■ 李延

寶蘭客專石鼓山隧道BIM技術(shù)的研究及應(yīng)用

■ 李延

通過鐵路隧道BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用，建立隧道工程各專業(yè)族庫，實現(xiàn)鐵路隧道建設(shè)全生命周期的信息共享，實現(xiàn)基于監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的隧道安全遠(yuǎn)程監(jiān)控和基于4D理念的隧道施工組織管理，培養(yǎng)參建各方掌握BIM的技術(shù)人員，實現(xiàn)整個鐵路行業(yè)三維信息技術(shù)成果的推廣應(yīng)用。

寶蘭客專；石鼓山隧道；鐵路隧道；BIM技術(shù)；研究與應(yīng)用

1 石鼓山隧道概況

寶蘭客專（陜西段）石鼓山隧道位于陜西省寶雞市渭濱區(qū)渭河南岸的石鼓鎮(zhèn)楊家山的西北黃土殘塬區(qū)，地形起伏較大，相對高差142 m，多辟為耕地，斜坡地段植被發(fā)育。隧道洞身下穿茵香河、張家溝、劉家河三條較大溝谷。隧道起訖里程DK639+430—DK643+760，隧道長4 330 m，為雙線隧道，隧道最大埋深133 m，最小埋深3 m。洞身除DK640+790.559—DK641+455.754位于直線上，進(jìn)出口段分別位于半徑為8 000 m、8 004.6 m的曲線上，洞身縱坡依次為3‰/1 720 m、5.3‰/1200 m、20‰/1 410 m，進(jìn)出口均緊鄰鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路，交通條件較為便利。采用2座無軌運輸斜井輔助施工。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1 基于BIM的地質(zhì)模型建立

將地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中所有地層數(shù)據(jù)，包括空間位置、地質(zhì)屬性、勘探數(shù)據(jù)等建立分層地質(zhì)模型，符合隧道專業(yè)設(shè)計的要求，與隧道專業(yè)設(shè)計成果進(jìn)行整合。利用二次開發(fā)，研究適用對地質(zhì)模型修正、局部重構(gòu)的功能，逐步優(yōu)化三維地質(zhì)模型的精度，滿足隧道專業(yè)施工圖設(shè)計的要求。

（1）軟件平臺選擇。目前國際上領(lǐng)先的三維軟件公司主要有歐特克（Autodesk）、達(dá)索和奔特力（Bentley），綜合考慮軟件性能、建模需求、施工模擬、運營維護(hù)等因素后，選擇達(dá)索系列軟件作為技術(shù)支持。建模采用CATIA軟件，輕量化展示采用3DVIA Composer軟件。歐特克平臺因應(yīng)用范圍廣、軟件全面、價格低廉等優(yōu)勢，在西成客專大秦嶺隧道的BIM技術(shù)研究中積極進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。

（2）三維地表建模。獲取石鼓山隧道區(qū)域10 km× 4 km的測繪數(shù)據(jù)，并制作正射影像（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）。基于Skyline軟件，通過金字塔技術(shù)將DOM和DEM集成，生成精細(xì)三維地形模型。

（3）三維地質(zhì)建模。地質(zhì)建模過程主要是根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪資料及已有的縱橫斷面來構(gòu)建地層面，用建立好的地層面剖切體得到地質(zhì)體。

（4）三維隧道建模。利用CAITA建模功能（如草圖繪制、拉伸、知識工程陣列等）建立參數(shù)化的、可聯(lián)動修改的石鼓山隧道三維模型。石鼓山隧道三維模型包括洞口、明洞、暗洞、附屬洞室、輔助坑道、防排水等部分。隧道模型包含如下特點：一是隧道模型達(dá)到施工圖精度，可以滿足施工步驟、工序等要求；二是隧道模型可進(jìn)行快速調(diào)整，模型采用骨架驅(qū)動，骨架文件中包含線路信息、各項參數(shù)及草圖，此文件的更改可驅(qū)動隧道模型更改；三

是實現(xiàn)快速建模，利用CATIA軟件工程模板功能建立模板文件，可快速建立段落模型。建立的模板文件包括：斜切式洞門、耳墻式洞門、五心圓明洞、五心圓暗洞、三類附屬洞室、單雙車道斜井、洞內(nèi)及洞口防排水，可覆蓋多數(shù)隧道形式。

2.2 基于BIM的隧道施工圖三維模型建立

（1）建立隧道部件庫：根據(jù)隧道設(shè)計中的各種隧道斷面類型，建立可用于隧道建模的各類部件，實現(xiàn)隧道的三維建模。

（2）實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的隧道施工圖交付：對國內(nèi)外常用的BIM軟件平臺、企業(yè)解決方案、應(yīng)用接口技術(shù)開展調(diào)研工作，實現(xiàn)石鼓山隧道基于BIM技術(shù)的施工圖交付。

2.3 基于4D理念的隧道施工組織管理應(yīng)用

一是研究施工BIM模型的創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)；

二是研究BIM技術(shù)項目管理體系；

三是研究施工現(xiàn)場三維可視化交底模式；

四是研究臨時設(shè)施BIM模型建立及工程量統(tǒng)計方式；

五是研究施工工序和工法轉(zhuǎn)換模擬；

六是研究三維地質(zhì)模型在施工安全質(zhì)量方面的應(yīng)用。

2.4 隧道施工安全技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合

圍巖量測、沉降監(jiān)控、超前地質(zhì)預(yù)報等隧道施工安全技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合：一是構(gòu)建隧道施工的可視化動態(tài)模擬，進(jìn)行施工過程監(jiān)控量測；二是結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報，進(jìn)一步完善隧道施工圖三維地質(zhì)模型。

2.5 施工現(xiàn)場三維可視化交底

在石鼓山隧道工作區(qū)安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)口處設(shè)置電子顯示屏、所有進(jìn)出隧道的管理及作業(yè)人員建立定位系統(tǒng)；在施工單位項目部建立視頻監(jiān)控中心，實現(xiàn)現(xiàn)場施工的實時動態(tài)信息在視頻監(jiān)控中心的同步，并通過網(wǎng)絡(luò)也能實現(xiàn)對施工動態(tài)信息的查看。建立電子施工作業(yè)指導(dǎo)書，實現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底，真正意義上實現(xiàn)“所見即所得”，直觀、立體地展示出結(jié)構(gòu)的各部位細(xì)部結(jié)構(gòu)。

根據(jù)隧道施工工法的要求，對三臺階臨時仰拱施工方法進(jìn)行施工模擬，在施工模擬的基礎(chǔ)上把時間軸加入到施工模擬中，并利用CATIA軟件把隧道三維設(shè)計模型轉(zhuǎn)換為施工模型，然后使用DELMIA軟件動態(tài)模擬三臺階臨時仰拱法施工和三臺階臨時仰拱法向雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工序轉(zhuǎn)換。

2.6 BIM技術(shù)項目管理體系研究

隧道BIM模型的應(yīng)用，需通過建立管理平臺進(jìn)行模型管理和應(yīng)用。通過需求調(diào)研和深入研發(fā)，目前已初步建立了“寶蘭客專石鼓山隧道BIM協(xié)同管理平臺”，平臺中已建立安全管理、進(jìn)度管理、文檔管理、施工日志、施工工藝、成本管理、BIM模型信息、系統(tǒng)設(shè)置、基礎(chǔ)配置、個人事務(wù)等功能模塊。平臺內(nèi)有工程概況、企業(yè)文化、施工進(jìn)度、電子施工日志、技術(shù)交底資料、安全教育、監(jiān)控量測、圍巖量測預(yù)警信息、超前地質(zhì)預(yù)報信息、機(jī)具、設(shè)備、人員管理、工程量統(tǒng)計等流程管理模塊。

3 研究建議

3.1 進(jìn)一步提升建模能力

目前，鐵路隧道BIM技術(shù)應(yīng)用尚屬初級階段，模型質(zhì)量、建模效率、模型通用性須進(jìn)一步提高：一是需規(guī)范建模流程，建立審查制度；二是定型各類隧道形式模板庫，以供設(shè)計選用；三是進(jìn)一步加大二次開發(fā)力度，重點包括標(biāo)準(zhǔn)化建模、二維出圖、工程量統(tǒng)計、信息附加，便于行業(yè)的普遍應(yīng)用；四是需研究BIM模型與大型計算軟件（如ANSYS、FLAC、MIDAS、ABAQUS等）的信息互換，以滿足隧道結(jié)構(gòu)分析需求；五是開展多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，根據(jù)BIM碰撞檢查功能提高設(shè)計質(zhì)量。

3.2 模型在施工中的進(jìn)一步應(yīng)用

完成施工圖精度隧道模型建立后，需要在施工階段進(jìn)行信息附加、動態(tài)調(diào)整等進(jìn)一步應(yīng)用：一是繼續(xù)研究參建各方所需信息，開展信息搜集整理、錄入集成，同時考慮建立標(biāo)準(zhǔn)體系；二是研究BIM模型對參建各方的信息提供與分享；三是進(jìn)一步研究BIM模型的輕量化方法，實現(xiàn)BIM模型的展示。

4 結(jié)束語

鐵路隧道BIM技術(shù)研究與應(yīng)用已取得了令人可喜的成果。中國鐵路總公司又在年內(nèi)開工的64個項目中全面推廣BIM技術(shù)應(yīng)用，隨著BIM技術(shù)在鐵路全行業(yè)的大力推廣應(yīng)用，整個行業(yè)形成一種強(qiáng)有力的氛圍。相信在不久的將來，以鐵路工程設(shè)計、建設(shè)、運營全生命周期管理的目標(biāo)會很快實現(xiàn)。

李 延：西蘭鐵路客運專線陜西有限責(zé)任公司，工程師，陜西 西安，710043

責(zé)任編輯高紅義

U459.1

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1672-061X（2014）05-0064-02