BIM技術在公路隧道施工管理中的應用

趙 敏

中國水利水電第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概況

某公路隧道工程位于復雜丘陵地帶，隧道長度為750 m，地質勘查報告顯示，公路隧道工程擬建地的地質情況相對復雜，存在風化巖、軟塑土體、地下水，為保證工程安全及施工安全，采用復合襯砌體系， 并借助于BIM 技術來實現(xiàn)高質量的施工管理。

2 BIM 模型建模規(guī)劃以及施工管理方法

2.1 模型構件編碼

應用BIM 技術進行施工管理，以“BIM 模型為核心”制訂、優(yōu)化管理措施。本工程遵循公路隧道設計原則，考慮到工程中不同構件的受力情況、相對圍巖級別、襯砌結構類型等，對隧道的模型構件進行合理的命名，從而為工程施工奠定基礎。 構件的編碼采用“構件種類、對應圍巖級別、襯砌方式”的形式，從而保證施工管理人員能夠快速、準確地認知模型。 為體現(xiàn)構件對象在BIM 平臺中的唯一性，構件編碼應該涵蓋工程建設基本信息。具體的構件命名規(guī)則為： 公路隧道工程名稱首字母+公路隧道構件類型的首字母+對應圍巖級別首字母+公路隧道構件襯砌具體種類。如本工程復合襯砌隧道體系中的超前注漿小導管，其種類就為SA5a，構件的代碼具體為LX-CQXDG-SA5a-263，其中LX 標識工程名稱，SA5a 標識對應圍巖等級，SA5a 標識構件的具體種類，263 表示構件的基本參數(shù)[1]。

2.2 BIM 構件精度

BIM 構件精度主要是指構件模型的精細化程度，在“LOD”等級規(guī)則中，BIM 模型的精度被認定為100/200/300/400/500 五個等級。 本工程的BIM模型精度基于“LOD”等級確定，同時針對工程建設的各個階段，將BIM 模型的精度進一步細化，以保證BIM 模型能夠詳細表現(xiàn)出各個階段不同的信息，滿足各個階段施工管理的要求。

BIM 技術不同于常規(guī)的CAD 技術及3DMAX效果圖，其本質是一個由多元化信息構成的信息綜合體，然后以BIM 3D 模型的方式表現(xiàn)出來，模型構件對應一套完善的三維圖紙。 一般情況下，BIM 模型可分為特定BIM 模型或常規(guī)BIM 模型， 常規(guī)的BIM 模型能夠直接在數(shù)據(jù)庫中找到并調(diào)用，通過設置完善的參數(shù)來對模型進行控制，以揭示模型本身的實用性及獨特性。特定的BIM 模型則需要施工管理人員根據(jù)現(xiàn)場的實際施工情況構建。 本工程完全參考我國現(xiàn)行的公路隧道工程施工規(guī)范、施工技術標準及工程施工組織設計方案等，根據(jù)隧道構件的功能劃分多種BIM 模型構件，并對BIM 模型構件的空間形狀、信息屬性進行界定。

以隧道主體結構為例，其常規(guī)構件涵蓋錨噴體系錨桿、管棚、隧道檢修道口、排水體系、中央排水管、工字鋼拱架等，設備主要包括信號燈等，在工程建設的過程中，根據(jù)實際情況來協(xié)調(diào)各類機械設備的施工空間需求是保證施工質量、施工效率、施工安全的主要手段。 以“施工組織設計方案”為基礎，在施工前期，根據(jù)隧道的掘進施工配置挖掘機及混凝土攪拌機、渣土運輸車、除渣車等，將公路隧道建設過程直觀化，模擬展現(xiàn)出工程建設過程中人員調(diào)配的實際情況及設備的使用情況，揭示出在不同工藝條件下的施工安全性、施工效率，檢查交叉施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題，實現(xiàn)施工組織設計方案的全面優(yōu)化， 減少工程中可能會發(fā)生的沖突，消除安全事故隱患。

2.3 隧道參數(shù)集成BIM 模型構建

本工程BIM 模型主要涵蓋環(huán)境模型、隧道圍護模型、施工設施模型。 環(huán)境模型主要為地質模型，用于布置虛擬施工場景，在地質模型中納入地質信息等參數(shù)，用于支持施工組織方案的優(yōu)化；隧道圍護結構模型及施工設施模型，主要用于施工過程控制及施工過程模擬。 具體分為：隧道環(huán)境模型、工程地表模型、支護結構模型、防水排水模型。

公路隧道工程本身具有一定的隱蔽性，公路隧道施工會受到周邊水文地質、地形、地層條件的影響，同時施工活動也會導致這些因素發(fā)生一定的變化。 根據(jù)公路隧道前期地質情況勘查報告，通過構建地層模型及地形模型，針對公路隧道的橫斷面，用顏色、花紋等表現(xiàn)形式來區(qū)分不同地層信息，同時結合現(xiàn)場照片一一對照，施工人員在施工的過程中就能夠直觀地得出周邊環(huán)境的信息數(shù)據(jù)；隧道圍護模型及公路隧道主體結構形成在不同圍巖條件下的橫斷面體系，在施工的過程中，基于BIM 技術拾取各個部分的結構模型，形成虛擬化的施工方案，主要通過構建隧道的主體結構，整合組裝各個BIM 模型庫，在不同的BIM 構件組合下，就可形成一個相對完善的公路隧道結構橫斷面圖。 公路隧道工程本身有著突出的線性特征，且在不同地質條件下、不同水文條件下，施工的控制點存在一定的差異。 本工程充分分析周邊的實際情況，分階段擬合隧道模型，得到完善的主體結構，然后對不同階段的施工方法、安全控制方法進行調(diào)整，以確保工程建設的順利推進；施工設備的BIM 模型構件主要包括模板、機械設備等，是輔助施工管理人員設計施工方案的關鍵要素，如上文所述，施工管理人員以施工組織設計方案為基礎， 確定各個施工范圍內(nèi)的施工設備，同時對施工半徑內(nèi)的施工情況進行建模，得出在施工作業(yè)過程中的空間分布情況，以便于在實際施工的過程中對人員、設備、材料的擺放位置進行調(diào)整，達到提高現(xiàn)場周轉率、施工效率的現(xiàn)實目的；根據(jù)前述方法及BIM 模型的命名方式集成施工模型、環(huán)境模型、設備模型，整合地理坐標信息及隧道里程信息，得出一個貼近公路隧道工程建設實際情況的虛擬化環(huán)境。

3 基于BIM 技術的施工管理優(yōu)化

本工程的施工過程較為復雜，涵蓋鉆孔、爆破、土石方、土體監(jiān)測、材料運輸、復合襯砌、防水、排水、路基施工、路面施工等，是一個多專業(yè)交叉施工的復雜體系。 現(xiàn)場環(huán)境相對復雜，表現(xiàn)出一定的不確定性，在施工管理方面，容易遭遇時間、空間方面的沖突問題，甚至有可能引發(fā)嚴重的安全事故。 并且，開挖、支護相關的地質勘查資料表現(xiàn)出一定的離散性，地質勘查報告中的內(nèi)容可能和實際情況存在一定的差異，所以需要根據(jù)超前的施工狀況分析來實現(xiàn)施工管理優(yōu)化。

基于BIM 技術的施工管理優(yōu)化，主要依靠仿真模型表現(xiàn)出的施工空間、時間維度信息，根據(jù)時間進度的推移來判斷施工過程中各項資源的使用情況及各個部位的施工情況，具體方法為：1）根據(jù)設計圖紙，完善BIM 模型，賦予BIM 模型唯一的施工工序信息、屬性參數(shù)信息、質量信息；2）根據(jù)施工進度和現(xiàn)場人力物力的供應情況， 利用BIM 平臺中的project 功能，調(diào)出與每個施工工序相關的任務項數(shù)據(jù)源，其中涵蓋施工開始時間、完成時間、任務名稱等多個方面的信息；3）采用Autodesk Navisworks 相關工序時間信息內(nèi)容，完善涵蓋工程進度的4D BIM模型，在虛擬仿真過程中推斷工程的進展，找出可能會出現(xiàn)的碰撞問題， 有針對性地采取優(yōu)化措施，公路隧道工程本身的隱蔽性極為突出，但采用BIM技術就能夠在施工前實現(xiàn)超前的預報；4）施工前，針對復雜的技術方法及難以直觀描述的施工過程，利用BIM 平臺進行施工技術交底；5）施工過程中，各參建方可利用BIM 平臺直觀地溝通工程中存在的復雜性問題，進行全面的磋商、研究，找出相應的解決方案；6）在施工現(xiàn)場的安全風險點，設置監(jiān)控裝置，同時將其連接至BIM 平臺，施工管理人員可通過BIM 平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效監(jiān)控，規(guī)避安全事故的發(fā)生。

4 結語

綜上所述，BIM 技術用于公路隧道工程， 能夠解決因公路隧道工程的隱蔽性而導致的諸多問題，并將工序、工期等信息直觀地展現(xiàn)出來，便于施工管理人員優(yōu)化管理措施，實現(xiàn)對現(xiàn)場人力物力的有效調(diào)控，達到確保施工質量、施工進度、施工安全的目的。