寶蘭客專石鼓山隧道BIM技術的研究及應用

■ 李延

寶蘭客專石鼓山隧道BIM技術的研究及應用

■ 李延

通過鐵路隧道BIM技術的研究和應用，建立隧道工程各專業族庫，實現鐵路隧道建設全生命周期的信息共享，實現基于監控量測、超前地質預報技術的隧道安全遠程監控和基于4D理念的隧道施工組織管理，培養參建各方掌握BIM的技術人員，實現整個鐵路行業三維信息技術成果的推廣應用。

寶蘭客專；石鼓山隧道；鐵路隧道；BIM技術；研究與應用

1 石鼓山隧道概況

寶蘭客專（陜西段）石鼓山隧道位于陜西省寶雞市渭濱區渭河南岸的石鼓鎮楊家山的西北黃土殘塬區，地形起伏較大，相對高差142 m，多辟為耕地，斜坡地段植被發育。隧道洞身下穿茵香河、張家溝、劉家河三條較大溝谷。隧道起訖里程DK639+430—DK643+760，隧道長4 330 m，為雙線隧道，隧道最大埋深133 m，最小埋深3 m。洞身除DK640+790.559—DK641+455.754位于直線上，進出口段分別位于半徑為8 000 m、8 004.6 m的曲線上，洞身縱坡依次為3‰/1 720 m、5.3‰/1200 m、20‰/1 410 m，進出口均緊鄰鄉鎮公路，交通條件較為便利。采用2座無軌運輸斜井輔助施工。

2 BIM技術的應用研究

2.1 基于BIM的地質模型建立

將地質數據庫中所有地層數據，包括空間位置、地質屬性、勘探數據等建立分層地質模型，符合隧道專業設計的要求，與隧道專業設計成果進行整合。利用二次開發，研究適用對地質模型修正、局部重構的功能，逐步優化三維地質模型的精度，滿足隧道專業施工圖設計的要求。

（1）軟件平臺選擇。目前國際上領先的三維軟件公司主要有歐特克（Autodesk）、達索和奔特力（Bentley），綜合考慮軟件性能、建模需求、施工模擬、運營維護等因素后，選擇達索系列軟件作為技術支持。建模采用CATIA軟件，輕量化展示采用3DVIA Composer軟件。歐特克平臺因應用范圍廣、軟件全面、價格低廉等優勢，在西成客專大秦嶺隧道的BIM技術研究中積極進行應用開發。

（2）三維地表建模。獲取石鼓山隧道區域10 km× 4 km的測繪數據，并制作正射影像（DOM）和數字高程模型（DEM）。基于Skyline軟件，通過金字塔技術將DOM和DEM集成，生成精細三維地形模型。

（3）三維地質建模。地質建模過程主要是根據地質調繪資料及已有的縱橫斷面來構建地層面，用建立好的地層面剖切體得到地質體。

（4）三維隧道建模。利用CAITA建模功能（如草圖繪制、拉伸、知識工程陣列等）建立參數化的、可聯動修改的石鼓山隧道三維模型。石鼓山隧道三維模型包括洞口、明洞、暗洞、附屬洞室、輔助坑道、防排水等部分。隧道模型包含如下特點：一是隧道模型達到施工圖精度，可以滿足施工步驟、工序等要求；二是隧道模型可進行快速調整，模型采用骨架驅動，骨架文件中包含線路信息、各項參數及草圖，此文件的更改可驅動隧道模型更改；三

是實現快速建模，利用CATIA軟件工程模板功能建立模板文件，可快速建立段落模型。建立的模板文件包括：斜切式洞門、耳墻式洞門、五心圓明洞、五心圓暗洞、三類附屬洞室、單雙車道斜井、洞內及洞口防排水，可覆蓋多數隧道形式。

2.2 基于BIM的隧道施工圖三維模型建立

（1）建立隧道部件庫：根據隧道設計中的各種隧道斷面類型，建立可用于隧道建模的各類部件，實現隧道的三維建模。

（2）實現基于BIM技術的隧道施工圖交付：對國內外常用的BIM軟件平臺、企業解決方案、應用接口技術開展調研工作，實現石鼓山隧道基于BIM技術的施工圖交付。

2.3 基于4D理念的隧道施工組織管理應用

一是研究施工BIM模型的創建標準；

二是研究BIM技術項目管理體系；

三是研究施工現場三維可視化交底模式；

四是研究臨時設施BIM模型建立及工程量統計方式；

五是研究施工工序和工法轉換模擬；

六是研究三維地質模型在施工安全質量方面的應用。

2.4 隧道施工安全技術與BIM技術的結合

圍巖量測、沉降監控、超前地質預報等隧道施工安全技術與BIM技術的結合：一是構建隧道施工的可視化動態模擬，進行施工過程監控量測；二是結合超前地質預報，進一步完善隧道施工圖三維地質模型。

2.5 施工現場三維可視化交底

在石鼓山隧道工作區安裝視頻監控系統、進口處設置電子顯示屏、所有進出隧道的管理及作業人員建立定位系統；在施工單位項目部建立視頻監控中心，實現現場施工的實時動態信息在視頻監控中心的同步，并通過網絡也能實現對施工動態信息的查看。建立電子施工作業指導書，實現三維可視化技術交底，真正意義上實現“所見即所得”，直觀、立體地展示出結構的各部位細部結構。

根據隧道施工工法的要求，對三臺階臨時仰拱施工方法進行施工模擬，在施工模擬的基礎上把時間軸加入到施工模擬中，并利用CATIA軟件把隧道三維設計模型轉換為施工模型，然后使用DELMIA軟件動態模擬三臺階臨時仰拱法施工和三臺階臨時仰拱法向雙側壁導坑法的施工工序轉換。

2.6 BIM技術項目管理體系研究

隧道BIM模型的應用，需通過建立管理平臺進行模型管理和應用。通過需求調研和深入研發，目前已初步建立了“寶蘭客專石鼓山隧道BIM協同管理平臺”，平臺中已建立安全管理、進度管理、文檔管理、施工日志、施工工藝、成本管理、BIM模型信息、系統設置、基礎配置、個人事務等功能模塊。平臺內有工程概況、企業文化、施工進度、電子施工日志、技術交底資料、安全教育、監控量測、圍巖量測預警信息、超前地質預報信息、機具、設備、人員管理、工程量統計等流程管理模塊。

3 研究建議

3.1 進一步提升建模能力

目前，鐵路隧道BIM技術應用尚屬初級階段，模型質量、建模效率、模型通用性須進一步提高：一是需規范建模流程，建立審查制度；二是定型各類隧道形式模板庫，以供設計選用；三是進一步加大二次開發力度，重點包括標準化建模、二維出圖、工程量統計、信息附加，便于行業的普遍應用；四是需研究BIM模型與大型計算軟件（如ANSYS、FLAC、MIDAS、ABAQUS等）的信息互換，以滿足隧道結構分析需求；五是開展多專業協同設計，根據BIM碰撞檢查功能提高設計質量。

3.2 模型在施工中的進一步應用

完成施工圖精度隧道模型建立后，需要在施工階段進行信息附加、動態調整等進一步應用：一是繼續研究參建各方所需信息，開展信息搜集整理、錄入集成，同時考慮建立標準體系；二是研究BIM模型對參建各方的信息提供與分享；三是進一步研究BIM模型的輕量化方法，實現BIM模型的展示。

4 結束語

鐵路隧道BIM技術研究與應用已取得了令人可喜的成果。中國鐵路總公司又在年內開工的64個項目中全面推廣BIM技術應用，隨著BIM技術在鐵路全行業的大力推廣應用，整個行業形成一種強有力的氛圍。相信在不久的將來，以鐵路工程設計、建設、運營全生命周期管理的目標會很快實現。

李 延：西蘭鐵路客運專線陜西有限責任公司，工程師，陜西 西安，710043

責任編輯高紅義

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1672-061X（2014）05-0064-02