城市隧道工程中BIM技术的应用

宋滔黄立辉张俊

摘要：BIM技术作为利用三维几何模型对建筑按构件进行精确表达的信息集成平台，具有直观性、可分析性、可共享性和可管理性的特性。新区环路1号隧道在路桥段采用BIM技术作为设计施工一体化管理平台，对BIM技术在大型隧道工程中的应用进行了探索和实践。

关键词：BIM技术；隧道三维模型；集成应用

BIM技术在我国大型工程项目中出现许多应用实例。在国家游泳中心、上海世博会中国国家馆等国家重点项目中，BIM被作为数据集成和项目管理的平台，已经从单穿的技术应用深入到包含成本管理、进度管理、质量管理方面的项目管理集成应用中来，并向基于网络的多方协同应用转变。

一、项目概况

（一）隧道工程概况

新区环路1号隧道顺利贯通，1号隧道位于鼎湖区广利镇，是肇庆市内环快速路的控制性工程之一，于2017年2月1日正式开工。该隧道左线长1300米，右线长1300米。隧道净宽14米，净高5.7米，为双洞单向行驶六车道隧道。综合隧道跨径比价大，山体岩质不好等原因，施工难度较大。

（二）工程特点和难点

新区环路1号隧道路桥段的难点是三车道，跨径比较大，施工难度比较大；另外山体岩质不是很好，另一个山体像左线山体负度比较薄，偏压比较严重，造成原来刚进洞时候的工法是双侧壁导坑法，工序比较繁琐。为了保证项目实施进度和对项目设计、施工过程进行有效管理，该标段引入BIM技术框架，作为工程设计施工一体化管理平台，在设计、施工过程中进行设计方案优化，施工成本预测，施工组织优化，实现项目进程把控，信息采集和质量控制的管理目的。

（四）软件平台

项目采用BentleyMicrostationR系列软件作为软件平台。整个软件平台架构分为四个部分:DTM地形三维系统，地质三维设计系统，隧道三维设计系统和协同工作平台。所采用的BIM应用软件模块主要为:地质三维设计系统GeostationR，隧道设计软件BentleyPower-civilSS4R，以及统一管理环境和公共数据访问框架的协同设计平台ProjectWise。

二、模型建立

（一）地形地质模型建立

隧道建设以地形、地质条件为背景，精确的地形、地质模型的创建是整个隧道BIM建模的基础。在隧道模型建模之初，首先确定坐标系统、高程系统，列出隧道起点与终点的高程信息、坐标信息，在地形地质模型中精确定位。通过对项目范围内等高线数据进行修正和补全，首先在BentleyGeopackR中将等高线数据处理成为数字三角网，进而形成数字地面模型。

（二）参数化隧道结构模型建立

隧道三维模型的特点是采用PowerCivilR平台下的全参数化建模方式，优势在于可对结构尺寸，衬砌形式等进行后期修改、更新，避免了重复建模。隧道平纵曲线在PowerCivilR软件中完成空间拟合，精度达到0.01m，并实现了按照桩号进行横断面管理。隧道横断面建模则可实现全参数化设计，即断面信息可最终由参数点表达，便于后期模型修改和更新，并创建支护断面类型库文件供调用。隧道衬砌，防水层，两侧的管沟均关联相对应的材料属性，后期可实现工程量的自动计算和统计。横断面与平纵曲线相互关联，实现沿空间线路准确放样，不同衬砌段间精准对接。在横通道、地下风机房连接处等结构相交区域，利用隧道结构三维模型实现了衬砌的精确相贯，解决了在二维环境下难以实现的结构构件表达难题。

三、BIM模型应用

（一）利用BIM模型优化结构设计

洞口设计与地形地质分析、通风井布置、污染物扩散规律和现场施工场地布置等联动，在传统在二维设计中难以实现。利用BIM模型作为数据平台，各专业设计成果在统一模型环境中集成，通过参数化的模型结合通风分析软件，结合地形模型和地质信息的读取完成风井和洞口的定位，并通过三维模型进行了现场施工场地优化布置和施工机械选型，解决了这一问题。设计结果直观，和现场情况吻合度高，可直接与施工方案衔接，避免了设计施工过程的重复，设计程序得以优化。

（二）按里程切取地形地质剖面

地形地质模型与隧道模型耦合，隧道BIM模型不单表达隧道自身结构，而且支持选取不同衬砌段生成该衬砌段地质纵剖面图，也能够输入任意桩号得到剖面图，能剖面图中查询里程桩号、埋深和地质属性，多个视图保持联动。在施工过程中，勘察信息可直观的读取，施工人员能及时掌握掌子面的地层、地质信息，对不良地质和危险地层进行及时反馈，解决了传统隧道工程中需根据平面地质图纸进行开挖面地层推测的问题。

（三）工程量精确统计

隧道工程不同于一般建筑工程，在隧道的开挖过程中，其不可控制的因素相对较多，使得建筑材料实际用量和设计理论计算差距较大。PowerCivilR在隧道横断面参数化建模时就对隧道衬砌，钢筋等构件赋予了材料属性，模型建立后可自动同步生成工程量。通过在PowerCivilR中所提取的工程量，与施工单位每个月进行的成本分析相结合，可进行材料的消耗量、各阶段的成本的分析，及时掌握原材料使用、调配情况，对施工过程的成本管控具有重要作用。

（四）进行结构、管线碰撞检查

隧道工程中，匝道隧道与主线隧道连接处、隧道与车行横通道等结构交汇处等，空间结构复杂，给排水、消防管道、强弱电管沟也在此交汇，在二维设计环境中难以表达，施工环节则需要现场放样。设计过程重复，施工时工期较长，施工质量也难以保证。在BIM环境中，这类空间问题则可以得到快速解决，并能准确表达，直接供施工阶段使用。

（五）工程数据集成

隧道衬砌支护、预支护措施、施工工法，机电附属工程等设计文档按照不同围岩类型与隧道模型直接关联。用户可通过模型直接打开关联文件，访问查询全套设计资料，并可将隧道的施工信息添加进去，进行比对，可及时掌握施工过程中的变动，实现建设管理问题量化分析，大大提高了隧道工程中信息采集、处理和查询的效率。

（六）进行隧道运营维护管理

最终的BIM模型还可与第三方监测进行结合，将监测信息与模型关联，对现场施工质量、安全、工程量及进度进行数据采集和数据评估。也可根据现场采集数据，依照精确的施工进度管理采购计划，跟踪合同执行情况。

四、结语

随着BIM应用软件的不断发展，以及BIM应用标准的逐步建立，BIM在隧道工程等领域的应用点将不断得以开发，对于丰富和完善BIM在全建筑行业的应用有良好的补充完善和促进作用。

参考文献：

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