基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建模方法研究

吉昊

摘要：為了更好地運用BIM技術(shù)在隧道行業(yè)中，文章基于實際項目，按照隧道結(jié)構(gòu)類型，在Revit中進行洞門、洞身、排水槽等主要組成部分的參數(shù)化建模，并完成各模型間的拼接工作，后利用Lumion軟件對隧道模型進行三維漫游展示，為BIM技術(shù)在隧道行業(yè)中的應(yīng)用提供了一種思路。

Abstract： In order to make better use of BIM technology in the tunnel industry， based on the actual project， according to the tunnel structure type， ?this paper performes the parametric modeling of the main components such as the hole door， the hole body and the drainage channel， and completes the models in Revit. After the splicing work， the Lumion software is used to display the tunnel model in three-dimensional roaming， which provides a way of thinking for the application of BIM technology in the tunnel industry.

關(guān)鍵詞：BIM;隧道模型;三維漫游

Key words： BIM;tunnel model;three-dimensional roaming

中圖分類號：U459.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0188-03

0 ?引言

近年來，隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大大提高了現(xiàn)代交通建設(shè)的要求標(biāo)準(zhǔn)，推動土木工程行業(yè)整體進步。為了滿足施工項目的復(fù)雜多變，BIM技術(shù)應(yīng)運而生，它不僅能將項目的實際信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字模型，還能在項目的生命周期中，有效的進行控制和資源共享。

目前，BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑、機械等行業(yè)得到了迅速的發(fā)展，并取得了一定的成就，然而在鐵路行業(yè)中與其相比，仍還相差甚遠(yuǎn)。中國鐵路總公司及時認(rèn)識到鐵路信息化的重要性，于是在2013年5月召集了各大鐵路設(shè)計院圍繞“鐵路BIM應(yīng)用技術(shù)”進行研討，確定了未來BIM技術(shù)在鐵路應(yīng)用的目標(biāo)，這標(biāo)志著中國鐵路信息化進入了一個全新的發(fā)展階段。

1 ?項目介紹

隧道所處地區(qū)位于陜西省延安市延川縣關(guān)莊鎮(zhèn)甄家灣，雙線高速鐵路隧道，全長4750m。該地區(qū)的坡度較大，隧道進出口坡度約20°，地形起伏明顯，中間地勢高于兩端地勢。隧道所處的地質(zhì)為黃土地區(qū)，土體松散，結(jié)構(gòu)疏松，隧道施工時要將強防護和排水措施，防止黃土下陷等危害。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶值慕y(tǒng)計，該地區(qū)平均氣溫9.7℃，夏季最高40℃，冬季最低-23℃，年降水量550mm。

2 ?隧道方案比選

2.1 洞門選擇

隧道洞門形式的選擇是根據(jù)山體的縱向壓力和地形坡度、地質(zhì)條件所決定的，在鐵路隧道中主要有以下幾種洞門形式進行選擇，如表1所示。

由于甄家灣地區(qū)的地形較陡，受地形條件的限制，且修建隧道較長，應(yīng)采用柱式洞門作為隧道洞門。

2.2 襯砌構(gòu)造

隧道開挖后破壞了原來的地層結(jié)構(gòu)，容易引起洞穴的變形或塌方。為了防止危險的產(chǎn)生，需要在隧道的圓形表面上用混凝土等材料構(gòu)造永久性的支護結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就叫做隧道襯砌。對于不同的圍巖類型可以采用不同的襯砌形式。

在高速鐵路的隧道襯砌中大多為復(fù)合式襯砌，如圖1所示，所以在本隧道用也采用復(fù)合式襯砌。初次襯砌時采用噴錨支護，其優(yōu)點是支護作用快，能與圍巖緊密貼合，從而在加固圍巖的同時，使圍巖更好的發(fā)揮自承作用。二次襯砌采用混凝土襯砌，防止外層風(fēng)化，使表面平順光滑，外觀視覺較好，提高給人的安全感。

2.3 橋隧與隧道連接

鐵路中的各工程建筑物都是相互關(guān)聯(lián)的，隧道也不可能只是一個獨立的工程，需要與其它工程建筑進行對接。在甄家灣隧道中就存在橋隧連接的安全問題，為保證工程的可靠性，緩坡地段需要在橋隧連接處放置隧道口過渡板，提高列車通行時的穩(wěn)定性。陡坡地段往往存在卸載問題，為了防止后期運營時水平荷載引起的卸荷裂縫，施工時需將橋臺延長跨過裂縫帶，進入隧道內(nèi)部，從而減小裂縫的影響。

3 ?BIM建模

3.1 建模方法研究

在BIM平臺中的多種軟件中，使用Revit進行建模，其具有結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)模型的強大工具，可以將復(fù)雜模型進行參數(shù)化處理，并且Revit也是在BIM化設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的建模軟件。

一個完整的隧道模型并不是一步構(gòu)建而成的，需要將隧道拆分成洞門、翼墻、排水孔等，然后在Revit中建族拼接，構(gòu)建出一個完整的隧道模型。建模方法如圖2所示。

3.2 洞門建模

在使用Revit進行建模之前，通常需要進行環(huán)境的選擇，也就是根據(jù)各專業(yè)要求打開不同的樣板文件，在本項目中打開的是“結(jié)構(gòu)樣板”。建模環(huán)境選擇完成后，將CAD文件導(dǎo)入Revit中，使用“拾取線”工具構(gòu)建一個封閉的洞門區(qū)域，然后根據(jù)側(cè)面圖的具體參數(shù)要求，對洞門進行厚度的調(diào)整。

對排水溝、翼墻等模型的構(gòu)建也是按上述方法進行操作，但要注意模型在左右立面的放置。由于隧道排水孔比較特殊，需要手動進行空心拉伸。如圖3所示。

3.3 洞身放樣

洞身模型的構(gòu)建與前文中的方法不太一樣，因為完整的隧道模型中含有曲線地段，如果使用拉伸功能則不能與實際線路走向相一致，所以為了滿足線路走向的要求，需要在Revit利用原有的隧道路線進行二次路徑繪制。具體操作如下：首先，新建族并在樓層平面的參照標(biāo)高中插入CAD線路圖，注意單位為cm;然后，在右立面中載入隧道的放樣輪廓進行編輯;最后，利用Revit中的“繪制路徑”工具，使用拾取線對已有線路上的各段路徑進行拾取，注意在拾取時需要按住shift鍵，不然得不到一條完整的曲線線路。最終洞身樣式如圖4所示。

3.4 模型參數(shù)化

在模型構(gòu)建過程中，需要按照設(shè)計要求進行各項參數(shù)的調(diào)整，參數(shù)主要分為兩類，一種是幾何元素間的連續(xù)幾何信息，這種參數(shù)固定。另一類是模型的各種尺寸值可以人為的進行調(diào)整，稱為可變參數(shù)。通過Revit中的“添加參數(shù)”工具，對模型進行參數(shù)化處理。為了提高模型的真實性，還可以自由選擇模型的使用材料，在此設(shè)計中，洞門和洞身都選用C30混凝土作為建筑材料。

3.5 項目構(gòu)建

通過上文已經(jīng)完成了隧道整體模型的構(gòu)建，但單獨的隧道模型不能體現(xiàn)工程項目的實際性，所以為了能夠更好的表現(xiàn)隧道所處地區(qū)的地質(zhì)和地形信息，需要在Revit中建立地形模型。具體操作就是將只含等高線圖層的CAD文件導(dǎo)入Revit中，進行曲面的創(chuàng)建并為其添加材質(zhì)參數(shù)信息，隨后將已經(jīng)建好的隧道模型插入地形模型中，如圖5所示。

4 ?BIM模型的三維漫游

Lumion作為一款強大實時表現(xiàn)軟件，不僅能夠制作3D動畫，還可以導(dǎo)入已有模型進行材質(zhì)和場景模型的更換。Lumion其最大的優(yōu)點在于它能短時間制造出驚人的建筑可視化效果，為設(shè)計者節(jié)省時間和金錢，使工程項目人員更直觀、形象的了解工程物全貌。具體操作如下：

在制作三維漫游時需要注意，由于隧道長度達(dá)4km，計算機顯卡、CPU難以承受，所以需要進行比例的縮小。最后使用Lumion中的錄像功能進行漫游，完成動畫的制作，如圖6所示。

5 ?結(jié)論

本文基于實際項目，根據(jù)地質(zhì)情況進行隧道洞門和襯砌方案的選擇，并分別介紹了橋隧在不同坡度時連接的兩種方案，隨后利用Revit軟件構(gòu)建三維隧道模型，并通過三維漫游軟件直觀地展示了建筑物細(xì)部結(jié)構(gòu)。相對于傳統(tǒng)的二維圖紙而言，三維模型不僅能提高項目的工作效率，還能減少施工錯誤，更好地提高項目的可靠性。

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