韓巖青，馬建雷，周揚

（1.青島市地鐵四號線有限公司，山東 青島 266000；2.青島市市政公用工程建設發(fā)展中心，山東 青島 266071；3.青島市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 青島 266071）

0 引言

現(xiàn)階段，地鐵在城市交通體系中的作用日益重要，利用地鐵可以更好的改善地面交通的擁堵狀況，極大的方便人們的出行。當前，諸多城市都在加緊地鐵線網(wǎng)規(guī)劃和立項。在地鐵建設過程中，隧道工程占據(jù)了非常重要的位置，為了強化地鐵隧道工程項目的管理能力，就需要借助先進的BIM技術，從而實現(xiàn)對隧道結(jié)構(gòu)的分析以及對隧道安全的預警，更好地幫助地鐵建設單位掌控整個隧道工程的詳細信息，從而大大提升隧道建設工程的質(zhì)量和安全性。

1 運用BIM技術的意義

地鐵建設單位可以通過BIM技術實現(xiàn)對隧道工程的數(shù)字化模擬，建立一個具有高度統(tǒng)一和一致性的可運算三維模型，使得各項工程數(shù)據(jù)變得可視化。通過這項技術，各部門可以憑借統(tǒng)一的可視化數(shù)據(jù)，使業(yè)務溝通更加準確便捷，使數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度的共享，極大提升各個部門之間的協(xié)同效率，使隧道工程能夠更加安全高效的實施，最大限度的提升隧道施工企業(yè)的施工效率和安全性，確保隧道建設目標的實現(xiàn)。

2 構(gòu)建隧道結(jié)構(gòu)模型

2.1 利用BIM技術構(gòu)建隧道模型

BIM技術中所運用到的軟件眾多且十分復雜。其中包含了Revit、3ds max、Rhino、Navisworks等等，這些軟件共同構(gòu)建起一個完整的BIM軟件體系。在進行隧道結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的過程中，需要充分運用這些軟件的功能來實現(xiàn)對隧道結(jié)構(gòu)的模擬。以Revit為例，在BIM軟件中可以利用Revit軟件實現(xiàn)對地質(zhì)模型的構(gòu)建。Revit軟件是專為建筑信息模型（BIM）構(gòu)建的，它可以構(gòu)建非常復雜的建筑模型，但沒有針對地質(zhì)建立的模型，因此需要借助一定的技術手段來實現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)模型的建立[1]。相關技術人員可以利用Revit軟件中構(gòu)建樓板的功能對地質(zhì)模型進行構(gòu)建和模擬，同時也可以在BIM軟件中建立專門的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，從而使地質(zhì)模型的構(gòu)建更加方便、高效。在Revit軟件中，為使用者提供了非常多的建筑構(gòu)件族庫，可以更好實現(xiàn)對地鐵隧道工程的模擬。

2.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

在進行地鐵地下結(jié)構(gòu)分析時，要充分考慮到周邊巖土對地鐵隧道工程產(chǎn)生的影響，這就需要對地鐵隧道工程周邊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行精確的分析，從而更好地掌握地下結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，進而保證地鐵工程的順利進行。首先，應該在BIM軟件中，進行相關地質(zhì)數(shù)據(jù)的設置，這其中包含了工程項目的地理位置、勘探數(shù)據(jù)、地層巖性、空間坐標等等數(shù)據(jù)，依據(jù)相關的數(shù)據(jù)建立專門的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，從而為建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型提供數(shù)據(jù)支持。在相關數(shù)據(jù)完備的基礎上，就需要利用BIM技術建立相關的地質(zhì)模型。其次，要利用Revit軟件的接口進行二次編程開發(fā)，在初始地質(zhì)數(shù)據(jù)上，利用先進的算法對地址數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，這樣有利于構(gòu)建復雜的地層結(jié)構(gòu)，保證地質(zhì)模型的準確性和合理性[2]。再者，技術人員就需要利用HyperMesh軟件對整個地質(zhì)模型進行網(wǎng)格的劃分，生成數(shù)值分析網(wǎng)格，從而更好地幫助系統(tǒng)進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的精準分析。最后，需要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行進一步處理和計算。在這個過程中可以利用FLAC 3D進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。在Revit軟件中，用戶可以對很多數(shù)據(jù)進行自定義，包括建筑模型表面等等，使得模型能夠更加符合工程的需求，然后利用相關的軟件對模型進行渲染，從而更好地將地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型以合適的方式展現(xiàn)出來，進而幫助相關企業(yè)更加直觀，便捷的掌控整個地鐵隧道工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過BIM技術對計算結(jié)果進行優(yōu)化處理，然后利用先進的圖像處理技術形成更為精準的圖像信息，更好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)可視化展示。

2.3 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的最終實現(xiàn)

在BIM軟件中，需要將隧道結(jié)構(gòu)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進行結(jié)合，綜合兩個模型中的數(shù)據(jù)進行計算，實現(xiàn)對兩個模型數(shù)據(jù)的有效集成，這樣更加有利于展示整個隧道工程的結(jié)構(gòu)，同時也有利于真實模擬施工開挖過程。利用相關軟件提供的接口可以進行軟件的二次編程開發(fā)，構(gòu)建地鐵隧道工程的三維數(shù)字模型。首先，將巖土結(jié)構(gòu)計算模型中的數(shù)據(jù)與坐標進行一一對應。這些數(shù)據(jù)包括了節(jié)點編號、上下邊界、應力應變等巖土結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。其次，通過二次編程開發(fā)，利用相關的命令將巖土結(jié)構(gòu)的相關數(shù)據(jù)讀取出來，再利用插值原理對這些數(shù)據(jù)進行科學的處理，計算出模型應力、變形等數(shù)據(jù)的等值線。同時，利用數(shù)值計算云圖將數(shù)據(jù)展示出來，在這其中不同的顏色代表著不同的數(shù)值大小和變化。最后，將生成的數(shù)據(jù)重新導入Revit軟件中，將這些數(shù)據(jù)與位置信息進行一一對應，然后利用圖形處理軟件進行渲染和輸出。通過BIM技術完成對地鐵隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究和分析，這樣可以更好地幫助地鐵建設單位實現(xiàn)對工程項目的控制。

3 地鐵隧道安全預警

3.1 意義

在地鐵隧道施工中，安全工作無疑是重中之重。施工中發(fā)生安全事故，不僅會影響工程進度，而且可能會造成嚴重的人員傷亡。為了更好的保證地鐵隧道施工的安全，就需要利用BIM技術實現(xiàn)隧道安全的預警，通過對地鐵隧道工程模擬，可以實現(xiàn)對整個施工空間的精確管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，采取準確的處置措施，大大減少發(fā)生事故的概率，提升隧道施工的安全性。

3.2 施工空間的管理

在地鐵隧道施工的過程中，施工空間的管理至關重要。在施工過程中，如果施工空間不能得到有效的分配，不僅會影響到施工的效率，造成施工現(xiàn)場的混亂，還會引發(fā)嚴重的安全隱患。因此就需要地鐵施工企業(yè)對施工空間進行詳盡的安排。利用BIM技術進行施工空間的管理，可以幫助施工企業(yè)更為精確的進行施工空間的分配和施工時間的管理，避免出現(xiàn)施工現(xiàn)場的混亂。首先，需要利用BIM技術建立相關的模型，BIM模型不同于一般的2D或者3D模型，而是在模型中賦予了大量的工程屬性，這就需要施工企業(yè)更具工程圖紙的需求，建立隧道的主體模型和施工模型[3]。主體模型包含隧道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，機械模型，建筑結(jié)構(gòu)模型。施工模型則包括，機械運動軌跡的整體模型，以及機械施工時的空間模型。在進行模型建立時，要盡可能的保證相關數(shù)據(jù)的完整性，統(tǒng)一性，精確性以及相關性。在建立隧道主體模型和施工模型的基礎之上，還要將施工的進度融合進來，才能夠?qū)κ┕み^程進行精確的模擬。在整個模型中包含了構(gòu)件的幾何屬性，空間占用數(shù)據(jù)以及時間屬性。這樣就可以對整個施工進行模擬，從而實現(xiàn)對施工空間的預測。在隧道施工中，空間沖突是影響施工效率的重要因素。必須保證每一個施工工序都擁有足夠的空間，因此就需要利用BIM技術在施工前在施工開始前，對施工方案進行準確的模擬，從中找到存在的問題，從而對施工空間進行合理的預測和安排，優(yōu)化機械運行路線以及人員施工范圍，避免施工空間的沖突，造成施工現(xiàn)場的無序，增加發(fā)生安全事故的概率,還能夠大大提升施工空間的利用效率。除了進行空間沖突分析，還要對時間沖突進行分析，這就需要相關人員利用BIM技術對空間沖突和分類空間沖突進行精準的判斷，并對這些沖突所產(chǎn)生的結(jié)果進行預估。在進行施工空間管理的過程中，可以將其分為三類，第一類是可使用空間，顧名思義就是尚未被占用的空間；第二類是施工占用空間，就是施工中正在占用的空間；第三類就是物品占用空間，這里主要指機械設備、材料所占用的空間。

通過利用BIM技術，可以更好的實現(xiàn)對施工空間的安全管理。首先，就要借助隧道的三維模型以及相關的數(shù)據(jù)，建立隧道內(nèi)部空間的三維模型。其次，就是要將施工進度信息與隧道空間的三維模型進行結(jié)合，從而更好地模擬整個施工過程。最后檢測施工空間沖突，通過分析和計算可以對施工空間進行分級，按出現(xiàn)空間沖突的概率大小，對整個空間進行劃分，這樣可以更好地實現(xiàn)對施工空間的管理。在BIM的隧道的三維空間模型當中，為了更好的檢測空間沖突，就需要在原有模型的基礎上加入更多的信息，這些信息包括機械設備的運動軌跡和運動半徑等等，這樣可以使整個模型更加科學和完整，從而使分析結(jié)果更加準確。在整個模擬和分析的過程中，必須保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性，否則就不能保證數(shù)據(jù)的準確度。

3.3 隧道結(jié)構(gòu)安全預測

在隧道建設過程中，隧道周圍的地質(zhì)情況會對施工產(chǎn)生非常大的影響，因此就需要對周邊的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行詳細的分析，這其中包括，工程影響范圍內(nèi)的建筑物沉降傾斜數(shù)據(jù)，隧道的結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)，隧道圍巖的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及沉降數(shù)據(jù)等等[4]。將這些數(shù)據(jù)與BIM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型進行有效的結(jié)合，通過相關的技術建立監(jiān)測曲線，然后對監(jiān)測曲線進行特定數(shù)值的設置。通過BIM軟件可以清晰的觀測到數(shù)據(jù)的變化情況。通過BIM軟件對隧道結(jié)構(gòu)與周圍巖土結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果進行科學的對比，可以更好地實現(xiàn)對隧道模型和巖土體模型的驗證。如果在監(jiān)測的過程中，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點的最大數(shù)值已經(jīng)超過隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，地面沉降所設定的預警值上限，系統(tǒng)就會啟動預警機制，發(fā)出警告，提醒相關工作人員。通過模型的計算和分析，最后將計算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，從而驗證數(shù)據(jù)模型的合理性和科學性，從而更好地保證隧道結(jié)構(gòu)本身的安全性。

4 結(jié)語

目前，對于很多城市來說，地鐵已經(jīng)成為城市建設的重要標志，因此，地鐵建設受到了社會的廣泛關注。為了更好建設地鐵工程，就需要對地鐵隧道工程進行全面的控制和分析，在這其中，BIM技術起到了非常大的作用，這項技術的應用不僅可以幫助地鐵建設單位實現(xiàn)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加精準的分析，同時還能實現(xiàn)對地鐵隧道安全的準確預警，這樣可以更好地保證地鐵隧道工程的質(zhì)量和安全。