何鎖宋， 王玉鎖

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)作為“甩開圖板轉(zhuǎn)變?yōu)槎S計(jì)算機(jī)繪圖”后的又一次工程建設(shè)行業(yè)的技術(shù)革命，已然成為了當(dāng)今工程建設(shè)領(lǐng)域的絕對(duì)熱點(diǎn)[1]。其發(fā)展可追溯到20世紀(jì)70年代，Chuck Eastman教授提出了一種名為Building Description System的工作模式，是對(duì)BIM的最初探索[2]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著軟件巨頭Autodesk，Bentley，Dassault等公司的一系列以數(shù)字化建造為核心概念的新一代軟件產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，BIM在工程建設(shè)領(lǐng)域取得了前所未有的發(fā)展。但是，目前BIM技術(shù)在地下工程領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，而隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，在地下工程的全生命周期中引入BIM技術(shù)已是必然[3]。目前，我國正大力推進(jìn)地下工程BIM的研究與應(yīng)用工作，以盡快將BIM技術(shù)真正應(yīng)用到地下工程領(lǐng)域中[4]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于三維建模時(shí)間成本較大，故實(shí)際工程設(shè)計(jì)施工中仍基本依據(jù)二維平面繪圖[5]。因此，針對(duì)如何提高三維建模效率，同時(shí)減少建模成本投入進(jìn)行深入研究是推動(dòng)BIM技術(shù)在地下工程領(lǐng)域應(yīng)用的重中之重[6]。張凱韜[7]應(yīng)用Revit和Dynamo建立了山嶺隧道參數(shù)化和宏操作的建模程序，同時(shí)基于CATIA建立了管片拼裝腳本，實(shí)現(xiàn)區(qū)間全長內(nèi)的管片BIM模型，并分析了隧道曲線擬合精度。李中元、程熙竣[8]利用Revit+Dynamo等建立了長螺旋隧道真三維模型，并構(gòu)建了一套參數(shù)化創(chuàng)建精細(xì)化三維模型的方法。王陽生、何興富[9]基于GIS平臺(tái)，建立了面向道路模擬的三維信息模型，將設(shè)計(jì)施工信息數(shù)據(jù)整合到模型內(nèi)，大大提高了項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)及調(diào)整的效率和科學(xué)性。本文依托成都地鐵9號(hào)線一期工程5標(biāo)項(xiàng)目，由于項(xiàng)目涉及到3條重疊隧道的施工，工程量較大，為能實(shí)現(xiàn)在隧道施工中準(zhǔn)確把握施工進(jìn)度、實(shí)現(xiàn)高效施工管理和提高施工質(zhì)量，經(jīng)過綜合分析，采用“Revit+Dynamo”建立重疊隧道三維參數(shù)化模型。

1 工程概況

成都地鐵9號(hào)線一期工程5標(biāo)共包括武青南路站—機(jī)投橋站和機(jī)投橋站—培風(fēng)站2個(gè)盾構(gòu)區(qū)間及一個(gè)武青車輛段出段線礦山法隧道。出段線隧道起止里程為：CDK0+091.729～CDK0+880.000，長度799.271 m，其中，里程CDK0+340.291～CDK0+753.000(412.709 m)段采用礦山法施工，埋深10 m左右，其余段均采用明挖法施工。盾構(gòu)區(qū)間包括武青南路站—機(jī)投橋站和機(jī)投橋站—培風(fēng)站。武青南路站—機(jī)投橋站：左線(515#)全長2 435.299 m，右線(517#)全長2 427.717 m。機(jī)投橋站—培風(fēng)站：左線(518#)長604.040 m，右線(516#)長1 238.231 m。項(xiàng)目平、縱斷面分別如圖1、圖2所示。

圖1 成都地鐵9號(hào)線一期工程5標(biāo)施工平面

圖2 成都地鐵9號(hào)線一期工程5標(biāo)施工縱斷面

2 參數(shù)化建模技術(shù)流程

2.1 使用Civil 3D生成隧道三維空間設(shè)計(jì)線

設(shè)計(jì)資料一般只包含隧道的平、縱斷面圖，而對(duì)于BIM模型建立則需要隧道的三維空間設(shè)計(jì)線，理論上可以根據(jù)隧道的平縱斷面圖直接采用Revit繪制，但緩和曲線在Revit中的建模將面對(duì)困難，因此，考慮到Revit和AutoCAD Civil 3D具有良好的互交性，采用AutoCAD Civil 3D建立空間曲線，再導(dǎo)入Revit。

2.2 建立自適應(yīng)管片族

盾構(gòu)隧道一般由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，2個(gè)鄰接塊，1個(gè)封頂塊組成，均可通過內(nèi)外圓弧半徑進(jìn)行控制。本文利用Revit中的自適應(yīng)族模塊，建立自適應(yīng)管片，每個(gè)自適應(yīng)管片有12個(gè)自適應(yīng)點(diǎn)，通過確定這12個(gè)點(diǎn)的安裝位置，通過編程實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)管片族的安裝，建立的自適應(yīng)管片如圖3所示。

圖3 自適應(yīng)管片

2.3 安裝自適應(yīng)管片

Autodesk公司的Revit，在房建領(lǐng)域擁有大量的項(xiàng)目樣板和族樣板，對(duì)于房建方面的建筑擁有極高的效率與準(zhǔn)確性。但是，在橋梁隧道方面建模一般是采用Dynamo軟件。Dynamo是一款開源可視化編程軟件，在Revit2014版本之后在Revit中作為插件使用。在Revit中使用Dynamo插件是Revit平臺(tái)解決異形建筑的一次飛躍性進(jìn)步，Dynamo的可視化編程過程將計(jì)算機(jī)語言編程門檻降低引進(jìn)工程師世界，通過大量類似于自帶函數(shù)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，完成各種建模功能。

盾構(gòu)管片建模具有相似性，通過Dynamo建立文件后，對(duì)于不同的線路中心線、不同的盾構(gòu)隧道尺寸與拼裝方式，只需改變相應(yīng)參數(shù)即可快速生成隧道模型。具體流程：

(1)在Revit中通過鏈接CAD導(dǎo)入前期建好的空間曲線。

(2)通過選擇節(jié)點(diǎn)獲取中心線，按照管片寬度切分隧道中心線，確定每環(huán)安裝位置。

(3)通過隧道標(biāo)準(zhǔn)塊角度，鄰接塊的內(nèi)圓弧弧度和鄰接塊的內(nèi)圓弧弧度對(duì)圓弧進(jìn)行切分，找到自適應(yīng)管片安裝的自適應(yīng)點(diǎn)位置，如圖4所示，為實(shí)現(xiàn)圓弧切分所編輯的模塊。

圖4 圓弧切分

(4)切分好后，通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)隧道的不同形式的錯(cuò)縫布置，圖5為實(shí)現(xiàn)錯(cuò)縫布置所編寫的模塊，圖6為通縫布置效果圖，圖7為環(huán)向錯(cuò)縫效果圖。

圖5 錯(cuò)縫布置模塊

圖6 通縫布置效果圖

圖7 環(huán)向錯(cuò)縫布置效果圖

(5)通過控制點(diǎn)將自適應(yīng)管片按照指定路徑進(jìn)行拼裝。

2.4 礦山法隧道建模

建模流程：

(1)對(duì)馬蹄形斷面進(jìn)行編程繪制，繪制過程如圖8所示。

圖8 五心圓馬蹄形斷面的繪制

(2)通過Surface.BySweep節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)橫斷面線沿著隧道中心線生成面，再通過Surface.Thicken節(jié)點(diǎn)將面加厚，形成初支與二襯，如圖9所示。

圖9 礦山隧道建模的實(shí)現(xiàn)

2.5 重疊隧道BIM模型建立

將建好Dynamo文件導(dǎo)入到建好的隧道中心線模型中，完成重疊隧道建模，如圖10所示。

圖10 建模的總體效果圖

3 結(jié)論

本文以成都地鐵9號(hào)線一期工程5標(biāo)中的重疊隧道段為工程依托，以BIM為核心，探討了Revit+Dynamo在重疊隧道參數(shù)化建模中的研究與應(yīng)用。主要研究成果：

(1)采用Civil 3D建立空間曲線，導(dǎo)入Revit，再通過Revit中的Dynamo插件編程建立自適應(yīng)管片模型并進(jìn)行了自適應(yīng)安裝。

(2)建立了參數(shù)化的盾構(gòu)管片及礦山法隧道族庫，將各構(gòu)件族載入同一項(xiàng)目文件中，并通過Dynamo插件可視化編程，以構(gòu)件編碼信息作為人機(jī)交互的媒介，實(shí)現(xiàn)了隧道BIM模型相關(guān)工程信息的快捷添加，提升了建模效率。

(3)提出了在建模中使用控制參數(shù)控制的方法，在編寫模型建立程序中將建模的控制參數(shù)盡量精簡，只保留必要的控制參數(shù)(礦山法隧道使用了13個(gè)參數(shù))，在遇到同類問題時(shí)就可只用改變控制參數(shù)進(jìn)行模型快速建立。

通過本次研究，在地下交通工程中有針對(duì)性地運(yùn)用BIM技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題，并對(duì)BIM技術(shù)在地下交通隧道領(lǐng)域參數(shù)化建模的研究提供了一套解決方案，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。