隧道工程设计阶段 BIM技术的应用浅述

隧道工程设计阶段 BIM技术的应用浅述

何吕平

中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 400010

摘要：随着我国隧道工程的建设步伐日益加快，对工期、质量、技术水平等方面的要求也变的更加严格。目前隧道工程设计一般是采用CAD进行二维平面设计，在信息共享、设计标准化、进度控制等方面效率较低、工作繁琐，导致各专业设计意图不能明确表达，传统的设计方法已经无法满足隧道工程建设的高标准要求。以BIM为核心理念的三维数字化设计技术的出现，给工程设计行业带来了重大的变革。但是BIM技术的研究成果主要集中于建筑行业，而涉及隧道工程方面的应用较少。因此，为了提高隧道工程设计的科学性、合理性、经济性、协调性等，研究BIM技术在隧道工程设计中的应用具有十分重要的意义。

关键词：隧道工程；设计阶段；BIM技术；应用

前言：互联网的快速发展是BIM技术运用的基础。当前计算机技术的使用愈发普遍，BIM技术在隧道工程设计中的应用是当前时代发展的需要，也是隧道工程行业发展的需要。隧道工程管理人员对BIM的应用必须加大力度，让隧道工程在设计及施工环节当中的工作效率可以有进一步的提升，以此满足隧道工程的具体实施发展要求。

1BIM技术

BIM技术可以在数字技术的支持下构建隧道工程的结构模型，进行隧道工程结构各个节点的动态设计和分析，进而实现模块化、系统化以及精细化的方案设计，并且使设计成果可视化。因此，通过BIM技术，可以实现隧道工程项目建设的信息化以及智能化发展。在BIM技术的支持下，可以对隧道工程项目的设计模式、进度以及成本等内容进行分析与控制，进而充分了解项目的具体状况，使设计人员根据实际状况进行调整，提高方案设计的合理性。同时，在BIM技术的支持下，隧道工程设计不仅改变了传统的设计方式与手段，并且做到了业务以及流程的创新发展，实现了整个工程项目的精细化和协调化管理，有效提升了工程质量。

2、BIM技术应用状态

BIM技术在建筑、电子、机械等行业得到了广泛的应用，BIM技术的应用日益成熟，使得各个领域的发展发生巨大变化。隧道工程是一项复杂和综合性较强的工作，在实施过程中首先需要依照合同内容掌握工程项目的基本建设要求和任务，并根据工程资料对建筑项目做出设计和规划，进而对项目的运营过程开展管理工作。目前，中国社会经济稳定，交通行业也向更高层次发展，地下工程，尤其是隧道工程的需求也随之增加。隧道工程的建设和发展方向应注重环境保护、低碳、经济、可持续发展。因此，BIM技术在隧道工程中的应用是一个主要趋势。

3、BIM技术在隧道工程中的应用特点

3.1与其他工程领域稍有不同，隧道工程中的BIM概念也包括GIS。3D模型的建立还包括3D地质信息模型、3D地理信息模型和3D隧道结构模型。这就需要在工程前期收集大量的信息，并且还需建立相应的通用数据库，使得专业技术人员和各个软件平台之间的信息互通屏障逐渐消除。

3.2提高设计模型的兼容性。工程设计人员还需根据工程特性使用适当的应用平台。如果应用程序平台之间存在差异，则对模型兼容性有更高的要求。不仅如此，设计链接和构建链接需要与各种类型的设计模型兼容，这意味着平台可以一起工作，并且可以进行格式转换。

3.3可视化。与传统的CAD二维纸设计方式不同，BIM技术应用于隧道工程设计中最重要的特点之一就是可以实现可视化。即BIM技术可以利用软件将设计图纸的二维线条重新整和，形成新的三维模型，使工程设计各阶段更加直观，这样就在很大程度上方便了设计人员的沟通交流和协同作业。此外，BIM技术应用在隧道工程设计中还有模拟性、协调性、碰撞检测、可出图性等优点。与此同时，在三维信息模型基础上增加边界条件变成4D模式，并在4D模式的基础上添加造价成本开展5D模拟以确立最终设计方案，保证工程造价成本的有效控制。

4、BIM技术在隧道工程三维设计中的应用

分析隧道模型创建流程（见图一）。处理大型项目和高级别的数据建模能力只有BIM这样的大型平台才会具有。而且信息传导可以在不同的软件之间进行共享。可以协调互相之间的工作能力，还可以拓展软件平台，增加软件平台的相互操作能力和多个用户复杂环境下的使用性。先明确整个隧道的设计特点，才能选择BIM设计的软件平台。带状分布也是隧道工程的主要特点。这么庞大的建筑体系存在于同一个区域，所以也是非常复杂的，因为隧道建设过程设计中也涵盖了非常多的复杂地形地貌。这也是代表着施工阶段将需要更多的信息指导，才能保证施工安全。整个隧道的施工都与地质关系非常密切，而隧道的设计质量和地质勘探的准确程度也有着非常大的关系，因此要结合实际因地制宜的结合隧道工程的实际特点来选择BIM软件使用的平台来大大提高隧道建设的效率和质量保障隧道建设安全性缩短，工期可以将成本大大降低。

图 1 基于 Revit+Dynamo 隧道模型创建流程

4.1BIM技术的应用

BIM技术不仅在三维设计中，设计者经常使用BIM技术来构建挖掘模型，通过挖掘模型来确定施工工艺是否符合当前的地质条件，开挖能否保证施工的安全，通过建模来模拟工况，计算受力，能否保证施工安全以及运营安全，同时优化衬砌设计，减少不必要的辅助措施或者增加安全保证措施。建模的实质是模拟隧道各个工序中各个构建空间对应关系，各个工序是否有冲突，能否保证施工开挖的安全，还有避免各个施工构件的打设之间的冲突，避免系统锚杆、超前锚杆、锁脚锚杆等的打设之间的相互干扰，调整合适的角度。在传统的设计过程中，设计者利用该方法模拟施工过程，绘制施工工艺流程图。该方法结构简单，能够满足设计和施工要求，能够明确表达设计意图，达到预期的设计目标。然而，如果隧道施工区复杂，设计需要涉及更多内容，如果设计者仍然使用绘制施工顺序图的方法，通常不可能准确地向施工人员传达设计意图，影响施工进度，施工质量难以保证。施工人员可采用BIM技术进行设计，并使用动态施工模型和模型对施工过程图纸进行自动细分和施工。BIM技术绘制的图纸可以更清楚地显示施工过程中构件的时空状态，便于施工人员理解。此外，施工人员还可以通过漫游BIM模型对各施工进行更清晰的理解，并根据实际情况进行调整。

4.2BIM隧道结构模型计算

许多暗埋段以及敞开段也都存在于隧道当中。设计师可以利用BIM技术来分析结构的模型。构建边界条件可以被供设计人员利用BIM在修改后再进行建立。结构软件在分析模式修改后，就不再具备分析其结构的能力，因此设计人员可以通过纬地等进行结构分析。软件数据传输主要被结构分析模型所承载。revit建立的结构分析模型与物理模型完全一致，而且在同等条件下可以利用构造函数分析模型，这样可以将隧道项目的位置简单容易的使用BIM技术建立模型，而且BIM技术还可以计算和分析已经被建立的模型。反应模型和弹性模型是整个隧道结构模型计算中的两种主要模型。根据反应模型的基本情况，可以将结构的重量从外部进行施加，不断增加单位面积上的基础压力。加大力与力的关系。经过弹性地基模型的实验分析。通过使用模型分析，可以减少许多设计师要进行的计算。并且整个概念非常清晰，不容易出错。而且该模型允许设计者计算一些软土区的结构。

5、结束语

最后，通过实际应用，发现将BIM技术应用于三维设计工作，可以为设计人员的工作提供更多的便利，大大提高设计人员的设计质量。图纸更加准确，提高了企业的施工水平，保证了隧道施工质量。

参考文献

[1]王志杰,马安震.BIM技术在铁路隧道设计中的应用[J].施工技术,2015(18):59-63.

[2]李丽,马婷婷,袁竹.BIM技术在铁路隧道设计中的应用[J].铁路技术创新,2014(5).