基于BIM技術(shù)的隧道工程應(yīng)用探究

趙程俊

隧道是在進(jìn)行道路交通工程建設(shè)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)地面交通通暢運(yùn)轉(zhuǎn)且免受破壞，或應(yīng)對山區(qū)、水路等復(fù)雜地理環(huán)境而建立的一類交通形式。隧道工程的建設(shè)過程極具挑戰(zhàn)性，主要由于隧道工程通常所處施工區(qū)域環(huán)境因素惡劣、水文等地質(zhì)情況復(fù)雜、作業(yè)難度大、施工工序多、實(shí)施工程量大，為有效提升隧道工程的安全和質(zhì)量，應(yīng)保證工程實(shí)施主體具備高水平管控能力和技術(shù)施工能力。將BIM技術(shù)應(yīng)用于隧道工程建設(shè)中，可科學(xué)提高工程實(shí)施、管理的效率和質(zhì)量，為工程的有序發(fā)展提供技術(shù)支持。本文首先介紹了BIM技術(shù)應(yīng)用原理，分析了隧道工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性，在論述了BIM技術(shù)在隧道工程中應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，針對BIM技術(shù)在隧道工程的實(shí)際應(yīng)用展開探究，以為相關(guān)隧道工程的有序?qū)嵤┨峁﹨⒖肌?/p>

在現(xiàn)實(shí)工程中應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)勢明顯，其既可以準(zhǔn)確預(yù)測判定工程項(xiàng)目施工作業(yè)的工程量，針對當(dāng)前工程實(shí)施進(jìn)度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，還可以有效監(jiān)管工程施工材料的使用狀況，實(shí)現(xiàn)協(xié)助施工方實(shí)現(xiàn)成本估算和控制，以利用搭建信息化數(shù)字模型協(xié)助工程作業(yè)人員更全面地掌握和估算工程相應(yīng)工況信息。在隧道工程的管理及實(shí)施過程中應(yīng)用BIM技術(shù)是全過程、立體化的，其可有效提升施工效率和施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)工程安全、質(zhì)量、使用資源等的有效管控，對隧道工程建設(shè)提供有利幫助。

一、BIM技術(shù)應(yīng)用原理

BIM技術(shù)是通過為各類建筑工程搭建的立體化三維數(shù)字建筑信息模型，從而協(xié)助工程有效實(shí)施和管理的一類信息應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)用時(shí)應(yīng)基于通過全面收集工程所需的各類信息、數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建包括工程建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)施、構(gòu)件等的三維立體模型，模擬仿真出對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并通過數(shù)字模式展現(xiàn)，以有效協(xié)助工程的保質(zhì)高效推進(jìn)。利用BIM技術(shù)收集的建筑工程數(shù)據(jù)間是存在關(guān)聯(lián)性的，相關(guān)人員可隨時(shí)通過調(diào)取和利用收集的關(guān)聯(lián)信息，實(shí)現(xiàn)對工程實(shí)際情況的數(shù)據(jù)模型模擬，將工程的各類突出特征直觀呈現(xiàn)到三維模型中。其具體實(shí)現(xiàn)原理是：相關(guān)人員將工程所需的各類關(guān)聯(lián)信息輸入至BIM軟件系統(tǒng)，利用軟件的數(shù)字化功能實(shí)現(xiàn)信息的有序歸類、整合、分析，進(jìn)而模擬出匹配工程實(shí)際的三維立體模型。同時(shí)，建筑工程設(shè)計(jì)人員還可將工程施工工序、工藝、材料等數(shù)據(jù)輸入至BIM軟件系統(tǒng)，針對工程的實(shí)施過程開展建模，以實(shí)現(xiàn)工程的方案設(shè)計(jì)、成本預(yù)算控制等。在隧道工程正式實(shí)施前通過BIM技術(shù)進(jìn)行信息模型構(gòu)建，能夠有效提升工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和效率，科學(xué)應(yīng)用到工程實(shí)施當(dāng)中，以保證工程設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量。

二、隧道工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性

常規(guī)的道路交通領(lǐng)域因受設(shè)計(jì)、施工技術(shù)所限，多使用平面二維的出圖方式，方案設(shè)計(jì)人員需要憑借所掌握的知識和經(jīng)驗(yàn)將工程的立體結(jié)構(gòu)和想法在平面二維圖紙中體現(xiàn)，對技術(shù)人員的專業(yè)能力和經(jīng)驗(yàn)積累要求較高，其復(fù)雜過程也為具體實(shí)施增加難度。隨著國內(nèi)道路交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越發(fā)全面，隧道工程的建設(shè)量也逐年增加。應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的隧道工程設(shè)計(jì)施工過程中，由于工程地點(diǎn)多在地質(zhì)條件多變、地形地貌崎嶇復(fù)雜的區(qū)域，如依舊使用平面二維施工設(shè)計(jì)方式，無法實(shí)現(xiàn)對涉及因素實(shí)施全面考量，極易因理解偏差為后續(xù)的實(shí)施形成難度，導(dǎo)致隧道工程設(shè)計(jì)方案問題較多，質(zhì)量難以得到保證。BIM技術(shù)具備了可視化、易操作協(xié)調(diào)、建模精準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)一致性等技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用到工程中，可協(xié)助參建人員在模型構(gòu)建、設(shè)計(jì)深化等方面實(shí)施分析研究，有效提升工程設(shè)計(jì)的仿真度和準(zhǔn)確性，保證了施工的效率和質(zhì)量，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用范圍?？梢娫谒淼拦こ讨袘?yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)勢明顯，能夠有效提升隧道工程的設(shè)計(jì)、施工實(shí)施效果，對保證隧道工程高質(zhì)量建設(shè)具有一定的實(shí)踐意義。

三、BIM技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用場景分析

1.隧道工程施工前應(yīng)用管理

（1）協(xié)助圖紙?jiān)O(shè)計(jì)審核

在隧道工程施工設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)可有效提升工程設(shè)計(jì)效果，實(shí)現(xiàn)三維立體化數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建。相比于常規(guī)傳統(tǒng)的二維平面工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，其工程設(shè)計(jì)相關(guān)信息不得不通過繁瑣復(fù)雜的方式完成呈現(xiàn)，通過BIM技術(shù)軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模型信息的三維可視化，因此，可將工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中存在的問題更清晰的展現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員可快速準(zhǔn)確地找出工程設(shè)計(jì)中的不足之處，及時(shí)有效地完成設(shè)計(jì)方案糾正，對設(shè)計(jì)內(nèi)容的不足之處進(jìn)行科學(xué)改良，進(jìn)而形成完善的隧道工程設(shè)計(jì)方案，以減少工程設(shè)計(jì)施工中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，為隧道工程建設(shè)質(zhì)量的保證提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件，有效降低了工程返工的幾率。

（2）BIM模型構(gòu)建

在隧道工程中應(yīng)用BIM技術(shù)軟件系統(tǒng)的建模功能，可將工程數(shù)據(jù)清晰呈現(xiàn)，所以，在隧道工程模型構(gòu)建時(shí)應(yīng)綜合分析不同影響因素。由于隧道工程與常規(guī)建筑工程相比具有特殊性，其一般情況下應(yīng)具備相當(dāng)?shù)氖┕だ锍?，在如此距離的建設(shè)跨度范圍內(nèi)，提升了環(huán)境因素對隧道工程施工的影響。針對如此情況，BIM模型搭建的數(shù)量也隨之增多，相對復(fù)雜的施工環(huán)境也對隧道工程BIM立體模型的創(chuàng)建提出了挑戰(zhàn)，為保證隧道模型的構(gòu)建質(zhì)量和效果，應(yīng)保證公路隧道工程涉及相關(guān)數(shù)據(jù)全面地收集、整理、統(tǒng)計(jì)，同時(shí)應(yīng)全面綜合考量隧道工程各方影響因素，以全面展現(xiàn)工程信息，提升模型準(zhǔn)確性。另外，在進(jìn)行隧道工程BIM模型構(gòu)建時(shí)還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際綜合分析潛在影響因素，合理錄入隧道工程的建模數(shù)據(jù)，以提升模型建立的全面性、準(zhǔn)確性。

（3）隧道工程場地優(yōu)化

在實(shí)施隧道工程施工建設(shè)過程中，受復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境和地質(zhì)條件等因素影響，為工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工提出了挑戰(zhàn)，因此，應(yīng)借助有效的技術(shù)手段改善作業(yè)環(huán)境，提升工程施工效率。在隧道工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，配合將前期的環(huán)境勘察數(shù)據(jù)錄入到BIM軟件系統(tǒng)中，對隧道建設(shè)環(huán)境實(shí)施模型建立，使隧道不同位置環(huán)境得以全方位模擬呈現(xiàn)，并將具備位置環(huán)境實(shí)施統(tǒng)一拼接整合處理，從而模擬構(gòu)建出整體性隧道工程施工環(huán)境。通過對隧道工程環(huán)境的建模模擬，參建人員可更全面系統(tǒng)地掌握工程場地作業(yè)環(huán)境，針對模型呈現(xiàn)出的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使管理人員更科學(xué)地掌握隧道工程場地的實(shí)際優(yōu)缺點(diǎn)，通過可視化BIM軟件及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工環(huán)境暴露的不足，分析制定施工現(xiàn)場改進(jìn)方案，進(jìn)而協(xié)助隧道工程場地建設(shè)施工，為隧道工程建設(shè)提供保障。

2.隧道工程施工質(zhì)量管理

（1）構(gòu)建專屬協(xié)同管理平臺

針對隧道工程實(shí)施工程管理的關(guān)鍵是工程的質(zhì)量管理。在隧道工程工程中應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建具備工程管理功能的專屬協(xié)同管理平臺，以更好地協(xié)助項(xiàng)目管理者完成工程質(zhì)量管理工作。將科學(xué)的管理措施錄入BIM系統(tǒng)專屬協(xié)同管理平臺，利用平臺軟件提升工程管理的規(guī)范性和整合能力，將多項(xiàng)管理工作聯(lián)動整合。同時(shí)，通過借助事先建立好的隧道工程BIM模型，融入安全管理實(shí)施要點(diǎn)，加強(qiáng)工程重點(diǎn)、難點(diǎn)工序的關(guān)注度，通過科學(xué)的管理及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱藏的安全問題。通過將專屬協(xié)同管理平臺同互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)際工程質(zhì)量監(jiān)督過程中如發(fā)現(xiàn)存在施工問題，可通過互聯(lián)網(wǎng)移動終端向?qū)賲f(xié)同管理平臺進(jìn)行問題反饋，通過平臺科學(xué)的整合、分析，協(xié)助隧道工程管理人員全面準(zhǔn)確地掌握工程實(shí)施情況和問題，通過及時(shí)的工程方案調(diào)整和完善實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問題的快速處理。

（2）模擬、管理實(shí)際工況

在隧道工程的實(shí)際施工過程中，項(xiàng)目施工的實(shí)際工況通常同施工設(shè)計(jì)方案有所差別，所以，技術(shù)人員應(yīng)針對實(shí)際隧道工程建設(shè)過程實(shí)施動態(tài)模擬，應(yīng)對建設(shè)過程的各個(gè)關(guān)鍵時(shí)期和重要施工工序?qū)嵤┠M。嚴(yán)格落實(shí)監(jiān)督監(jiān)測工作，及時(shí)排查質(zhì)量問題，分析問題發(fā)生的原因。檢測各個(gè)施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提升施工材料的利用率，合理分配手工機(jī)械設(shè)備工具及施工材料，以協(xié)助工程管理人員更充分地了解隧道工程實(shí)際工控，進(jìn)而履行完備的管理方案。

四、BIM技術(shù)在隧道工程的實(shí)際應(yīng)用

1.實(shí)際應(yīng)用過程中的典型問題

將BIM技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際隧道工程過程中，還存在諸多實(shí)際問題，由于BIM技術(shù)在隧道工程應(yīng)用的時(shí)間不長，其應(yīng)用水平還有待加強(qiáng)。在參建人員對傳統(tǒng)常規(guī)作業(yè)環(huán)境相對熟悉的情況下，對掌握BIM技術(shù)還需要一定的時(shí)間，因此，隧道工程技術(shù)人員對BIM技術(shù)理念認(rèn)知度和使用積極性普遍偏低，甚至?xí)嬖诘钟|心理。應(yīng)積極提升參建人員對BIM技術(shù)的認(rèn)知，科學(xué)指導(dǎo)BIM技術(shù)的性能優(yōu)勢，提高項(xiàng)目參建人員對技術(shù)的關(guān)注程度，通過對BIM技術(shù)的科學(xué)利用有效提升實(shí)際作業(yè)人員的工作效率，減少實(shí)際作業(yè)工作量，使其體會到BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，提升其對BIM技術(shù)的認(rèn)可。由于BIM技術(shù)自身發(fā)展存在局限性，相應(yīng)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)尚需健全，這也對隧道工程項(xiàng)目大數(shù)據(jù)的建設(shè)形成局限，與隧道工程建設(shè)初衷存在偏差。由于BIM技術(shù)應(yīng)用時(shí)間尚短，其所具備的智能化特征還不夠完善，很多功能應(yīng)用還需要進(jìn)一步完善和發(fā)展，由于現(xiàn)有BIM技術(shù)對工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的模擬化相對成熟，但對工程施工的進(jìn)展展現(xiàn)還需要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，因此，應(yīng)努力提升工程項(xiàng)目實(shí)施過程中的延遲或者提前的情況。

2.BIM技術(shù)在隧道工程的應(yīng)用原則

為有效在隧道工程中深入應(yīng)用BIM技術(shù)，應(yīng)在完善建模標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范化。另外，工程管理方應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)的收集和解決問題方案庫的健全補(bǔ)充，提升數(shù)據(jù)信息的獲取能力和管理能力，有效積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為隧道參建企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。秉承全過程監(jiān)控的原則，保證各項(xiàng)措施在隧道工程建設(shè)過程的落實(shí)度，提升模型的可視化效果，通過技術(shù)創(chuàng)新彌補(bǔ)現(xiàn)有BIM技術(shù)智能化應(yīng)用性不足的現(xiàn)狀。

3.BIM技術(shù)在隧道施工的實(shí)際應(yīng)用

（1）BIM技術(shù)在隧道工程設(shè)計(jì)復(fù)核的應(yīng)用

通過環(huán)境勘探無人機(jī)對隧道地理環(huán)境實(shí)施數(shù)據(jù)收集，利用BIM技術(shù)完成隧道的模型建立，利用BIM軟件系統(tǒng)的模型碰撞功能完成設(shè)計(jì)的復(fù)核，復(fù)核內(nèi)容主要為關(guān)鍵工序的準(zhǔn)確定位、隧道土方量的準(zhǔn)確核算等。通模型碰撞分析確定隧道工程設(shè)計(jì)的不足，制定改良設(shè)計(jì)方案，以為后續(xù)的施工順利實(shí)施提供基礎(chǔ)，同時(shí)避免因設(shè)計(jì)欠缺合理性原因?qū)е碌某杀咎岣摺Ｓ行Ы档鸵蛟O(shè)計(jì)變更導(dǎo)致的工期延誤，保證隧道工程實(shí)施進(jìn)度依據(jù)計(jì)劃時(shí)間點(diǎn)完成。即通過隧道BIM模型實(shí)現(xiàn)工程的判斷預(yù)知，利用模型碰撞發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)盲區(qū)。

（2）BIM技術(shù)在隧道工程三維可視技術(shù)交底的應(yīng)用

通過可視化動畫模型創(chuàng)建，形成三級技術(shù)交底，以保證針對隧道工程模擬的工序更加清晰直觀，使得作業(yè)班組更清晰準(zhǔn)確地掌握施工中的關(guān)鍵作業(yè)工藝技術(shù)。通過BIM軟件系統(tǒng)的交底，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工程管理人員對工程安全，質(zhì)量和進(jìn)度的可控性。利用BIM軟件VR功能保證個(gè)參建人員有效融入隧道施工中，掌握關(guān)鍵工程工序和作業(yè)重點(diǎn)，確保施工質(zhì)量。

（3）BIM技術(shù)在隧道工程隧道開挖支護(hù)的應(yīng)用

隧道工程的開挖支護(hù)作業(yè)是施工全過程的關(guān)鍵工序，保證開挖及支護(hù)的質(zhì)量和安全是工程實(shí)施的重點(diǎn)，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工模型創(chuàng)建，利用施工設(shè)計(jì)圖紙對隧道的預(yù)先支護(hù)實(shí)施試驗(yàn)碰撞，準(zhǔn)確布設(shè)錨桿距離，避免因錨桿同拱形骨架的沖突導(dǎo)致的錨桿間距不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致支護(hù)受力不均，導(dǎo)致應(yīng)力失衡。利用BIM軟件系統(tǒng)的預(yù)先支護(hù)模擬，對支護(hù)方案的可行性與科學(xué)性進(jìn)行論證，配合使用地質(zhì)雷達(dá)對預(yù)先支護(hù)方案實(shí)施預(yù)警，保證隧道參建人員的施工安全。

（4）BIM技術(shù)的隧道施工進(jìn)度模擬的應(yīng)用

應(yīng)用BIM軟件系統(tǒng)進(jìn)行隧道施工進(jìn)度的模擬，通過加入工程靜態(tài)進(jìn)度數(shù)據(jù)，形成施工進(jìn)度模型，以可更直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)隧道工程項(xiàng)目的施工動態(tài)進(jìn)程，工程管理人員針對資源調(diào)配、成本分析、施工進(jìn)度等內(nèi)容實(shí)施BIM軟件系統(tǒng)可視環(huán)境下的集成化的信息管理，可有效減少施工周期，降低施工成本。

五、結(jié)語

將BIM技術(shù)應(yīng)用到隧道工程建設(shè)中，可有效提升工程實(shí)施、管理的效率及質(zhì)量，為保證工程的順利實(shí)施提供技術(shù)幫助。本文在分析BIM技術(shù)應(yīng)用原理及隧道工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性的基礎(chǔ)上，論述了BIM技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用場景，并細(xì)致分析了BIM技術(shù)在隧道工程的實(shí)際應(yīng)用，以為相關(guān)隧道工程的安全、保質(zhì)保量、按時(shí)建設(shè)提供參考借鑒。