BIM輔助鐵路隧道施工方案可視化設計應用

程子洪

摘 要：我國社會經濟快速發展的同時，加快我國當前高速鐵路工程建設的發展速度。但在建設高標準鐵路隧道施工過程中，由于傳統隧道仰拱施工工藝不能夠滿足現階段隧道施工技術的發展需求，造成在實際施工過程中，經常出現質量方面的問題，最終對施工質量造成影響。所以，仰拱和填充施工技術逐漸成為限制隧道高質量快速施工的重要因素。而我國現階段出現的BIM技術，主要以3D數字模型構成，采取三維模型聯動的設計方式，打破傳統的單一線條設計模式，提供準確的單位方案可視化設計的環境。由此可見，只有通過BIM模型設計技術，再采取全方位互動性直觀體現的方法，證明方案的合理性，然后保證在4D仿真環境下，展示方案的方法和流程。因此，本文主要針對施工中實際出現的問題，利用BIM技術可視化和協同性以及模擬性的特點，對隧道仰拱和仰拱填充施工裝備和工藝設計進一步分析和研究。

關鍵詞：BIM技術；鐵路隧道；施工方案；可視化設計；應用

中圖分類號：U452 文獻標志碼：A

我國當前時代發展速度，也帶動高速鐵路行業的發展速度，同時提高人們日常生活對鐵路建設質量的需求。但是由于我國當前實施的依然是傳統施工技術和設備，造成在實施施工過程中出現一些嚴重問題，在對施工進度造成影響的同時，最終對施工質量造成嚴重的影響。所以，在這樣的發展環境下，就需要采取我國當前先進的BIM技術，通過可視化功能，設計一套鐵路隧道施工的方案，在保證方案合理性的同時，最終保障施工的質量。

1 BIM施工方案設計的原理

我國傳統設計施工方案過程中，主要在施工圖上展示二維想象構思，依照往常的施工經驗看，會依照施工方案的要求，選擇施工設施和技術等等。但由于選擇的設施型號不合理，施工技術經常出現差異性，導致在施工中經常出現嚴重問題。但如果實施BIM技術具備的3D可視化設計環境和4D仿真環境，就可以為施工方案設施和工藝的設計以及可行性提供技術的途徑。圖1為隧道仰供填充模型。

另外，在實施施工方案的3D可視化和4D虛擬仿真技術過程中，其主要目的是為了能夠對施工方案的內容通過三維數字模型方式展現出來，其主要包括環境模型和解耦股模型以及施工設施模型。第一，站在環境模型角度，主要是施工方案的虛擬布置場地和前置以及后置施工工序的環境影響因素。第二，結構模型主要是施工方案虛擬建立的一個實體物。第三，施工設施模型主要是施工方案采用的機械設備和模板以及模具等相關作業設施，對于BIM輔助施工方案設計具有重要作用和意義。但依照模型結構的施工動態和之間的關系，需要采取施工分布的時間任務和模型構建，進一步體現施工方案的虛擬建造過程。除此之外，在通過BIM技術建立4D虛擬仿真環境過程中，可以實現對時間交互的過程模擬，對施工方案流程進行虛擬推演，通過動態技術和方法，檢查方案內部存在的可行性以及存在的問題，最終全面優化施工設施和技術等。圖2為BIM施工方案優化流程。

2 3D模型協同設計

在實施模型協同設計過程中，其自身具備比較基本的理念：第一，需要以現場施工環境，建立合適的環境模型，然后形成虛擬真實的環境設計。第二，在建立結構模型過程中，需要將未來施工中的對象融入到現有施工環境中。第三，在環境模型作業的范圍內，需要實際施工需求，在同一設計環境中，開展施工設備模型的可視化設計，最終有效實現施工方案模型協同設計的效果。另外，想要實現隧道仰拱和仰拱填充施工方案設計的可視化展示，就需要采取網絡技術，建立環境模型和隧道初期支護以及前方拱底土石方這3個方面。因此，只有通過BIM技術，利用其自身具備的3D模型系統設計工作，在確保施工進度的同時，有效滿足人們對鐵路施工建設的需求，進一步推進鐵路隧道施工方案的發展，最終實現鐵路隧道施工方案可視化的設計。

2.1 環境模型

在隧道施工的初級階段，需要將前方拱底的土石進行清理，為仰拱和仰拱填充施工方案的設計，奠定一個堅實的基礎。而在實際施工過程中，需要對施工各個環節和原則進行全面規劃，然后形成隧道初期支護和拱底土石的模型。另外，還需要格外注意，在建立初期支護模型過程中，需要具備靜態的施工環境，不參與任何施工方案的虛擬推演過程。

2.2 結構模型

在實際施工過程中，需要對施工各個環節劃分的原則進行全面考慮，然后建立一個完整的隧道仰拱和仰拱填充模型。而在實際建設過程中，還需要依照相關部門規定的數據標準，將其內部參數嚴格控制，確保建立模型的合理性。

2.3 施工設施模型

在建立隧道仰拱和仰拱填充施工方案的設施模型過程中，主要對仰拱和仰拱填充施工臺車進行設計，其中主要包含模板系統和行走系統兩個環節的設備。另外，在設計仰拱模板的過程中，主要分為左右兩面翻轉式的組合鋼板和模板，確保軸距的長度為6m，按照固定位置進行銜接，特別在減少固定鋼板部分時，就會對其自身造成嚴重影響，但可以進一步保障仰拱矮邊墻線的控制。除此之外，在建立端頭模板過程中，主要是由鋼板和型鋼梁組成，需要將仰拱模板和中心水溝模板的位置進行連接，確保形成的模板系統具備整體和準確以及快捷的特點。

3 4D虛擬施工

3.1 建立虛擬仿真環境

需要利用Timeliner模塊，將施工步驟和時間以及相關數據文件結合進去，從而形成虛擬環境下的時間任務項，然后依照相關規定標準，確保每一個施工環節的時間任務和模型構建的統一。另外，當模型成熟之后，需要在虛擬仿真的環境下，生成4D動態的模型，最終實現對施工方案的虛擬推演。

3.2 4D施工方案演示

在模擬隧道仰拱和仰拱填充施工流程過程中，需要經過多個流程，需要滿足以下幾個方面的需求：第一，測量放樣，確保模架系統的位置。第二，卷揚機驅動到下一個循環位置。第三，澆筑仰拱填充。圖3為施工設施模型。

3.3 效果評價

在設計仰拱模板過程中，主要核心為翻轉式組合鋼板，主要由固定部分和活動部分組合而成，在實現仰拱和仰拱填充連續循環澆筑的同時，確保對仰拱矮邊墻澆筑質量和線性嚴格的控制和管理。另外，在建立端頭模板過程中，需要依照仰拱和仰拱填充結構和對尺寸的要求進行設計，對于模板的地步和仰拱中間埋式止水的部分，需要確保其位置和形狀的統一，保證模板頂部與仰拱填充高度相同，最終對仰拱填充澆筑流程嚴格控制。除此之外，還需要通過端頭模架固定仰拱模架和中心水溝模架，逐漸形成可拆卸式的整體模板系統，然后依照單一的機械動力，采取循環移動快和準確的特點，在預防人工操作誤差現象出現的同時，確保交通的正常運行。由此可見，在開展仰拱施工過程中，只要分為兩個施工環節，第一，仰拱地步施工的區域。第二，仰拱和仰拱填充連續澆筑的施工區域，最終有效降低循環施工的時間。

結論

綜合上文所述，再通過BIM技術的實施，實現3D可視化設計環境和4D虛擬仿真環境，建立BIM輔助施工方可視化設計的方法和流程。另外，還可以設計三維數字模型，其中主要包含環境模型和結構模型以及施工設備模型。由此可見，通過BIM模型設計技術，采取4D虛擬現實的技術，對施工方案進行全面直觀的展示，最終將施工檔案的合理性全面優化。除此之外，BIM技術還可以幫助隧道仰拱和仰拱填充施工的可視化設計，并取得良好的效果和成績。因此，當鐵路隧道實際施工過程中，只有打破傳統施工技術和方案，采取先進的BIM技術，在滿足人們日常生活需求的同時，確保施工的質量，最終推進鐵路隧道施工行業的進一步發展。

參考文獻

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