任帥

（中國鐵路北京局集團有限公司秦皇島工務段，河北 秦皇島 066000）

隨著我國科學技術以及聲像技術的發(fā)展，各行各業(yè)都在經(jīng)歷一場新的技術變革。同時這場技術變革的范圍波及比較廣，尤其在工程項目、工程施工等方面，利用先進科學技術提高施工效率和質(zhì)量已經(jīng)成為現(xiàn)階段工程施工管理中的常見手段。例如在鐵路隧道施工中采用BIM虛擬技術，對鐵路隧道施工進行模擬和3D成像，便于對施工方案和施工計劃進行對比評估和優(yōu)化，確保鐵路隧道工程能夠順利進行。

1 BIM虛擬技術

BIM虛擬技術是基于現(xiàn)階段工程行業(yè)內(nèi)的最新技術而設計研發(fā)的一種數(shù)字化技術，BIM虛擬技術的出現(xiàn)使得建筑工程行業(yè)直接從2D平面設計進入到3D立體化設計時代。在鐵路隧道工程的施工中應用BIM虛擬技術，首先，需要將施工地點即鐵路隧道工程有關的建筑信息、構件信息、環(huán)境信息、專業(yè)信息等進行收集整理，其次，將前期所收集到的信息錄入到BIM信息庫中，并利用BIM虛擬技術構建一個與真實鐵路隧道工程完全一致的建筑模型，在該模型中要包含該鐵路隧道工程的全部信息。因此從某種角度來看，BIM虛擬技術是聚合鐵路隧道工程內(nèi)所有信息而整合完成。最后，根據(jù)建立的建筑模型對工程施工方案進行修改優(yōu)化，在確保施工質(zhì)量的同時加快工程進度。

2 BIM虛擬技術的應用

2.1 場地分析

隨著我國交通運輸行業(yè)的快速發(fā)展，鐵路隧道工程的施工質(zhì)量愈來愈受到人們的關注。為了提高鐵路隧道工程質(zhì)量，就需要利用BIM虛擬技術收集、整理并分析施工地點附近的各種信息，建立相關構件模型，從而搭建出該施工地點的鐵路隧道模型。不同于傳統(tǒng)2D技術只能展示設計結構的平面圖，通過應用BIM虛擬技術能夠建立與附近環(huán)境完全融合的鐵路隧道工程，從而打破傳統(tǒng)技術分析存在的主觀因素過重的情況。此外，將BIM虛擬技術與其他先進技術如地理信息系統(tǒng)技術等進行結合使用，能夠在收集大量數(shù)據(jù)信息的基礎上，對附近環(huán)境以及建筑物進行快速分析和數(shù)據(jù)收集，便于建立更加全面具體的鐵路隧道工程三維成像模型，在確保工程施工質(zhì)量的基礎上，加快工程進度和效率。

以某鐵路隧道工程項目為例，根據(jù)鐵路隧道復合式襯砌隧道結構設計以及相應施工方法進行施工，并以所開發(fā)的隧道作為BIM設計模型進行建模處理，依據(jù)相應空間結構關系，收集與隧道相關的參數(shù)數(shù)據(jù)組建成為相應模型。鐵路隧道復合式襯砌隧道結構設計的BIM構件分為超前支護、初期支護、防水溝等六大構件，同時根據(jù)構件附近圍巖的級別進行劃分，共劃分為六個等級，在BIM構件圖內(nèi)進行重新命名。在鐵路隧道工程施工管理中，利用BIM虛擬技術進行建模是關鍵。BIM建模技術主要包括開發(fā)構件數(shù)據(jù)資源庫、對構件進行重命名、對構件進行編碼、確定建模精度以及確定信息粒度幾個方面，其中開發(fā)建設構件數(shù)據(jù)資源庫以及對構件進行重新命名比較簡單，確定建模精度是指需要精確測量建模內(nèi)模型的單元大小，降低模糊程度。根據(jù)鐵路隧道施工管理中對于BIM虛擬技術建模精度的要求，工程人員需要依照下列要求進行施工。首先，隧道工程內(nèi)的超前小導管、管棚以及砂漿錨桿的構件單元需要按照1環(huán)組件形式進行布置，同時以相鄰2環(huán)梅花狀的形狀布置；鋼筋網(wǎng)以及型鋼鋼架的構件單元按照1環(huán)組件形式進行布置。其次，噴射混凝土的構件單元需要控制在0.5～3.5m范圍內(nèi)，根據(jù)縱向進行開挖。仰拱以及仰拱填充相關的構件可以根據(jù)隧道的實際施工長度進行施工，一般在6～8m范圍內(nèi)。拱墻構件單元需要按照隧道實際施工方向進行建模，一般長度在10～12m范圍內(nèi)。如圖1所示。

圖1

2.2 方案輔助設計

BIM虛擬技術能夠在視覺上達到逼真效果，這主要是根據(jù)鐵路隧道施工計劃以及施工環(huán)境進行設計，并且利用大型設備布置進行展示，并應用4D模擬對施工重要節(jié)點、實際施工順序和計劃進行模擬展出，從而便于不同施工方案的對比和選擇。在創(chuàng)建BIM虛擬技術數(shù)據(jù)庫時，可以將6D數(shù)據(jù)庫進行關聯(lián)輔助使用，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速校準和高精確性，以實現(xiàn)在極短時間內(nèi)快速計算工程量的功能，提高施工管理的效率和進度。由于BIM虛擬技術在數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關數(shù)據(jù)粒度達到構件程度時，就能夠基本上達到隧道工程項目管理所需要的數(shù)據(jù)信息，提升隧道施工管理的質(zhì)量和效率。同時利用BIM虛擬技術能夠模擬施工用材、進行造價管理、預測工程成本，便于施工單位進行成本控制，從而打破工程企業(yè)由于數(shù)據(jù)信息過多不能快速進行獲取、分析而導致精細化施工管理難以實現(xiàn)的局面。在應用BIM虛擬技術后，不僅能夠準確獲得相應工程項目的數(shù)據(jù)信息，而且能夠為施工企業(yè)的各個環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持，降低在物流、儲存等環(huán)節(jié)的資源浪費，實現(xiàn)低能耗、綠色施工的目的。

實際上，BIM虛擬技術不僅僅作為虛擬技術模型在工程行業(yè)中進行使用，更是將BIM虛擬技術作為一種新型的設計方法進行使用，即將參數(shù)化設計方式納入工程設計當中。這主要是由于BIM虛擬技術所建立數(shù)據(jù)模型是基于施工地點的各種信息基礎上，當數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化后，也會引起數(shù)據(jù)模型的改變。參數(shù)化設計方法就是在施工參數(shù)改變之后，施工人員根據(jù)建筑物的實際施工目的以及設計要求，對不同施工設計進行對比分析后，選擇其中最合適的施工方案進行施工，從而提高工程的施工質(zhì)量?，F(xiàn)階段在鐵路隧道工程以及其他建筑工程中參數(shù)化設計的應用比較頻繁，利用參數(shù)化設計軟件對施工方案進行修改達到控制建筑物外形的目的已經(jīng)成為一種趨勢。

2.3 建筑性能分析

由上述可知，使用參數(shù)化設計時需要對于建筑物的性能進行分析。一般來說，影響鐵路隧道性能的因素包括照明、安全、布局合理性、聲學、色彩等因素。通過BIM虛擬技術在建筑設計階段就可以對于這些數(shù)據(jù)進行分析評定，發(fā)現(xiàn)與設計方案或者設計理念不同之處，可以通過修改參數(shù)來改變建筑物的形態(tài)。BIM虛擬技術對于施工方案而言意義重大，根據(jù)國際研究所的試驗表明，通過BIM虛擬技術判定后，建筑物的使用壽命、資源消耗程度、對于環(huán)境的影響都能實現(xiàn)一個大幅度的提升。

2.4 可視化設計

可視化設計是BIM虛擬技術在建筑工程行業(yè)中的重要應用，與傳統(tǒng)2D平面效果圖相比，可視化設計圖紙能夠更加直觀具體全方位的展現(xiàn)施工效果，同時可視化設計能夠對工程的內(nèi)部空間結構與外部外觀進行觀察監(jiān)控，便于施工人員對施工過程中存在的問題進行及時修改優(yōu)化。傳統(tǒng)鐵路隧道工程施工中一般應用二維CAD工程設計技術，在剖析工程設計圖紙的各個重要節(jié)點時，需要結合平面設計圖紙以及剖面圖才能全方位解釋清楚。而現(xiàn)階段應用的BIM虛擬技術則是以三維空間數(shù)字模型為基礎，將隧道工程的空間結構、設計結構、位置與功能之間的關系展現(xiàn)的十分清楚，使得復雜的空間設計變得立體化，達到全方位的可視化效果，從而降低工程人員對于圖紙的理解難度，極大的避免了由于圖紙理解不清楚而造成的工程問題。利用BIM虛擬技術對隧道工程的重要節(jié)點進行全方位展示，能夠使得設計施工變得更加具體形象，極大提高施工質(zhì)量。現(xiàn)階段BIM虛擬技術主要是利用Autodesk Revit軟件進行模型的建構，并且根據(jù)構件的建構順序進行“階段化”施工。將工程構件數(shù)據(jù)導入Autodesk Revit軟件內(nèi)并且輸入環(huán)境參數(shù)，構建虛擬仿真環(huán)境，以此為基礎展現(xiàn)施工方法，使得工程設計變得可視化。

3 結語

BIM虛擬技術實現(xiàn)了對于人類生存環(huán)境的改善，從某種程度上來說，BIM虛擬技術發(fā)揮了其最大價值。利用BIM虛擬仿真技術，能夠將隧道工程施工方案的3D化呈現(xiàn)和可視化交底，此外施工方案的4D模型施工推演和優(yōu)化以及對于工程量的自動核算，為BIM虛擬技術在鐵路隧道工程中的應用提供數(shù)據(jù)支持。