孫 輝

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，是利用數(shù)字仿真技術(shù)集成項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程信息的三維數(shù)據(jù)模型，擁有信息關(guān)聯(lián)性、完備性、一致性、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性和可視化、可出圖等諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，建設(shè)方借助這一技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)工程項(xiàng)目全過(guò)程精細(xì)管理[1]。BIM作為建筑行業(yè)、機(jī)械工程、電子設(shè)備等領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的熱點(diǎn)技術(shù)，在隧道建設(shè)中的應(yīng)用，尚處于低水平的起步階段[2]。以往的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，在隧道建設(shè)中引入BIM，可以實(shí)現(xiàn)隧道建設(shè)全過(guò)程信息共享、優(yōu)化隧道生產(chǎn)方式和設(shè)計(jì)理念、提升隧道施工質(zhì)量、保證隧道運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定，為隧道建設(shè)縮短工期和節(jié)約成本提供了有效的技術(shù)支持[3]。

1 BIM應(yīng)用概況

1.1 BIM在地鐵隧道中的應(yīng)用

地鐵建設(shè)通常在地下開(kāi)挖，環(huán)境復(fù)雜，施工空間狹小。對(duì)前期設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度和施工精細(xì)程度要求較高。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)和管理上的巨大優(yōu)勢(shì)使其在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用較廣[4]。目前國(guó)內(nèi)地鐵隧道的站臺(tái)建設(shè)中BIM技術(shù)應(yīng)用較為集中，區(qū)間隧道建設(shè)BIM應(yīng)用案例相對(duì)罕見(jiàn)[5]。BIM模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠與周邊GIS數(shù)據(jù)整合，并將隧道實(shí)時(shí)施工進(jìn)度、結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)、構(gòu)筑物傾斜沉降數(shù)據(jù)以及地面沉降數(shù)據(jù)等監(jiān)測(cè)信息一目了然地呈現(xiàn)在可視化模型上，相關(guān)單位基于此模型可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控[6]。

1.2 BIM在市政隧道中的應(yīng)用

市政隧道由于埋深淺，通常采用明挖施工，其上重要管線及周邊建筑物等對(duì)地面沉降控制要求極高[7]，且下穿道路、鐵路或越江隧道較為常見(jiàn)，地表交通異常復(fù)雜，導(dǎo)致市政隧道的建設(shè)獨(dú)具難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)研究院先后在一些市政隧道建設(shè)的早、中、后期分別探索了BIM技術(shù)在模型可視化交底、模型出圖、碰撞檢查、施工過(guò)程模擬及工程量統(tǒng)計(jì)等方面的應(yīng)用，取得了一定的效果。

1.3 BIM在山嶺隧道中的應(yīng)用

山嶺隧道長(zhǎng)度相對(duì)較大，有幾百米到幾十公里不等，且地表埋深大、體量也大，而且要面對(duì)各種復(fù)雜的地形地質(zhì)，如斷層、破碎帶、滑坡、巖溶等；由于山嶺隧道在地表下較深處施工，受地質(zhì)條件干擾較大，隧道設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性完全取決于前期地質(zhì)勘察的精確程度。山嶺隧道建設(shè)所特有的惡劣地質(zhì)狀況和特殊的項(xiàng)目管理模式成了BIM模型應(yīng)用的兩大難點(diǎn)，在一定程度上，這也是BIM模型在山嶺隧道上應(yīng)用案例相對(duì)稀少的原因。

2 BIM在隧道工程中的實(shí)例分析

2.1 工程概況

崇左至水口高速公路NOCS-CL1標(biāo)段隴禁隧道，位于崇左市龍州縣上金鄉(xiāng)兩岸村隴禁屯北側(cè)約450 m。隴禁隧道作為分離式小凈距隧道，設(shè)計(jì)凈寬度為13.25 m，凈高度為5.0 m，左線起于KBK23+665，終于KBK24+016，全長(zhǎng)351 m；右線起于KAK23+680，終于KAK24+010，全長(zhǎng)330 m。崇左段左線的明洞為10 m長(zhǎng)、右線的明洞為29 m長(zhǎng)；龍州端左線明洞長(zhǎng)為5 m，右線明洞長(zhǎng)為11 m；崇左端及龍州端洞門(mén)均采用端墻式；龍州端洞口左右線棚洞長(zhǎng)度均為10 m；左、右線縱坡均為單向坡，坡率0.5%。

本項(xiàng)目使用的BIM軟件情況：

(1)3DEXPERIENCE R2017X：此軟件為達(dá)索平臺(tái)下的CATIA三維建模軟件，主要用來(lái)建立隧道各個(gè)部分模型結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)隧道整體的拼接與組裝，同時(shí)可用來(lái)統(tǒng)計(jì)模型各個(gè)部分的工程量，實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)件之間的碰撞檢查等。

(2)Revit：此軟件主要用來(lái)對(duì)CATIA模型不同格式的導(dǎo)出，以及根據(jù)施工步驟及施工節(jié)點(diǎn)對(duì)整體模型進(jìn)行拆分重組及預(yù)拼裝，實(shí)現(xiàn)BIM模型輕量化上PIP平臺(tái)。

(3)Navisworks Manage 2017：此軟件可以同revit三維模型協(xié)同對(duì)接，實(shí)現(xiàn)后期的模型渲染、施工動(dòng)畫(huà)模擬以及行車(chē)仿真等任務(wù)。

(4)Corel VideoStudio Pro X10：軟件主要針對(duì)施工動(dòng)畫(huà)的后期視頻剪輯包裝工作。

(5)Lumion 6.0：軟件主要用于渲染BIM模型中的各個(gè)構(gòu)件，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果。

2.2 模型效果展示

本項(xiàng)目采用CATIA軟件建立隧道各節(jié)段支護(hù)、襯砌、錨桿、鋼筋網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)模型，然后基于空間線路準(zhǔn)確放樣，精準(zhǔn)對(duì)接各段，形成三維隧道模型，模型見(jiàn)下頁(yè)圖1。

2.3 隴禁隧道中BIM應(yīng)用分析

(1)參數(shù)化建模：基于隧道橫斷面相關(guān)的設(shè)計(jì)信息，建立橫斷面模板參數(shù)化數(shù)據(jù)庫(kù)，將橫斷面關(guān)聯(lián)在平縱曲線上，達(dá)到襯砌基于空間線路的準(zhǔn)確放樣，各襯砌段間精準(zhǔn)對(duì)接，快速批量化生成一個(gè)三維隧道結(jié)構(gòu)大大提高建模效率，節(jié)省工作時(shí)間(見(jiàn)下頁(yè)圖2)。

(2)碰撞檢查：在傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，受限于設(shè)計(jì)人員空間思維能力和二維圖紙平面表達(dá)能力，不可避免地存在錯(cuò)落碰缺問(wèn)題。利用CATIA內(nèi)嵌的模型碰撞檢查功能，按照標(biāo)準(zhǔn)圖紙完成隧道模型建立之后，進(jìn)行構(gòu)件的碰撞檢查，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的碰撞安全隱患，并導(dǎo)出碰撞報(bào)告，提出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，既可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，又可以避免后期返工造成的工期延誤和資源浪費(fèi)(見(jiàn)下頁(yè)圖3)。

(a)節(jié)段鋼筋網(wǎng)架模型結(jié)構(gòu)

(b)節(jié)段底板鋼筋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(c)節(jié)段支護(hù)結(jié)構(gòu)

(d)節(jié)段砌體結(jié)構(gòu)

(e)節(jié)段錨桿結(jié)構(gòu)

(f)隧道整體組裝模型示意圖圖1 隧道模型圖

圖2 參數(shù)化建模示意圖

圖3 隧道碰撞報(bào)告示意圖

(3)工程量統(tǒng)計(jì)：BIM模型是一個(gè)富含工程信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)規(guī)范化的結(jié)構(gòu)命名、詳細(xì)的參數(shù)制定、IFC標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)分類(lèi)，利用CATIA報(bào)表功能可以制定各種工程量統(tǒng)計(jì)表格，快速精確統(tǒng)計(jì)工程量，有效縮短了工程計(jì)量環(huán)節(jié)、大幅提升了造價(jià)人員的工作效率(見(jiàn)圖4)。

圖4 工程量統(tǒng)計(jì)示意圖

(4)施工動(dòng)畫(huà)模擬：將隧道模型輕量化導(dǎo)入Navisworks Manage中，進(jìn)行施工方案工藝模擬，優(yōu)化施工場(chǎng)地及機(jī)械布置，提高施工質(zhì)量保證施工安全性(見(jiàn)圖5)。

(5)AR增強(qiáng)交底：打破傳統(tǒng)的書(shū)面交底方式，基于高精度的BIM模型開(kāi)展隧道增強(qiáng)交底應(yīng)用，在施工圖紙中添加識(shí)別圖標(biāo)，將隧道典型復(fù)雜構(gòu)件BIM模型與圖紙關(guān)聯(lián)，利用AR技術(shù)，使基層施工人員在隧道施作過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)出樣板構(gòu)件三維立體模型，并可將模型疊加在實(shí)際施工部位，實(shí)現(xiàn)班組施工精準(zhǔn)交底(見(jiàn)圖6)。

(6)效果展示與漫游：隧道模型建立完成后將其導(dǎo)入Lumion中進(jìn)行材質(zhì)渲染，然后以行車(chē)視角進(jìn)行漫游動(dòng)畫(huà)展示，可以精確還原接近現(xiàn)實(shí)的隧道行車(chē)效果，同時(shí)可供現(xiàn)場(chǎng)人員參觀學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了業(yè)主感受、方便政府人員監(jiān)管(見(jiàn)圖7)。

圖5 隧道進(jìn)洞開(kāi)挖模擬圖

圖6 隧道AR交底模擬圖

(7)施工協(xié)同管理平臺(tái)應(yīng)用：采用Revit軟件將CATIA模型按照施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分段拆分，然后導(dǎo)入PIP施工管理平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員利用手機(jī)APP隨時(shí)隨地查看模型構(gòu)造，方便施工。同時(shí)根據(jù)全模型各個(gè)節(jié)段，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、竣工驗(yàn)收等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄上傳，并與BIM模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，使得整個(gè)施工流程快速、透明、留痕，實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維可視化協(xié)同管理，極大地增強(qiáng)各方人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的管控(見(jiàn)圖8)。

圖7 隧道行車(chē)效果圖

圖8 隴禁隧道施工協(xié)同管理平臺(tái)示意圖

3 BIM在隧道應(yīng)用中存在的問(wèn)題和建議

3.1 BIM應(yīng)用中存在的問(wèn)題

隧道工程引入BIM技術(shù)是一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的過(guò)程，在帶來(lái)很多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在一些問(wèn)題。首先軟件系統(tǒng)缺陷較多、BIM專(zhuān)家稀缺、軟硬件相關(guān)投入經(jīng)費(fèi)少、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度小、相關(guān)法律法規(guī)不夠完善以及較低的經(jīng)濟(jì)回報(bào)等客觀因素嚴(yán)重限制了BIM技術(shù)的發(fā)展；同時(shí)部分設(shè)計(jì)師思維僵化、設(shè)計(jì)方法陳舊、政府宣傳力度不足、企業(yè)短視等主觀因素，同樣抑制了BIM技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

此外，BIM模型應(yīng)用時(shí)需要一個(gè)相互協(xié)同的基礎(chǔ)，建模、繪圖、施工模擬的軟件必須相互配合。若缺乏一致的標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)，BIM模型將難以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，優(yōu)勢(shì)不再。發(fā)達(dá)國(guó)家適應(yīng)本國(guó)的BIM建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系早已建立健全，但中國(guó)的建筑行業(yè)體制不統(tǒng)一，且引進(jìn)BIM技術(shù)的時(shí)間較短，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才緊缺，造成BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定工作嚴(yán)重滯后，部分標(biāo)準(zhǔn)甚至生搬硬套國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，本土化程度極低，標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題將是影響B(tài)IM在中國(guó)推廣應(yīng)用亟待解決的問(wèn)題。

3.2 BIM應(yīng)用過(guò)程的針對(duì)性建議

隧道BIM技術(shù)的應(yīng)用，存在特有的難點(diǎn)和障礙，建立健全隧道BIM國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系，整個(gè)項(xiàng)目分階段各參與方的一致協(xié)作才能發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[8]。BIM技術(shù)運(yùn)用，需要設(shè)計(jì)單位、施工單位、運(yùn)營(yíng)單位等不同專(zhuān)用軟件之間的信息溝通，來(lái)自于不同生產(chǎn)商的軟件，如果不是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就很難實(shí)現(xiàn)信息的順暢流動(dòng)，勢(shì)必阻礙BIM技術(shù)發(fā)揮全生命周期優(yōu)勢(shì)。應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)、理念，堅(jiān)持引進(jìn)、消化吸收、創(chuàng)新的方法，推進(jìn)我國(guó)BIM技術(shù)的發(fā)展。

為了優(yōu)化BIM技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)應(yīng)要加大資金投入額度，確保計(jì)算機(jī)硬件配置能夠跟上計(jì)算要求，使用功能齊全的正版成熟軟件，同時(shí)引進(jìn)BIM配套咨詢(xún)服務(wù)。挑選優(yōu)秀人才組建BIM技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，并對(duì)該團(tuán)隊(duì)開(kāi)展針對(duì)性的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，構(gòu)建懂服務(wù)、懂概念、懂技術(shù)的專(zhuān)業(yè)化復(fù)合型人才隊(duì)伍，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平。當(dāng)前工程項(xiàng)目的工程量都較大，不得不通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作來(lái)完成項(xiàng)目要求，企業(yè)管理人員更應(yīng)科學(xué)配置人員，促進(jìn)協(xié)同合作。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM作為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展趨勢(shì)，是推動(dòng)工程建設(shè)工業(yè)化、信息化不可或缺的力量。目前BIM被應(yīng)用到了隧道工程的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，是隧道工程實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化的必經(jīng)之路。BIM極大地加強(qiáng)了項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中各工作的協(xié)同性，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、高效施工，大大簡(jiǎn)化了后期運(yùn)營(yíng)管理，還減少了施工安全事故，提高了環(huán)保等級(jí)。眾多成功案例證明，BIM技術(shù)對(duì)隧道設(shè)計(jì)、施工優(yōu)勢(shì)明顯。但是，我們尚處于隧道工程BIM應(yīng)用低水平的起步階段，可謂機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。展望未來(lái)，為更好地推廣隧道工程BIM技術(shù)，從業(yè)人員必須盡快建立隧道BIM統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、

推進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)工作、創(chuàng)新管理工作模式，從而逐步肅清隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用的障礙，及早實(shí)現(xiàn)隧道建設(shè)的全面信息化和數(shù)字化。