基于BIM技術(shù)的施工信息化管理在隧道工程中的應(yīng)用

徐沛龍

商丘工學(xué)院 河南 商丘 476000

BIM，也就是建筑信息模型，它是一種通過數(shù)字仿真技術(shù)來整合項目建設(shè)全過程信息的三維數(shù)據(jù)模型，具有信息關(guān)聯(lián)性、完備性、一致性和可視化等特點(diǎn)，建設(shè)方可以利用這一技術(shù)手段，來實現(xiàn)對隧道工程項目的全過程信息化管理。作為建筑、機(jī)械等多個行業(yè)中的熱門技術(shù)，BIM技術(shù)在我國目前仍處在初級發(fā)展階段[1]。工程實踐證明，將 BIM技術(shù)應(yīng)用于隧道工程施工，能夠使隧道工程施工過程中信息共享，優(yōu)化隧道工程的生產(chǎn)模式與設(shè)計理念，提高隧道工程施工品質(zhì)，確保工程的正常運(yùn)行，對加快工程進(jìn)度、降低工程造價具有重要意義。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用原理

BIM技術(shù)指的是立體化的三維數(shù)字建筑信息模型，在使用 BIM技術(shù)的時候，應(yīng)該以充分地收集工程所需要的各類信息、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)構(gòu)建工程建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)施、構(gòu)件等的三維立體模型，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模擬，并以數(shù)字模式進(jìn)行展示，以有效地幫助工程的保質(zhì)、高效地推進(jìn)。使用 BIM技術(shù)所收集到的建設(shè)工程數(shù)據(jù)之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，有關(guān)工作人員可以在任何時候，都可以對所收集到的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行訪問并進(jìn)行使用，從而可以對項目的真實狀況進(jìn)行一個數(shù)據(jù)模型的仿真，從而將項目的各種顯著特征直接展現(xiàn)到了三維模型之中。

其實施原則為：有關(guān)人員將項目所需要的各種關(guān)聯(lián)信息錄入到 BIM軟件中，通過軟件的數(shù)字化功能，對信息進(jìn)行有序的歸類、整合和分析，從而仿真出與項目實際相符的三維立體模型。此外，建設(shè)項目的設(shè)計人員可以把項目的施工工藝、工藝和材料等數(shù)據(jù)錄入到 BIM軟件中，并根據(jù)項目的執(zhí)行情況建立模型，從而達(dá)到項目的方案設(shè)計和成本預(yù)算控制等目的。在隧道項目開始正式實施之前，利用 BIM技術(shù)對其進(jìn)行信息建模，可以使工程設(shè)計的精度和效率得到很大提高，將其科學(xué)地運(yùn)用到項目的執(zhí)行過程中，從而確保項目設(shè)計和建設(shè)的質(zhì)量[2]。

2 基于BIM技術(shù)的施工信息化管理在隧道工程中的作用

由于受到設(shè)計和施工技術(shù)的限制，一般情況下，在隧道工程中大多采用了平面二維的出圖方法。方案設(shè)計人員必須根據(jù)自己所擁有的知識和經(jīng)驗，將工程的三維結(jié)構(gòu)和思想，以平面二維的形式表現(xiàn)出來，這就對技術(shù)人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗積累提出了很高的要求，其繁瑣的流程也加大了實現(xiàn)的困難。隨著我國公路交通網(wǎng)的逐步完善，我國公路隧道施工規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。在面對復(fù)雜環(huán)境下的隧道工程設(shè)計施工時，因為工程場地大多處于地質(zhì)條件多變、地形地貌崎嶇復(fù)雜的地區(qū)，如果仍然采用平面二維施工設(shè)計方法，那么就不能真正做到對所涉及的因素進(jìn)行綜合考慮，很容易因為理解偏差而給后續(xù)的執(zhí)行帶來困難。這就造成了在施工過程中存在諸多的問題，從而影響了施工的質(zhì)量[3]。

BIM技術(shù)具有可視化，易于操作協(xié)調(diào)，建模精確等特點(diǎn)；將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)一致等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)運(yùn)用到項目中，可以幫助參與人員在模型構(gòu)建、設(shè)計深化等方面進(jìn)行分析研究，從而可以有效地提高項目設(shè)計的模擬程度和精度，從而保障了項目建設(shè)的速度和質(zhì)量，因此它具備了很強(qiáng)的實用性和廣闊的應(yīng)用前景。

3 基于BIM技術(shù)的施工信息化管理在隧道工程中的應(yīng)用

3.1 工程前期階段的應(yīng)用

（1）工程測量。資料信息是進(jìn)行隧道建設(shè)最基本的要求，所以需要以 BIM技術(shù)為依據(jù)，以完備的實測資料為依據(jù)，確保仿真工作的順利開展。具體而言，需要做好如下工作：在開展各類高效的仿真工作前，必須要將各類有用的數(shù)據(jù)信息加以完善，因此，要對全部的信息進(jìn)行高效地度量和計算，這樣，在后續(xù)的仿真工作中，就可以將這些數(shù)據(jù)充分地應(yīng)用到建筑仿真的構(gòu)造工作中去；因此，要在整個隧道建設(shè)的進(jìn)程中，對各類有用的信息展開測量，并對橫向、縱向、施工隧道的各個技術(shù)參數(shù)和數(shù)據(jù)展開測量，從而使數(shù)據(jù)的尺寸、數(shù)量等都能得到充分地、高效地搜集，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查和登記，為后續(xù)的仿真和數(shù)值分析打下了堅實的基礎(chǔ)。

（2）BIM模型構(gòu)建。BIM技術(shù)軟件系統(tǒng)的建模功能在隧道工程中的運(yùn)用，能夠?qū)⒐こ虜?shù)據(jù)清楚地展現(xiàn)出來，因此，在建立隧道工程模型時，應(yīng)該對各種影響因素進(jìn)行全面的分析。隧道工程相對于普通的建筑項目而言，其通常需要較長的施工里程，而在這樣長的施工時間間隔中，其施工過程中的環(huán)境因素將會對其產(chǎn)生較大的影響。在這種情況下， BIM建模的數(shù)目也相應(yīng)地增加，而比較復(fù)雜的施工環(huán)境也給隧道工程 BIM三維建模的建立帶來了一定的困難。

在對與公路隧道工程有關(guān)的有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集、整理和統(tǒng)計的過程中，還應(yīng)該對隧道工程中的各個方面的影響因素進(jìn)行全面的考慮，以便對工程的信息進(jìn)行全面的展示，提高模型的精度。除此之外，在構(gòu)造隧道項目 BIM模型的過程中，還要與項目的具體情況相聯(lián)系，對可能產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行全面地分析，并將對隧道項目的建模數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)剌斎?，從而提高了模型的全面性和精確性。

（3）場地優(yōu)化。在隧道工程中，由于施工現(xiàn)場的工作環(huán)境及地質(zhì)情況的變化，給工程勘察、設(shè)計和施工帶來了很大的困難，需要利用先進(jìn)的技術(shù)來提高施工質(zhì)量。將 BIM技術(shù)運(yùn)用到隧道工程中，與之前的環(huán)境勘查數(shù)據(jù)相結(jié)合，將BIM軟件系統(tǒng)和BIM技術(shù)相結(jié)合，模擬隧道施工環(huán)境，從而使得隧道的不同位置可以進(jìn)行全面的模擬。并對已有的定位環(huán)境進(jìn)行了統(tǒng)一的縫合和集成，以仿真和構(gòu)造出整體的隧道工程建設(shè)環(huán)境。利用對隧道項目的仿真，參與者可以更加完整和系統(tǒng)地了解到項目現(xiàn)場的工作環(huán)境，并根據(jù)所提供的環(huán)境資料來進(jìn)行分析，從而讓管理者能夠更加科學(xué)地把握項目現(xiàn)場的真實優(yōu)勢和不足。利用可視化 BIM軟件，可以及時發(fā)現(xiàn)施工環(huán)境中暴露出來的缺陷，并對其進(jìn)行分析并制定出施工現(xiàn)場改進(jìn)方案，從而達(dá)到優(yōu)化施工場地的目的。

3.2 工程進(jìn)度管理中的應(yīng)用

（1）場站臨建優(yōu)化布置。根據(jù)本工程臨建施工計劃，結(jié)合本工程的隧道出口和車站的實際布局，利用 BIM技術(shù)構(gòu)建的三維模型和搭建的各類臨建設(shè)備，進(jìn)行可視化的交流和討論，合理的布局和優(yōu)化施工現(xiàn)場，選出最好的臨建方案。同時，減少各個站點(diǎn)間的相互影響，改善過去施工現(xiàn)場出現(xiàn)的材料站點(diǎn)雜亂問題，進(jìn)而提升施工工作效率。

（2）圖紙問題校核及碰撞檢查。以 BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，按照規(guī)格和圖紙建立3D模型，對設(shè)計圖中比較復(fù)雜的部分進(jìn)行檢驗，并制作出檢驗報告，便于項目部與設(shè)計者進(jìn)行交流，對項目進(jìn)行變更，對項目進(jìn)行合理的調(diào)整，以防止進(jìn)度延遲和質(zhì)量返工。

（3）優(yōu)化施工方案。通常情況下，隧道工程的施工方案，都是以工程師的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，或是與網(wǎng)絡(luò)上其它隧道的施工方案相結(jié)合來制定的，但是，要想有針對性地編寫出適合本項目的施工方案，也不能精確地判斷出這是不是一個最佳的方案，更不能精確地預(yù)測和預(yù)防在施工過程中會發(fā)生的問題。利用 BIM技術(shù)進(jìn)行建模，可以在虛擬的場景中，對施工方案展開可行性分析，進(jìn)而對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，具有針對性和可操作性，可以加速隧道工程的施工進(jìn)度。

（4）可視化交底，提升施工人員的能力。BIM技術(shù)可以將建筑物的模型以3D的方式呈現(xiàn)在人們的面前，即便是那些沒有專業(yè)知識的人，也可以在視覺上看到隧道的構(gòu)造。在3D技術(shù)交底中使用 BIM技術(shù)，對復(fù)雜部件的工藝步驟采用施工動畫來進(jìn)行交底，這一方法已經(jīng)將以往依靠施工人員的空間想象力來實現(xiàn)對工藝流程的了解轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更直接、清晰的方式；被交底人員可以更快地對施工技術(shù)進(jìn)行熟悉，并進(jìn)行合規(guī)性的操作，大大提高了施工人員的施工水平，從而加速了施工進(jìn)度。

3.3 施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

（1）借助BIM技術(shù)建立協(xié)同管理平臺。在施工過程中，施工過程中最重要的環(huán)節(jié)就是施工過程中的質(zhì)量控制。將 BIM技術(shù)運(yùn)用到隧道工程施工中，建立一個具有工程管理功能的專業(yè)協(xié)作管理平臺，幫助項目管理者更好地進(jìn)行工程質(zhì)量管理工作。將科學(xué)的管理措施輸入到 BIM系統(tǒng)專屬協(xié)同管理平臺中，通過平臺軟件提高工程管理的規(guī)范化和整合能力，實現(xiàn)多項管理工作的聯(lián)動融合。

與此同時，利用之前已經(jīng)構(gòu)建好的隧道工程 BIM模型，將其與安全管理實施要點(diǎn)相結(jié)合，強(qiáng)化對工程重點(diǎn)、難點(diǎn)工序的重視程度，利用科學(xué)的管理，可以及時地將工程中潛在的安全問題找出來。將專屬協(xié)作管理平臺與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)地融合起來，如果在實際的項目中出現(xiàn)了一些問題，那么就可以利用網(wǎng)絡(luò)的移動終端，將這些問題反饋到專屬協(xié)作管理平臺上。這樣，就可以對該項目進(jìn)行科學(xué)的整合和分析，幫助隧道項目的管理者對項目的進(jìn)度和出現(xiàn)的問題有一個更好的了解，并能對項目的進(jìn)度和出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的修正和改進(jìn)，從而能夠迅速地解決這些問題。

（2）通過BIM技術(shù)模擬實際工況。在隧道工程的實際施工中，由于工程的真實情況往往與設(shè)計的施工計劃存在差異，因此，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道的真實施工情況進(jìn)行動態(tài)仿真；針對不同的關(guān)鍵階段和建筑工藝，執(zhí)行仿真。要認(rèn)真做好生產(chǎn)過程中的監(jiān)管和監(jiān)控工作，對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的檢查和分析。對每一項施工的重要步驟進(jìn)行檢驗，提高施工材料的使用率，對人工機(jī)械的裝備、工具和建筑材料進(jìn)行科學(xué)的配置，幫助項目經(jīng)理對隧道項目的實際工況有一個更全面的認(rèn)識，然后實施完整的施工計劃。

3.4 工程成本管理中的應(yīng)用

利用 BIM模型，能夠?qū)ㄖD紙進(jìn)行進(jìn)一步的校核，計算機(jī)能夠快速、準(zhǔn)確地根據(jù)構(gòu)件來計算工程量，進(jìn)而能夠編制出更加精確的項目預(yù)算等；便于工程建設(shè)階段的造價控制。由于隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，施工工序多，施工過程持續(xù)；由于施工周期較長，所需的資源較多，很可能會引起資源的不合理分配，出現(xiàn)“窩工”、“停工”的現(xiàn)象，從而使工程造價提高；這就對現(xiàn)場的組織與管理提出了很高的要求。利用 BIM技術(shù)進(jìn)行施工計劃優(yōu)化，可以實現(xiàn)對資源的合理配置，對施工組織進(jìn)行最優(yōu)編制，從而達(dá)到加速建設(shè)的目的，同時也可以降低因施工而造成的浪費(fèi)。在項目建設(shè)中，由于設(shè)計變更、價格調(diào)整等原因而引起造價變動，這時造價數(shù)據(jù)的更新往往不夠及時，不夠準(zhǔn)確，使得造價控制喪失了依據(jù)。在發(fā)生工程變更的時候，只需要對BIM模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，就能迅速地對變更的工程量增加和減少進(jìn)行統(tǒng)計，既快又準(zhǔn)。

4 基于BIM技術(shù)的信息化管理中存在的問題和建議

4.1 問題分析

BIM技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用，既有其優(yōu)點(diǎn)，也有其不足。首先， BIM軟件體系存在較多的缺陷，缺乏專業(yè)的 BIM技術(shù)人員，以及與 BIM相關(guān)的軟硬件投資較少；BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用受到了很大的制約，如知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)薄弱，相關(guān)法律法規(guī)不健全，經(jīng)濟(jì)效益不高等。與此同時，一些設(shè)計人員思維僵化，設(shè)計方法落后，政府的宣傳力度不夠；此外，由于企業(yè)的目光短淺以及其他一些主觀原因，也阻礙了 BIM技術(shù)的發(fā)展[4]。

另外，在運(yùn)用BIM建模技術(shù)的過程中，要建立起一個互相協(xié)作的基礎(chǔ)，從建模到繪圖，再到施工仿真的各個軟件都要互相協(xié)作。如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與平臺，BIM模型之間的信息交流就會變得困難，其優(yōu)勢也就不復(fù)存在了。發(fā)達(dá)國家很久以前就制定了適合自己的 BIM施工產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，但是中國的施工產(chǎn)業(yè)還沒有形成一個統(tǒng)一的制度，而且 BIM施工技術(shù)引入的時間還很短，這就造成了專業(yè)技術(shù)人員的短缺；中國 BIM技術(shù)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致我國 BIM技術(shù)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對 BIM技術(shù)的借鑒和借鑒作用不大，導(dǎo)致我國 BIM技術(shù)的發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)[5]。

4.2 優(yōu)化建議

在隧道工程建設(shè)中應(yīng)用BIM技術(shù)時，會遇到一些特殊的困難和障礙。因此，要將隧道 BIM國家標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建好，并讓整個項目分階段的各個參與方進(jìn)行協(xié)調(diào)合作，才能將 BIM技術(shù)的優(yōu)勢充分地發(fā)揮出來。BIM技術(shù)的應(yīng)用，需要在設(shè)計單位、施工單位、運(yùn)營單位等各個專門的軟件中進(jìn)行信息交流，而這些軟件都是由各個廠商提供的，沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，就難以保證數(shù)據(jù)的流暢流通。這必然會影響到 BIM技術(shù)在整個壽命中的作用。我們應(yīng)該在借鑒和借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和理念的基礎(chǔ)上，堅持以引進(jìn)、消化吸收和創(chuàng)新的方式來提高 BIM在國內(nèi)的應(yīng)用水平。

要實現(xiàn) BIM技術(shù)在實際中的運(yùn)用，就必須增加對 BIM技術(shù)的投資，保證硬件設(shè)備與計算需求相適應(yīng)，采用成熟的、具有完整功能的軟件，并引入與 BIM相關(guān)的顧問服務(wù)。選拔出最好的人才，組成一個 BIM技術(shù)攻堅團(tuán)隊，并對這個團(tuán)隊進(jìn)行針對性的培訓(xùn)，建立一支懂服務(wù)、懂概念、懂技術(shù)的專業(yè)復(fù)合型人才隊伍，提高他們的綜合能力。目前，隧道工程的規(guī)模普遍較大，需要以小組的方式來實現(xiàn)，因此，管理人員更應(yīng)該對員工進(jìn)行合理的分配，并加強(qiáng)員工之間的配合。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展， 基于BIM技術(shù)的信息化管理在隧道建設(shè)中所起到的作用也越來越大，特別是利用該技術(shù)，能夠?qū)κ┕み^程展開高效的仿真與計算，從而能夠?qū)κ┕ぶ兴嬖诘母黝惒环€(wěn)定的因素進(jìn)行有效的改進(jìn)。因此，為了更好地推動 BIM施工綜合管理平臺在隧道施工中的運(yùn)用，必須要持續(xù)改進(jìn)數(shù)據(jù)的收集、利用、計算、模擬、管理等工作，將技術(shù)的優(yōu)勢與隧道工程相融合，提高整體施工進(jìn)度和效率，確保隧道工程整體建設(shè)質(zhì)量。