文/濟(jì)南通達(dá)公路工程有限公司 王秀林 閻有為

公路隧道是公路工程中必不可少的組成部分，具有施工環(huán)境差、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、作業(yè)面多、工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)施工技術(shù)和管理的要求較高。因此，如何提高隧道施工階段的質(zhì)量和安全管理水平是隧道工程需解決的重要問題。建筑信息模型（BIM）技術(shù)為隧道工程施工管理水平的提升提供了解決途徑。

BIM是建設(shè)工程及其設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，通過創(chuàng)建和使用項(xiàng)目數(shù)據(jù)開展全生命周期業(yè)務(wù)過程，同時(shí)使用模型信息開展業(yè)務(wù)流程的管理。BIM模型以三維可視化數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建面向工程結(jié)構(gòu)化對(duì)象的模型，可實(shí)現(xiàn)技術(shù)和管理方面的一系列應(yīng)用，如可視化展示、工藝模擬、工程量計(jì)算、進(jìn)度管理、材料管理、成本管理等，從而提高隧道工程施工管理水平。

本文以某公路隧道工程施工階段為例，研究隧道BIM模型創(chuàng)建方法，對(duì)基于BIM的施工資料和信息集成、進(jìn)度管理、施工工藝模擬與展示、協(xié)同管理等應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)目前BIM應(yīng)用存在的問題進(jìn)行剖析并提出應(yīng)用建議。

隧道BIM模型構(gòu)建

工程概況

某雙向四車道公路隧道分左右兩幅，長(zhǎng)440米，單洞寬13.75米，凈高8米，兩幅隧道凈距約13米，隧道左、右幅均為直線，屬于小凈距短隧道。隧道左、右幅縱坡+1.400%～-2.600%，包含了Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)三類圍巖等級(jí)。

為貫徹落實(shí)工程精細(xì)化管理相關(guān)政策，組建BIM團(tuán)隊(duì)開展項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，并在施工過程中具體落實(shí)，對(duì)施工管理信息化實(shí)踐進(jìn)行探索。

隧道建模

圖1 完整隧道BIM模型

在建模前，包括施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人在內(nèi)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)BIM實(shí)施大綱進(jìn)行了多次討論和修改，制定了詳細(xì)的BIM應(yīng)用實(shí)施內(nèi)容。根據(jù)隧道所在場(chǎng)地測(cè)量數(shù)據(jù)、主體結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)圖紙、施工深化設(shè)計(jì)圖紙和施工方案，分別對(duì)場(chǎng)地地形、主體結(jié)構(gòu)和施工輔助設(shè)施進(jìn)行了建模。根據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)建模工作內(nèi)容進(jìn)行分解，按照任務(wù)分工主要采用Revit軟件完成建模任務(wù)。

隧道工程場(chǎng)地的建模通過結(jié)合Civil3D和Revit軟件完成，將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Civil3D完成地形的繪制，并形成地形模型，然后將模型導(dǎo)入Revit中，通過概念體量模型創(chuàng)建場(chǎng)地地質(zhì)模型，并利用布爾運(yùn)算進(jìn)行隧道開洞處理。

通過建立不同圍巖等級(jí)對(duì)應(yīng)的隧道施工標(biāo)準(zhǔn)段模型，再進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)組裝，形成隧道主體模型。組合拼裝采用“基本模型+參考模型”的方式，可提高建模效率。當(dāng)需要修改整體模型時(shí)，僅需修改小體量的基本模型或者參考模型。圖1為組裝后的隧道完整BIM模型。

圖2 施工資料與模型集成

于BIM施工階段應(yīng)用

施工資料與信息集成應(yīng)用

BIM模型包含了各構(gòu)件的幾何和屬性信息，此外還可以包含施工相關(guān)資料，便于施工資料和信息的集成應(yīng)用。以建立的完整隧道模型為基礎(chǔ)，將施工過程相關(guān)資料集成到BIM模型中，可結(jié)合三維模型進(jìn)行施工資料的管理與查看、可視化技術(shù)交底、模型信息查看等，可有效解決資料管理的分散和查找困難、施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)、資料等查看不便、技術(shù)交底不夠直觀等問題。

如圖2所示，隧道某圍巖等級(jí)處對(duì)模型進(jìn)行剖切處理后添加相關(guān)信息，可直接查看此圍巖等級(jí)的各主要組成部分及各部分的重要信息。此外，在通過導(dǎo)視牌的形式鏈接相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、二維施工圖和施工工藝動(dòng)畫等，便于結(jié)合模型直接進(jìn)行技術(shù)交底。

進(jìn)度管理應(yīng)用

在基于BIM模型的施工進(jìn)度管理應(yīng)用開發(fā)中，根據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)、施工組織設(shè)計(jì)及專項(xiàng)方案等文件編制進(jìn)度計(jì)劃創(chuàng)建進(jìn)度管理模型，完成進(jìn)度計(jì)劃模擬和優(yōu)化。采用Fuzor軟件進(jìn)行施工進(jìn)度模擬與仿真，將Revit中創(chuàng)建的BIM模型導(dǎo)入Fuzor，模型中添加時(shí)間信息，形成進(jìn)度管理模型。圖3為隧道開挖計(jì)劃模型，可清晰查看各段的施工順序和計(jì)劃開始與結(jié)束時(shí)間，從而直觀判斷進(jìn)度和施工順序的合理性。依據(jù)進(jìn)度管理模型，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度跟蹤檢查、進(jìn)度可視化展示、實(shí)際和計(jì)劃進(jìn)度對(duì)比分析、進(jìn)度預(yù)警與輔助偏差分析、輔助進(jìn)度計(jì)劃調(diào)整等。

工藝模擬與展示應(yīng)用

結(jié)合三維BIM模型進(jìn)行施工工藝模擬，可實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)交底更直觀，與傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫相比，模型中包含了真實(shí)的工程信息并且可直接查看。根據(jù)隧道項(xiàng)目施工工藝特點(diǎn)，基于BIM模型完成了CRD法、CD法和臺(tái)階法施工工藝模擬。

為更深入地應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工質(zhì)量和安全管理，結(jié)合隧道施工特點(diǎn)，開發(fā)了隧道質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)樣板區(qū)。如圖4所示，虛擬質(zhì)量安全樣板區(qū)清晰地展示了不同等級(jí)圍巖隧道主體結(jié)構(gòu)、大管棚及逃生預(yù)案構(gòu)造，以及重要材料、尺寸和其它屬性信息，并以公告欄的形式表達(dá)了對(duì)應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的重要施工檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，為質(zhì)量管理和技術(shù)交底提供重要的參考模型。

協(xié)同管理

搭建了項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺(tái)，支持網(wǎng)頁(yè)端和移動(dòng)端，可方便地進(jìn)行施工階段的項(xiàng)目管理。該平臺(tái)可瀏覽包括BIM模型在內(nèi)的多種格式文件，可方便地實(shí)現(xiàn)文件管理和歸檔。此外，可以發(fā)布流程任務(wù)，方便實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量和安全協(xié)同管理。

圖3 隧道開挖進(jìn)度模擬

圖4 質(zhì)量安全樣板區(qū)展示

圖5 任務(wù)管理與協(xié)作

任務(wù)功能是協(xié)作平臺(tái)的重要功能，如圖5所示，可針對(duì)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)問題和其它問題，結(jié)合BIM模型的標(biāo)注功能和現(xiàn)場(chǎng)照片等，將存在的問題發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人，并形成任務(wù)流程，問題解決后給出審批意見，則此任務(wù)結(jié)束。

存在問題分析及應(yīng)用建議

問題分析

施工階段全員應(yīng)用BIM開展工作仍存在難度。由于施工階段信息化水平長(zhǎng)期以來(lái)相對(duì)較低，施工人員習(xí)慣于傳統(tǒng)的工作模式，對(duì)基于BIM的信息化手段缺少認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致BIM應(yīng)用實(shí)施過程中施工人員缺乏積極性，甚至存在抵觸心理，認(rèn)為BIM實(shí)施增加了工作量。這就需要BIM應(yīng)用能夠給一線施工人員帶來(lái)工作效率的提升。

目前BIM應(yīng)用很難形成企業(yè)大數(shù)據(jù)。從企業(yè)的角度來(lái)看，BIM應(yīng)用是施工企業(yè)大數(shù)據(jù)形成的基礎(chǔ)，可為企業(yè)積累大量的虛擬模型、進(jìn)度、材料、質(zhì)量和安全管理資料，通過分析可為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支持。但是，由于目前BIM建模和應(yīng)用缺乏比較完善的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各項(xiàng)目的模型和資料很難進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，也就無(wú)法為企業(yè)決策提供足夠的支持。

BIM應(yīng)用仍不夠深入，缺少智能化應(yīng)用?，F(xiàn)有的應(yīng)用點(diǎn)在技術(shù)上缺少突破，以進(jìn)度計(jì)劃模擬為例，仍然只能對(duì)擬定的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行可視化模擬，出現(xiàn)工期提前或延遲，無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行整個(gè)施工進(jìn)度計(jì)劃的變更，很難實(shí)現(xiàn)結(jié)合BIM模型進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃自動(dòng)化管理。

現(xiàn)有協(xié)同管理平臺(tái)功能薄弱，不足以支撐基于BIM的全過程應(yīng)用。施工協(xié)同管理平臺(tái)仍以文檔管理和質(zhì)量安全問題流程管理為主，BIM模型發(fā)揮的作用并不充分，主要以模型查看和基于模型的注釋為主，進(jìn)度管理、物料管理和成本管理功能較弱，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的質(zhì)量和安全管理功能不足。

應(yīng)用建議

標(biāo)準(zhǔn)先行。當(dāng)前行業(yè)BIM建模和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)仍不完善，企業(yè)可針對(duì)隧道項(xiàng)目建立建模和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，便于企業(yè)統(tǒng)一管理和后期數(shù)據(jù)的積累，從而為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支持。

提效為先?；贐IM的技術(shù)應(yīng)用方面，需考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的落地，以提高一線施工人員的工作效率為目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)，如結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行隧道施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與評(píng)估預(yù)警，實(shí)現(xiàn)三維可視化、自動(dòng)化和智能化；基于BIM的管理應(yīng)用方面，需以提高管理效率為目標(biāo)，通過充分調(diào)研后確定適合企業(yè)管理特點(diǎn)的應(yīng)用點(diǎn)和應(yīng)用流程，并形成標(biāo)準(zhǔn)管理流程和管理制度在企業(yè)進(jìn)行推行。

以點(diǎn)帶面。BIM應(yīng)用策劃需充分評(píng)估應(yīng)用點(diǎn)價(jià)值和實(shí)施效果，前期可以通過成熟應(yīng)用點(diǎn)試點(diǎn)在部分工作中推進(jìn)BIM應(yīng)用，隨著應(yīng)用深入逐步擴(kuò)展應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面，在應(yīng)用點(diǎn)上不宜追求大而全，注重實(shí)效。

結(jié)語(yǔ)

BIM作為推動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)信息化的重要手段，近些年得到了快速發(fā)展，在公路工程行業(yè)也逐漸開展了大量BIM應(yīng)用。隧道工程實(shí)施BIM對(duì)于設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維均有重要的應(yīng)用價(jià)值，BIM應(yīng)用是必然趨勢(shì)。

當(dāng)前隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級(jí)階段，無(wú)論在建模和應(yīng)用開發(fā)方面仍需要開展研究。以某隧道工程為例，研究了“基本模型+參考模型”的方式進(jìn)行組合拼裝建模方法；分析了基于BIM模型的信息和資料集成應(yīng)用、進(jìn)度管理、協(xié)同管理、工藝模擬與展示等方面特點(diǎn)；對(duì)目前BIM應(yīng)用存在的問題進(jìn)行了分析，并給出了應(yīng)用建議。為了更進(jìn)一步促進(jìn)隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用，企業(yè)則需要以提高工作效率和管理效率為目標(biāo)推動(dòng)信息化手段在工程中的應(yīng)用。