公路隧道設(shè)計BIM 技術(shù)應(yīng)用

中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司/ 趙健

引言

公路隧道設(shè)計屬于系統(tǒng)性的工作，在實踐的階段中涉及到的設(shè)計參數(shù)比較多。因此在該項工作開展時，需要利用BIM 技術(shù)提高公路隧道設(shè)計水平，使其能夠滿足公路隧道建設(shè)的要求。所以對BIM 技術(shù)的應(yīng)用情況分析探尋出更為科學(xué)有效的設(shè)計方案，是本文的研究重點。

一、BIM技術(shù)概述

建筑信息模型是現(xiàn)代社會建筑設(shè)計中非常重要的工具之一，其有效的取代傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計模板所不能實現(xiàn)的精細(xì)化管理的缺陷，應(yīng)用效果非常好。技術(shù)人員投入較大的力量進行研發(fā)和應(yīng)用，BIM 技術(shù)不僅僅實現(xiàn)信息軟件與模型，是建筑與工程管理的重要工具之一，其可以應(yīng)用工程信息激素，實現(xiàn)建筑工程實施環(huán)節(jié)的建模、框架化，促進施工效率和質(zhì)量的提升，設(shè)計也更加的準(zhǔn)確。因為建模方案主要是在后臺存檔的方式進行，后期項目維護與升級更加的方便。同時，BIM技術(shù)可以進行項目成本的控制，實現(xiàn)資源科學(xué)合理的優(yōu)化配置，并且通過物理與功能特性的表達，以數(shù)字化形式展開分析和研究。BIM 模型是三維可視化數(shù)字模型應(yīng)用的，利用創(chuàng)建面向工程結(jié)構(gòu)化的對象模型信息，直接可視化建設(shè)與管理，做好成本、材料、進度、工程量計算與分析，促進隧道施工水平的提升，滿足交通運行需要。

二、BIM技術(shù)在公路隧道設(shè)計的應(yīng)用

（一）應(yīng)用BIM 技術(shù)實現(xiàn)三維模型設(shè)計

BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計應(yīng)用到公路隧道項目設(shè)計中，具體可以從局域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計、廣域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計的角度出發(fā)開展進行。這兩者的設(shè)計從原理、流程等方面分析，并不存在明顯的差異，簡單的說，局域網(wǎng)的設(shè)計就是利用局域網(wǎng)作為基礎(chǔ)來實現(xiàn)三維信息模型的設(shè)計，應(yīng)用到公路隧道項目的設(shè)計中，不同設(shè)計人員的設(shè)計內(nèi)容是不同的，其主要的工作原理就是設(shè)計人員掌握不同設(shè)計資料，然后將局域網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)進行匯總、傳輸和應(yīng)用，讓公路隧道項目以三維模型顯示出來。在設(shè)計方案的進行中，設(shè)計人員需要利用局域網(wǎng)完成信息的傳輸和交流，達到數(shù)據(jù)共享的標(biāo)準(zhǔn)，如果要進行設(shè)計方案的修改，應(yīng)該給予相應(yīng)的授權(quán)，這種局域網(wǎng)協(xié)同設(shè)計的方式，設(shè)計信息數(shù)據(jù)不會輕易發(fā)生改變，讓公路隧道設(shè)計更加具備科學(xué)性與準(zhǔn)確性。廣域網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計主要的差異就是不同局域網(wǎng)的信息共享與交流方面，而是通過服務(wù)器的方式進行保存與處理，將全部的信息模型得以有效的應(yīng)用，設(shè)計人員應(yīng)該通過服務(wù)器的方式掌握全部的模型資料，為設(shè)計方案的應(yīng)用提供基礎(chǔ)條件。

（二）基于BIM 技術(shù)的三維施工模擬

BIM 技術(shù)不僅僅能夠達到三維模型設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，同時還可以進行施工模擬與分析。在公路隧道設(shè)計方案進行中，設(shè)計人員通過應(yīng)用BIM 技術(shù)實現(xiàn)模擬，構(gòu)建出隧道掘進施工的模型，模擬整個掘進的過程中，可以準(zhǔn)確的分析和判斷地質(zhì)條件，確定項目施工是否達到安全性、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，隨時掌握隧道內(nèi)壁的受力條件，讓襯砌設(shè)計方案更具科學(xué)性與合理性，完全達到現(xiàn)場施工安全性的要求。公路隧道工程建模的主要目的就是進行現(xiàn)場施工工序的合理分配與設(shè)計，防止在現(xiàn)場施工發(fā)生嚴(yán)重的沖突，消除干擾和沖突的問題，讓項目順利開展。

BIM 技術(shù)進行現(xiàn)場施工模擬分析，其主要的優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)設(shè)計方案的分析和研究，了解設(shè)計意圖和設(shè)計理念，希望可以達到預(yù)期的目標(biāo)，符合隧道設(shè)計目標(biāo)和要求，尤其是在公路隧道項目的施工環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，設(shè)計內(nèi)容也會更加復(fù)雜。如果應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計模式，施工人員并不能充分了解施工圖的順序，施工意圖的表達也不夠清晰，施工的質(zhì)量以及進度方面難以從根本上確定。從這一方面展開分析，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)三維模擬分析，實現(xiàn)動態(tài)化模擬，實現(xiàn)施工過程的細(xì)化與分析，讓工作人員充分了解和掌握施工工序和狀態(tài)條件，結(jié)合具體的情況做出詳細(xì)的分析，保證公路隧道項目順利實施。

（三）應(yīng)用BIM 技術(shù)進行公路隧道三維模型創(chuàng)建

在三維模型創(chuàng)建的階段中，對于BIM 技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)項目的實際要求將針對性的地質(zhì)模型構(gòu)建出來，并且在應(yīng)用輔助軟件對涉及到的參數(shù)進行處理，如此才能夠保證公路隧道的設(shè)計效果達到實際需求。

1.建立地質(zhì)模型。地質(zhì)模型的創(chuàng)立應(yīng)該在地質(zhì)剖面圖和鉆孔數(shù)據(jù)作為分析的基礎(chǔ)和依據(jù)，然后可以創(chuàng)建出完善的巖層樁模型圖結(jié)構(gòu)，然后以工程界限內(nèi)數(shù)據(jù)分析研究了解地質(zhì)條件，根據(jù)需要進行切割加厚處理，讓不同地質(zhì)條件下的模型得到有效控制，在模型內(nèi)可以進行不同巖層與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，建立起完善的地質(zhì)模型和資料庫。地質(zhì)模型建立流程如下所示：首先地質(zhì)條件數(shù)據(jù)分析和勘查，在獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)條件下，創(chuàng)建地形曲線信息；其次，把巖層的鉆孔數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)降匦吻婺Ｐ蛢?nèi)，把各個鉆孔獲取的巖層數(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)內(nèi)，主要的方式就是根據(jù)某巖層鉆孔數(shù)據(jù)錄入要求進行，先對各個鉆孔獲取的地質(zhì)信息做好記錄，再分別鉆入到各個地層條件中，記錄好地面高差的數(shù)據(jù)信息，掌握地質(zhì)層厚度和距地高度，然后進行地形曲面和鉆孔截面的剪切處理，然后調(diào)整Z值，建立初步巖層柱狀模型；以相同的方式把其他的鉆孔數(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)內(nèi)，把獲取后的不同柱狀巖層模型連接形成整體系統(tǒng)，并且構(gòu)建出完善的地質(zhì)三維模型系統(tǒng)。為了保證地質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息達到準(zhǔn)確性要求，需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)補勘鉆孔，提高模型數(shù)據(jù)精度，符合模型創(chuàng)建需要。

2.借助CivilStation Designer 軟件把隧道斷面模板批量形成，按照隧道走向的發(fā)展，在Bentley Power Civil 中創(chuàng)建隧道路線文件，把斷面模板和路線文件匯合形成整體文件，建立起隧道模型，根據(jù)斷面模板逐步深化模板庫，讓后續(xù)的修改以及更新工作可以順利地完成。斷面模板應(yīng)用之后，利用各級圍巖襯砌支護措施，讓隧道結(jié)構(gòu)模型達到可視化要求。

3.傳統(tǒng)二維模式設(shè)計時，鋼筋、型鋼等交叉工藝不明確，工程量計算也容易存在很大的差異，應(yīng)用BIM 技術(shù)實現(xiàn)可視化分析，可以進行交叉的精確設(shè)計，還可以統(tǒng)計分析工程量數(shù)據(jù)信息，提高隧道內(nèi)模型精準(zhǔn)的連接，徹底解決和處理目前傳統(tǒng)模式設(shè)計意圖表達不準(zhǔn)確的情況。

4.隧道洞口模型的建立。綜合分析隧道洞口地形、地質(zhì)以及水文狀況等要素，隧道洞口進行開挖施工應(yīng)該達到邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，還要保證洞口排水性滿足要求，根據(jù)需要創(chuàng)建隧道洞口三維模型的創(chuàng)立，可以在模型中真實體現(xiàn)出洞口仰坡高度、坡度等地形條件信息，然后就可以明確洞口的結(jié)構(gòu)形式，消除傳統(tǒng)設(shè)計中的不足，提高設(shè)計準(zhǔn)確性，保證設(shè)計效果和質(zhì)量。

5.BIM 技術(shù)在管道優(yōu)化中的應(yīng)用。進行科學(xué)合理的規(guī)劃，才能保證施工進度，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)有效應(yīng)用。通過BIM 技術(shù)的合理使用，使項目施工環(huán)節(jié)的效果得到提升，保證各個專業(yè)有效溝通，防止存在重復(fù)性作業(yè)的情況，讓項目施工進度得到改善和提升。本項目管線分布復(fù)雜性較高，周邊有很多民用建筑，所以管線搬遷、操作難度較高。工程技術(shù)人員應(yīng)用BIM 技術(shù)，明確管線搬遷的計劃，以工程具體情況，制作出管道搬遷模型，符合現(xiàn)場施工的需要。同時應(yīng)用BIM 技術(shù)后，可以消除以往工程管線碰撞的問題，保證管線的施工更加順暢，提高管線安裝質(zhì)量效果，完全達到工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、建議分析

（一）對于BIM 技術(shù)而言，在我國公路隧道工程設(shè)計階段，該技術(shù)的應(yīng)用還是比較晚，未能形成統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使得公路隧道設(shè)計框架具備一定的難度，嚴(yán)重的影響到了設(shè)計的效率，不能夠?qū)IM 技術(shù)的優(yōu)勢切實發(fā)揮出來。所以針對此類問題在具體操作的階段中相關(guān)單位需要構(gòu)建針對性的標(biāo)準(zhǔn)體系，以保證BIM技術(shù)能夠得到深入應(yīng)用，提高技術(shù)的應(yīng)用效果，強化公路隧道設(shè)計的水平。

（二）在當(dāng)前公路隧道的設(shè)計階段中，BIM 技術(shù)只是作為一種建模工具進行利用的，應(yīng)用普遍性不高，這就導(dǎo)致BIM 技術(shù)的施工模擬、資料庫功能未能充分發(fā)揮出來。并且由于BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件，例如Autodesk 平臺、Bentley 平臺未能夠與BIM 技術(shù)良好的銜接在一起，導(dǎo)致信息的導(dǎo)入以及導(dǎo)出不具備完整性。所以針對這方面的問題，相關(guān)單位需要根據(jù)實際情況，在總結(jié)隧道工程項目特點的基礎(chǔ)上做好統(tǒng)一的平臺構(gòu)建。保證各方面的參數(shù)以及不同平臺都能夠?qū)崿F(xiàn)交流共享，提高技術(shù)的應(yīng)用銜接性，以保證技術(shù)的作用能夠全面的發(fā)揮。

（三）對于隧道公路設(shè)計項目而言，在實踐階段中設(shè)計水平的高低直接與BIM 技術(shù)的應(yīng)用方式有著一定聯(lián)系。由于隧道工程師在具體設(shè)計的階段中應(yīng)用到的施工參數(shù)是非常多的，如果相關(guān)的建設(shè)部門對于信息了解不夠通暢，就會導(dǎo)致許多方面的建設(shè)效果達不到實際要求。所以針對此類問題，在實踐階段，相關(guān)管理部門需要綜合實際情況，做好管理模式轉(zhuǎn)變以及創(chuàng)新，通過利用BIM 技術(shù)將各種管理效果發(fā)揮出來，如此才能夠保證參建單位的信息達到共享，提高整體設(shè)計的效果。

四、結(jié)語

綜上所述，公路隧道設(shè)計中應(yīng)用BIM 技術(shù)之后，可以實現(xiàn)設(shè)計流程和方式的優(yōu)化，使設(shè)計人員工作效率得到提升，設(shè)計水平和質(zhì)量有明顯提升，完全表達出設(shè)計意圖，提高公路隧道項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，為公路隧道項目順利建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。