量數(shù)據(jù)、主體結(jié)構(gòu)二維設(shè)計圖紙、施工深化設(shè)計圖紙和施工方案，分別對場地地形、主體結(jié)構(gòu)和施工輔助設(shè)施進行了建模。根據(jù)建模標準和要求，對建模工作內(nèi)容進行分解，按照任務(wù)分工主要采用Revit軟件完成建模任務(wù)。

隧道工程場地的建模通過結(jié)合Civil3D和Revit軟件完成，將測量數(shù)據(jù)導入Civil3D完成地形的繪制，并形成地形模型，然后將模型導入Revit中，通過概念體量模型創(chuàng)建場地地質(zhì)模型，并利用布爾運算進行隧道開洞處理。

通過建立不同圍巖等級對應(yīng)的隧道施工標準段模型，再進行主體結(jié)構(gòu)組裝，形成隧道主體模型。組合拼裝采用“基本模型+參考模型”的方式，可提高建模效率。當需要修改整體模型時，僅需修改小體量的基本模型或者參考模型。圖1為組裝后的隧道完整BIM模型。

圖2 施工資料與模型集成

于BIM施工階段應(yīng)用

施工資料與信息集成應(yīng)用

BIM模型包含了各構(gòu)件的幾何和屬性信息，此外還可以包含施工相關(guān)資料，便于施工資料和信息的集成應(yīng)用。以建立的完整隧道模型為基礎(chǔ)，將施工過程相關(guān)資料集成到BIM模型中，可結(jié)合三維模型進行施工資料的管理與查看、可視化技術(shù)交底、模型信息查看等，可有效解決資料管理的分散和查找困難、施工現(xiàn)場標準、資料等查看不便、技術(shù)交底不夠直觀等問題。

如圖2所示，隧道某圍巖等級處對模型進行剖切處理后添加相關(guān)信息，可直接查看此圍巖等級的各主要組成部分及各部分的重要信息。此外，在通過導視牌的形式鏈接相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標準、二維施工圖和施工工藝動畫等，便于結(jié)合模型直接進行技術(shù)交底。

進度管理應(yīng)用

在基于BIM模型的施工進度管理應(yīng)用開發(fā)中，根據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)、施工組織設(shè)計及專項方案等文件編制進度計劃創(chuàng)建進度管理模型，完成進度計劃模擬和優(yōu)化。采用Fuzor軟件進行施工進度模擬與仿真，將Revit中創(chuàng)建的BIM模型導入Fuzor，模型中添加時間信息，形成進度管理模型。圖3為隧道開挖計劃模型，可清晰查看各段的施工順序和計劃開始與結(jié)束時間，從而直觀判斷進度和施工順序的合理性。依據(jù)進度管理模型，可以實現(xiàn)進度跟蹤檢查、進度可視化展示、實際和計劃進度對比分析、進度預警與輔助偏差分析、輔助進度計劃調(diào)整等。

工藝模擬與展示應(yīng)用

結(jié)合三維BIM模型進行施工工藝模擬，可實現(xiàn)施工技術(shù)交底更直觀，與傳統(tǒng)的三維動畫相比，模型中包含了真實的工程信息并且可直接查看。根據(jù)隧道項目施工工藝特點，基于BIM模型完成了CRD法、CD法和臺階法施工工藝模擬。

為更深入地應(yīng)用BIM技術(shù)進行施工質(zhì)量和安全管理，結(jié)合隧道施工特點，開發(fā)了隧道質(zhì)量安全標準樣板區(qū)。如圖4所示，虛擬質(zhì)量安全樣板區(qū)清晰地展示了不同等級圍巖隧道主體結(jié)構(gòu)、大管棚及逃生預案構(gòu)造，以及重要材料、尺寸和其它屬性信息，并以公告欄的形式表達了對應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的重要施工檢驗標準，為質(zhì)量管理和技術(shù)交底提供重要的參考模型。

協(xié)同管理

搭建了項目的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺，支持網(wǎng)頁端和移動端，可方便地進行施工階段的項目管理。該平臺可瀏覽包括BIM模型在內(nèi)的多種格式文件，可方便地實現(xiàn)文件管理和歸檔。此外，可以發(fā)布流程任務(wù)，方便實現(xiàn)施工質(zhì)量和安全協(xié)同管理。

圖3 隧道開挖進度模擬

圖4 質(zhì)量安全樣板區(qū)展示

圖5 任務(wù)管理與協(xié)作

任務(wù)功能是協(xié)作平臺的重要功能，如圖5所示，可針對發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)場問題和其它問題，結(jié)合BIM模型的標注功能和現(xiàn)場照片等，將存在的問題發(fā)送給相關(guān)責任人，并形成任務(wù)流程，問題解決后給出審批意見，則此任務(wù)結(jié)束。

存在問題分析及應(yīng)用建議

問題分析

施工階段全員應(yīng)用BIM開展工作仍存在難度。由于施工階段信息化水平長期以來相對較低，施工人員習慣于傳統(tǒng)的工作模式，對基于BIM的信息化手段缺少認識，導致BIM應(yīng)用實施過程中施工人員缺乏積極性，甚至存在抵觸心理，認為BIM實施增加了工作量。這就需要BIM應(yīng)用能夠給一線施工人員帶來工作效率的提升。

目前BIM應(yīng)用很難形成企業(yè)大數(shù)據(jù)。從企業(yè)的角度來看，BIM應(yīng)用是施工企業(yè)大數(shù)據(jù)形成的基礎(chǔ)，可為企業(yè)積累大量的虛擬模型、進度、材料、質(zhì)量和安全管理資料，通過分析可為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支持。但是，由于目前BIM建模和應(yīng)用缺乏比較完善的標準，導致各項目的模型和資料很難進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，也就無法為企業(yè)決策提供足夠的支持。

BIM應(yīng)用仍不夠深入，缺少智能化應(yīng)用?，F(xiàn)有的應(yīng)用點在技術(shù)上缺少突破，以進度計劃模擬為例，仍然只能對擬定的進度計劃進行可視化模擬，出現(xiàn)工期提前或延遲，無法自動進行整個施工進度計劃的變更，很難實現(xiàn)結(jié)合BIM模型進行進度計劃自動化管理。

現(xiàn)有協(xié)同管理平臺功能薄弱，不足以支撐基于BIM的全過程應(yīng)用。施工協(xié)同管理平臺仍以文檔管理和質(zhì)量安全問題流程管理為主，BIM模型發(fā)揮的作用并不充分，主要以模型查看和基于模型的注釋為主，進度管理、物料管理和成本管理功能較弱，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的質(zhì)量和安全管理功能不足。

應(yīng)用建議

標準先行。當前行業(yè)BIM建模和應(yīng)用標準仍不完善，企業(yè)可針對隧道項目建立建模和應(yīng)用標準，便于企業(yè)統(tǒng)一管理和后期數(shù)據(jù)的積累，從而為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支持。

提效為先?；贐IM的技術(shù)應(yīng)用方面，需考慮現(xiàn)場實施的落地，以提高一線施工人員的工作效率為目標進行開發(fā)，如結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行隧道施工變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時獲取與評估預警，實現(xiàn)三維可視化、自動化和智能化；基于BIM的管理應(yīng)用方面，需以提高管理效率為目標，通過充分調(diào)研后確定適合企業(yè)管理特點的應(yīng)用點和應(yīng)用流程，并形成標準管理流程和管理制度在企業(yè)進行推行。

以點帶面。BIM應(yīng)用策劃需充分評估應(yīng)用點價值和實施效果，前期可以通過成熟應(yīng)用點試點在部分工作中推進BIM應(yīng)用，隨著應(yīng)用深入逐步擴展應(yīng)用范圍，實現(xiàn)以點帶面，在應(yīng)用點上不宜追求大而全，注重實效。

結(jié)語

BIM作為推動工程建設(shè)行業(yè)信息化的重要手段，近些年得到了快速發(fā)展，在公路工程行業(yè)也逐漸開展了大量BIM應(yīng)用。隧道工程實施BIM對于設(shè)計、施工和運維均有重要的應(yīng)用價值，BIM應(yīng)用是必然趨勢。

當前隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級階段，無論在建模和應(yīng)用開發(fā)方面仍需要開展研究。以某隧道工程為例，研究了“基本模型+參考模型”的方式進行組合拼裝建模方法；分析了基于BIM模型的信息和資料集成應(yīng)用、進度管理、協(xié)同管理、工藝模擬與展示等方面特點；對目前BIM應(yīng)用存在的問題進行了分析，并給出了應(yīng)用建議。為了更進一步促進隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用，企業(yè)則需要以提高工作效率和管理效率為目標推動信息化手段在工程中的應(yīng)用。