地铁隧道工程全寿命周期BIM应用价值分析

庞朝来

摘要：现阶段，我国的综合国力的发展迅速，地铁在城市交通体系中的作用日益重要，利用地铁可以更好的改善地面交通的拥堵状况，极大的方便人们的出行。当前，诸多城市都在加紧地铁线网规划和立项。在地铁建设过程中，隧道工程占据了非常重要的位置，为了强化地铁隧道工程项目的管理能力，就需要借助先进的BIM技术，从而实现对隧道结构的分析以及对隧道安全的预警，更好地帮助地铁建设单位掌控整个隧道工程的详细信息，从而大大提升隧道建设工程的质量和安全性。

关键词：地铁隧道工程；全寿命周期；BIM应用；价值分析

引言

地铁隧道建成后，如何对其进行监测、维护成了城市发展的重中之重。隧道表面渗水，隧道壁形变、位移和开裂等，如未经及时处理，均会导致严重的坍塌事故，造成巨大的经济损失。因此，对地铁隧道，尤其是部分较为年久的隧道进行准确高效的监测维护工作极其重要。

1构建隧道结构模型

1.1　利用BIM技术构建隧道模型

BIM技术中所运用到的软件众多且十分复杂。其中包含了Revit、3dsmax、Rhino、Navisworks等等，这些软件共同构建起一个完整的BIM软件体系。在进行隧道结构模型构建的过程中，需要充分运用这些软件的功能来实现对隧道结构的模拟。以Revit为例，在BIM软件中可以利用Revit软件实现对地质模型的构建。Revit软件是专为建筑信息模型（BIM）构建的，它可以构建非常复杂的建筑模型，但没有针对地质建立的模型，因此需要借助一定的技术手段来实现隧道结构模型的建立。相关技术人员可以利用Revit软件中构建楼板的功能对地质模型进行构建和模拟，同时也可以在BIM软件中建立专门的地质数据库，从而使地质模型的构建更加方便、高效。在Revit软件中，为使用者提供了非常多的建筑构件族库，可以更好实现对地铁隧道工程的模拟。

1.2　地质结构分析

在进行地铁地下结构分析时，要充分考虑到周边岩土对地铁隧道工程产生的影响，这就需要对地铁隧道工程周边的地质结构进行精确的分析，从而更好地掌握地下结构的现状，进而保证地铁工程的顺利进行。首先，应该在BIM软件中，进行相关地质数据的设置，这其中包含了工程项目的地理位置、勘探数据、地层岩性、空间坐标等等数据，依据相关的数据建立专门的地质数据库，从而为建立地质结构模型提供数据支持。在相关数据完备的基础上，就需要利用BIM技术建立相关的地质模型。其次，要利用Revit软件的接口进行二次编程开发，在初始地质数据上，利用先进的算法对地址数据进行优化，这样有利于构建复杂的地层结构，保证地质模型的准确性和合理性。再者，技术人员就需要利用HyperMesh软件对整个地质模型进行网格的划分，生成数值分析网格，从而更好地帮助系统进行地质结构数据的精准分析。最后，需要对地质结构数据进行进一步处理和计算。在这个过程中可以利用FLAC3D进行后续的数据处理和分析。

2地铁隧道工程中BIM应用价值分析

2.1　BIM技术在地铁隧道工程设计阶段的应用价值

（1）工程量统计。BIM模型的建立，既能设计出图，又能统计工程量，使得设计BIM模型一模多用，确保工程量的准确性；工程量清单中的任何一项均可在模型中找到依据，实现工程量的可溯源性；地铁隧道工程方案多变，通过BIM模型统计工程量，实现模型与工程量联动，快速计算不同设计方案的投资。（2）三维可视化展示及仿真模拟。结合BIM+GIS技术，建立地铁隧道BIM模型，同时基于GIS整合城市的地质、市政管线、道路桥梁等建（构）筑物及其基础等，建立统一的城市大数据平台，能够全方位地展示隧道与周边环境的相互关系，为设计阶段分析地铁隧道建设方案的可行性提供更有力的依据，同时避免后续设计过程中方案的反复调整。设计师在设计交底时，可以基于BIM模型对地铁隧道中的复杂节点提供三维可视化的交底，如联络通道与主隧道的接口、矿山法隧道初期支护方案、矿山法施工步序等，让施工单位充分理解设计意图，提高设计单位与施工单位之间的沟通效率，避免由于信息不对称而导致的返工甚至安全事故。

3.2　BIM技术在地铁隧道工程施工阶段的应用价值

（1）施工方案三维模拟及施工质量检测。结合工程分部分项工程的施工计划，对设计BIM模型进行深化后，可对施工方案进行三维模拟，提前发现施工方案中存在的问题，避免返工，合理安排人员、材料和机械，同时也能为现场施工人员进行施工方案的培训，降低施工风险，提高施工质量。通过三维激光扫描等技术，获取施工完成后的地铁隧道工程点云数据，通过数据处理和分析，基于点云创建施工完成后的实际隧道三维模型，与设计蓝图对应的BIM模型进行比对，可对施工质量进行精确的评价；特别是根据点云数据与线路数据的综合计算，为施工后的地铁隧道是否侵限、是否需要调线调坡提供有力的依据。（2）施工风险预警及信息化施工监测。地铁隧道工程沿线三维地质BIM模型的建立，全方位地展示隧道周边的地质条件，结合施工进度展示任意里程隧道施工掌子面的地质情况，能为隧道施工前的风险预估提供依据，施工过程中进行风险预警，有助于施工单位提前采取措施，降低施工风险。地铁隧道施工过程中，根据隧道断面及周边建构筑物的监测数据，监测数据自动上传至云端存储，结合BIM模型进行动态展示，对报警的监测点周边的地质、建构物及其与隧道结构本身的位置关系等情况进行可视化展示，有助于对隧道工程风险进行评价，还可以通过人工智能，结合自动化监测数据和隧道的相关资料，智能、实时地评估对隧道的安全状态，指导下一步施工。

3.3　BIM技术在地铁隧道工程运维阶段的应用价值

（1）可视化、数字化运维。基于BIM技术建立地铁隧道工程运维BIM模型，将设计数据、施工数据以及维养数据集成在模型中，建立地铁隧道的运维模型，运维阶段可通过模型快速查阅相关数据，能将隐蔽工程（如隧道钢筋、周边地质、建构筑物基础等）可视化，与GIS技术结合还能查看隧道特定里程处对应的地面情况，快速获取相关信息辅助运维。运维阶段还可以结合BIM技术，通过建立隧道及隧道内设备设施的三维模型，制定人员疏散方案，对地铁隧道内可能发生的火灾等事故进行模拟，以制定合理的疏散方案并对工作人员三维仿真的应急演练培训，提高运维水平。运维人员的日常巡检，可通过移动端将文字、图像、语音、视频上传并基于BIM模型进行存储，形成数字化的维养记录，降低运维的难度及对运维人员的要求，也为运维人员节约时间，提高运维效率。（2）智能化监测。运维阶段地铁隧道的长期监测，结合BIM+物联网技术，通过在隧道内安装自动化监测设备，并在地铁隧道运维BIM模型中增加测点模型，监测数据通过网络实时传输，基于BIM模型实时查询各测点的监测数据，降低运维人员现场的工作量；同时，通过机器学习基于海量监测数据进行大数据分析，对地铁隧道运营的安全性进行判断，对相关风险进行智能预警，为隧道的养护决策提供依据。

结语

目前，对于很多城市来说，地铁已经成为城市建设的重要标志，因此，地铁建设受到了社会的广泛关注。为了更好建设地铁工程，就需要对地铁隧道工程进行全面的控制和分析，在这其中，BIM技术起到了非常大的作用，这项技术的应用不仅可以帮助地铁建设单位实现对地质结构更加精准的分析，同时还能实现对地铁隧道安全的准确预警，这样可以更好地保证地铁隧道工程的质量和安全。

参考文献

[1]何高峰,罗先启,张辉,等.基于BIM的地铁隧道结构分析与安全预警[J].地下空间与工程学报,2019,114(03):287-293.

[2]王亮.BIM技术在城市地铁隧道施工中的应用研究[J].建材发展导向,2018(19):187.