孫 輝

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，是利用數(shù)字仿真技術集成項目建設全過程信息的三維數(shù)據(jù)模型，擁有信息關聯(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)勢特點，建設方借助這一技術手段，能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目全過程精細管理[1]。BIM作為建筑行業(yè)、機械工程、電子設備等領域具有劃時代意義的熱點技術，在隧道建設中的應用，尚處于低水平的起步階段[2]。以往的建設經(jīng)驗表明，在隧道建設中引入BIM，可以實現(xiàn)隧道建設全過程信息共享、優(yōu)化隧道生產(chǎn)方式和設計理念、提升隧道施工質(zhì)量、保證隧道運營穩(wěn)定，為隧道建設縮短工期和節(jié)約成本提供了有效的技術支持[3]。

1 BIM應用概況

1.1 BIM在地鐵隧道中的應用

地鐵建設通常在地下開挖，環(huán)境復雜，施工空間狹小。對前期設計精準度和施工精細程度要求較高。BIM技術在設計和管理上的巨大優(yōu)勢使其在軌道交通建設中的應用較廣[4]。目前國內(nèi)地鐵隧道的站臺建設中BIM技術應用較為集中，區(qū)間隧道建設BIM應用案例相對罕見[5]。BIM模型的優(yōu)勢在于能夠與周邊GIS數(shù)據(jù)整合，并將隧道實時施工進度、結構變形數(shù)據(jù)、構筑物傾斜沉降數(shù)據(jù)以及地面沉降數(shù)據(jù)等監(jiān)測信息一目了然地呈現(xiàn)在可視化模型上，相關單位基于此模型可以對施工現(xiàn)場進行及時調(diào)整、實現(xiàn)精準管控[6]。

1.2 BIM在市政隧道中的應用

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，地表交通異常復雜，導致市政隧道的建設獨具難點。國內(nèi)某設計研究院先后在一些市政隧道建設的早、中、后期分別探索了BIM技術在模型可視化交底、模型出圖、碰撞檢查、施工過程模擬及工程量統(tǒng)計等方面的應用，取得了一定的效果。

1.3 BIM在山嶺隧道中的應用

山嶺隧道長度相對較大，有幾百米到幾十公里不等，且地表埋深大、體量也大，而且要面對各種復雜的地形地質(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，隧道設計的準確性完全取決于前期地質(zhì)勘察的精確程度。山嶺隧道建設所特有的惡劣地質(zhì)狀況和特殊的項目管理模式成了BIM模型應用的兩大難點，在一定程度上，這也是BIM模型在山嶺隧道上應用案例相對稀少的原因。

2 BIM在隧道工程中的實例分析

2.1 工程概況

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

本項目使用的BIM軟件情況：

(1)3DEXPERIENCE R2017X：此軟件為達索平臺下的CATIA三維建模軟件，主要用來建立隧道各個部分模型結構以及實現(xiàn)隧道整體的拼接與組裝，同時可用來統(tǒng)計模型各個部分的工程量，實現(xiàn)模型構件之間的碰撞檢查等。

(2)Revit：此軟件主要用來對CATIA模型不同格式的導出，以及根據(jù)施工步驟及施工節(jié)點對整體模型進行拆分重組及預拼裝，實現(xiàn)BIM模型輕量化上PIP平臺。

(3)Navisworks Manage 2017：此軟件可以同revit三維模型協(xié)同對接，實現(xiàn)后期的模型渲染、施工動畫模擬以及行車仿真等任務。

(4)Corel VideoStudio Pro X10：軟件主要針對施工動畫的后期視頻剪輯包裝工作。

(5)Lumion 6.0：軟件主要用于渲染BIM模型中的各個構件，增強現(xiàn)實效果。

2.2 模型效果展示

本項目采用CATIA軟件建立隧道各節(jié)段支護、襯砌、錨桿、鋼筋網(wǎng)架等結構模型，然后基于空間線路準確放樣，精準對接各段，形成三維隧道模型，模型見下頁圖1。

2.3 隴禁隧道中BIM應用分析

(1)參數(shù)化建模：基于隧道橫斷面相關的設計信息，建立橫斷面模板參數(shù)化數(shù)據(jù)庫，將橫斷面關聯(lián)在平縱曲線上，達到襯砌基于空間線路的準確放樣，各襯砌段間精準對接，快速批量化生成一個三維隧道結構大大提高建模效率，節(jié)省工作時間(見下頁圖2)。

(2)碰撞檢查：在傳統(tǒng)工程設計中，受限于設計人員空間思維能力和二維圖紙平面表達能力，不可避免地存在錯落碰缺問題。利用CATIA內(nèi)嵌的模型碰撞檢查功能，按照標準圖紙完成隧道模型建立之后，進行構件的碰撞檢查，能夠及時發(fā)現(xiàn)設計中的碰撞安全隱患，并導出碰撞報告，提出設計優(yōu)化建議，既可以提高設計質(zhì)量，又可以避免后期返工造成的工期延誤和資源浪費(見下頁圖3)。

(a)節(jié)段鋼筋網(wǎng)架模型結構

(b)節(jié)段底板鋼筋網(wǎng)架結構

(c)節(jié)段支護結構

(d)節(jié)段砌體結構

(e)節(jié)段錨桿結構

(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 隧道碰撞報告示意圖

(3)工程量統(tǒng)計：BIM模型是一個富含工程信息的數(shù)據(jù)庫，通過規(guī)范化的結構命名、詳細的參數(shù)制定、IFC標準結構分類，利用CATIA報表功能可以制定各種工程量統(tǒng)計表格，快速精確統(tǒng)計工程量，有效縮短了工程計量環(huán)節(jié)、大幅提升了造價人員的工作效率(見圖4)。

圖4 工程量統(tǒng)計示意圖

(4)施工動畫模擬：將隧道模型輕量化導入Navisworks Manage中，進行施工方案工藝模擬，優(yōu)化施工場地及機械布置，提高施工質(zhì)量保證施工安全性(見圖5)。

(5)AR增強交底：打破傳統(tǒng)的書面交底方式，基于高精度的BIM模型開展隧道增強交底應用，在施工圖紙中添加識別圖標，將隧道典型復雜構件BIM模型與圖紙關聯(lián)，利用AR技術，使基層施工人員在隧道施作過程中，隨時調(diào)出樣板構件三維立體模型，并可將模型疊加在實際施工部位，實現(xiàn)班組施工精準交底(見圖6)。

(6)效果展示與漫游：隧道模型建立完成后將其導入Lumion中進行材質(zhì)渲染，然后以行車視角進行漫游動畫展示，可以精確還原接近現(xiàn)實的隧道行車效果，同時可供現(xiàn)場人員參觀學習，增強了業(yè)主感受、方便政府人員監(jiān)管(見圖7)。

圖5 隧道進洞開挖模擬圖

圖6 隧道AR交底模擬圖

(7)施工協(xié)同管理平臺應用：采用Revit軟件將CATIA模型按照施工節(jié)點進行分段拆分，然后導入PIP施工管理平臺，現(xiàn)場管理人員利用手機APP隨時隨地查看模型構造，方便施工。同時根據(jù)全模型各個節(jié)段，對施工現(xiàn)場發(fā)生的質(zhì)量、安全、進度、竣工驗收等事件進行實時記錄上傳，并與BIM模型構件相關聯(lián)，使得整個施工流程快速、透明、留痕，實現(xiàn)真正意義上的三維可視化協(xié)同管理，極大地增強各方人員對施工現(xiàn)場的管控(見圖8)。

圖7 隧道行車效果圖

圖8 隴禁隧道施工協(xié)同管理平臺示意圖

3 BIM在隧道應用中存在的問題和建議

3.1 BIM應用中存在的問題

隧道工程引入BIM技術是一個機遇與挑戰(zhàn)并存的過程，在帶來很多優(yōu)勢的同時，也存在一些問題。首先軟件系統(tǒng)缺陷較多、BIM專家稀缺、軟硬件相關投入經(jīng)費少、知識產(chǎn)權保護力度小、相關法律法規(guī)不夠完善以及較低的經(jīng)濟回報等客觀因素嚴重限制了BIM技術的發(fā)展；同時部分設計師思維僵化、設計方法陳舊、政府宣傳力度不足、企業(yè)短視等主觀因素，同樣抑制了BIM技術的蓬勃發(fā)展。

此外，BIM模型應用時需要一個相互協(xié)同的基礎，建模、繪圖、施工模擬的軟件必須相互配合。若缺乏一致的標準和平臺，BIM模型將難以進行數(shù)據(jù)交換，優(yōu)勢不再。發(fā)達國家適應本國的BIM建筑行業(yè)標準體系早已建立健全，但中國的建筑行業(yè)體制不統(tǒng)一，且引進BIM技術的時間較短，專業(yè)技術人才緊缺，造成BIM標準的制定工作嚴重滯后，部分標準甚至生搬硬套國際通用標準，本土化程度極低，標準問題將是影響B(tài)IM在中國推廣應用亟待解決的問題。

3.2 BIM應用過程的針對性建議

隧道BIM技術的應用，存在特有的難點和障礙，建立健全隧道BIM國家標準體系，整個項目分階段各參與方的一致協(xié)作才能發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢[8]。BIM技術運用，需要設計單位、施工單位、運營單位等不同專用軟件之間的信息溝通，來自于不同生產(chǎn)商的軟件，如果不是統(tǒng)一的標準，就很難實現(xiàn)信息的順暢流動，勢必阻礙BIM技術發(fā)揮全生命周期優(yōu)勢。應積極學習國外先進的標準、理念，堅持引進、消化吸收、創(chuàng)新的方法，推進我國BIM技術的發(fā)展。

為了優(yōu)化BIM技術的應用，企業(yè)應要加大資金投入額度，確保計算機硬件配置能夠跟上計算要求，使用功能齊全的正版成熟軟件，同時引進BIM配套咨詢服務。挑選優(yōu)秀人才組建BIM技術攻關團隊，并對該團隊開展針對性的培訓學習，構建懂服務、懂概念、懂技術的專業(yè)化復合型人才隊伍，提升團隊協(xié)作水平。當前工程項目的工程量都較大，不得不通過團隊協(xié)作來完成項目要求，企業(yè)管理人員更應科學配置人員，促進協(xié)同合作。

4 結語

BIM作為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展趨勢，是推動工程建設工業(yè)化、信息化不可或缺的力量。目前BIM被應用到了隧道工程的各個細分領域，是隧道工程實現(xiàn)信息化、數(shù)字化的必經(jīng)之路。BIM極大地加強了項目建設過程中各工作的協(xié)同性，實現(xiàn)了精準設計、高效施工，大大簡化了后期運營管理，還減少了施工安全事故，提高了環(huán)保等級。眾多成功案例證明，BIM技術對隧道設計、施工優(yōu)勢明顯。但是，我們尚處于隧道工程BIM應用低水平的起步階段，可謂機遇與挑戰(zhàn)并存。展望未來，為更好地推廣隧道工程BIM技術，從業(yè)人員必須盡快建立隧道BIM統(tǒng)一標準規(guī)范、

推進軟件開發(fā)工作、創(chuàng)新管理工作模式，從而逐步肅清隧道工程BIM技術應用的障礙，及早實現(xiàn)隧道建設的全面信息化和數(shù)字化。