隧道工程BI M技術標準化及信息集成化管理對策分析

劉剛鋒

（中鐵長江交通設計集團有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

某隧道工程，全長18.78 km，雙洞全長37.56 km。該隧道工程按照高速雙向車道的公路標準建設，隧道凈寬11.2 m，凈高5 m，設計車速80 km/h。以隧道洞口為中心的2 000 m 范圍內無重要建筑設施，300 m 內無學校、居民樓。為促進隧道工程的標準化管理，建設單位引用BIM 技術，建立信息化的隧道工程施工管理平臺，將BIM 技術應用在該隧道工程的全生命周期內，全方位地管理工程質量、施工安全、施工進度。目前，該隧道工程已如期竣工，且工程質量、完成率符合業主要求。

2 BI M技術相關概念

BIM 技術是各類信息化、智能化軟件相互融合后，通過建立信息模型，滿足各類工程項目運維、施工管理要求的技術手段。基于BIM 技術，項目方可借助ENOVIA（協同管理）、CATIA（產品設計）、DELMIA（仿真應用）、3DVIA（三維展示）等平臺，標準化地管理工程施工活動，集成化地管理項目建設中的各類信息數據[1]。

其中，ENOVIA（協同管理）平臺可自動化采集、管理工程項目整個生命周期的數據信息，CATIA（產品設計）能夠在工程設計環節中用三維模型初步呈現工程設計方案。DELMIA（仿真應用）則可在施工階段，仿真模擬各子工程的施工情況，為施工進度、質量管理提供便利，3DVIA（三維展示）則是在工程運營管理階段，用三維立體模型做好項目建設中的風險管理，把控各工程中的施工參數。

隧道工程建設中，BIM 技術可結合隧道工程特點，將各個平臺用于隧道項目的整體規劃、設計管理、施工管理、運營管理中。通過建立隧道工程的BIM 模型，建設方可有效地梳理設計方案中隧道的空間結構、性能要求，實現隧道工程的標準化與集成化管理。

3 隧道工程應用BI M技術的基本思路

相較于其他類型的工程項目，隧道工程結構中的空間跨度較大，且工程施工區域呈帶狀分布，地質條件、空間設計對隧道工程施工也會產生直接的影響。因此，隧道工程建設時往往會產生大量的數據信息，如地質信息、環境系數、結構設計數據、現場勘測數據等。若無法集中管理隧道工程數據，會導致隧道工程中信息的利用率較低，不利于隧道工程的質量與進度管理[2]。但在BIM 技術的支持下，隧道工程可憑借該技術，集成化、標準化地進行管理并利用各類工程數據。具體應用方法可體現在以下內容中：

1）BIM 技術可結合現場的地質信息，提取有價值的參考數據，使設計人員能夠合理地規劃隧道工程，完成隧道洞口選址、隧道線路設計等工作。與此同時，相關人員可根據隧道工程的施工內容和結構特點，利用BIM 技術建立軌道、地形、主體結構相關的3D 模型，使施工人員模擬施工工藝，優化隧道工程的施工設計方案。

2）模擬隧道工程施工進度，用虛擬化的手段安排施工任務，加強進度管理。并在確保工程質量與安全的前提下，合理節約隧道工程施工成本，縮短周期，提升施工效率。

3）由于隧道工程的特殊性，利用地質信息、地形數據尤為重要。BIM 技術可自動過濾無價值的地質數據，更為直接地反饋隧道開挖、施工過程中的地質情況，監測隧道施工中的地形變化。比如，BIM 技術通過觀測地質數據，可提前察覺到隧道開挖時的應力激增風險，并及時調整施工方案。

4 隧道工程BI M技術標準化及信息集成化管理對策

基于BIM 技術對隧道工程進行標準化管理、信息集成化管理時，需要通過建立隧道工程的BIM 模型，高精度地分析隧道工程的施工數據、設計信息及以此在隧道工程的各個階段中發揮BIM 技術的應用價值，保證隧道工程的管理質量。

4.1 建模前準備

構建隧道工程BIM 模型前，相關人員應結合隧道工程建設的設計圖紙、項目規劃方案、施工技術獲取基礎性的工程信息。隨后確定隧道工程中各項設計參數，根據設計方案和施工方案建立BIM 模型，并依據隧道工程整體結構和子工程的分布情況，拆分隧道工程BIM 模型，梳理BIM 模型使用過程中隧道工程視圖信息的表達方法，確定模型參數。

在上述隧道工程案例中，建設方采用高精度的建模方法，同時根據模型中各子工程的施工設計，分別從模型構件命名、信息數據的追蹤反饋、模型精度控制、信息編碼分析等方面，評估該模型是否符合隧道工程管理的相關要求。比如，在隧道工程項目中，BIM 模型中各構件的命名可包括排水槽模型、初期支護模型、隧道超前支護模型等。

4.2 建立隧道工程的BI M信息模型

正式建立隧道工程的BIM 信息模型時，可結合隧道工程的整個生命周期，匯總隧道工程規劃設計、施工管理、運營維護等階段的數據信息，集成化地管理隧道工程信息，為隧道工程各階段的標準化管理打好基礎。

1）隧道工程規劃設計階段中，BIM 信息模型可反饋的信息數據包括隧道主體結構設計數據、設計方案篩選數據、洞口地質數據、隧道周圍地形數據、隧道線路規劃信息、隧道結構的非幾何信息等。

2）隧道工程施工環節中，BIM 信息模型的主要管理數據有施工監測數據、隧道開挖信息、隧道超前地質預告信息、隧道支護參數、施工進度、子工程質量驗收、施工風險預測數據等。

3）運營維護階段的隧道工程BIM 信息模型，則需要獲取隧道養護信息、常見質量病害的數據分析報告，以及隧道質量監測數據等。

4.3 高精度的隧道工程BI M模型

高精度隧道工程BIM 模型的應用是在集成化管理隧道工程信息的前提下，細化隧道工程各階段的管理流程，發揮BIM 技術在隧道工程中的管理優勢。

1）隧道工程GIS 規劃設計階段中，BIM 模型可顯示隧道工程空間結構、分布情況、線路規劃情況，具體包括隧道工程周圍的環境圖示、隧道洞口選址、隧道長度、隧道實際位置、隧道線型方案等。

2）基礎設計規劃完畢后，BIM 模型可促進隧道工程地質勘測工作的標準化管理。該模型可以詳細地記錄、分析隧道全線的地質情況，包括地形條件、復雜地質、環境系數等。同時直觀地反饋隧道工程中的地質信息，如隧道施工工作臺數量、隧道勘測數據、隧道洞口位置、隧道線路走向等。建模過程中，相關人員應將模型中的數據精度控制到1 cm 以內。

3）隧道工程建設中，高精度的BIM 模型同樣可用于隧道結構設計環節，完整、詳細地呈現隧道主體結構中的軌道信息、土建設計參數、結構設計信息等內容。具體可包括隧道土建工程的初次、超前支護數據和隧道施工中鋼拱架、支護裝置、錨桿等構件的規格信息及其幾何數據。除此之外，施工階段中，BIM 模型可自動采集隧道施工進度信息、隧道變形監測數據、隧道圍巖應力信息等，管理人員可憑借相關進度信息、施工參數，標準化、集成化地實施管理工作，制訂更有效的隧道工程管理方案。

4.4 隧道工程附屬BI M模型

隧道工程附屬BIM 模型是該類工程施工管理時針對各類子工程的建模。比如，在隧道開挖活動中，相關人員可利用該模型模擬隧道開挖時的施工進度、具體的工程量以及不同施工技術的應用效果，分別建立隧道巖體開挖BIM 模型、隧道支護BIM 模型、隧道開挖技術模型等。另外，隧道工程附屬BIM 模型能夠集成化地管理各類子工程的施工信息、施工文件，設計隧道現場標識模型、臨時搭建工程的BIM 模型，用標準化的模型數據給予施工人員、管理人員VR 體驗，使其有效地完成隧道工程附屬結構的施工作業。

4.5 隧道工程信息的集成管理

BIM 技術對隧道工程中工程信息的集成管理是該技術的應用優勢之一。相關主體可基于隧道工程BIM 模型集成化管理各類施工資料、基礎信息，進行可視化的技術交底，用直觀、立體的BIM 模型分別呈現隧道工程中的資料數據。比如，對于建設方，其在集成化管理隧道工程信息的基礎上，可借助BIM 技術的可視化特點清楚地向業主說明工程建設中的各項部署、規劃，說明各類施工工藝、設計方案應用的可行性、必要性，讓業主更為全面地了解隧道工程的建設情況。

基于此，相關人員可建立集成化的隧道工程信息管理平臺。在該平臺運行期間，業主、建設方、設計人員、監理人均可根據自身權限，在平臺中查詢隧道工程的相關信息。比如，直接在BIM 技術支持下，查看隧道主體結構的3D 模型，并根據模型上的注釋，獲取更詳細的視頻資料、圖片資料。對于隧道工程而言，主體結構的主要管理內容有圍巖登記、主體結構中的構件分布等，相關人員可借助模型剖析隧道結構設計，獲取有價值的管理信息。

結合JTG/T 3660—2020《公路隧道施工技術規范》，確定隧道工程的施工標準及技術標準，從而在管理模型中，虛擬施工現場時，合理調整施工參數，科學布置施工現場。對于虛擬現場，相關人員可建立隧道施工現場的三維模型，分別將施工設計資料、技術標準數據補充在模型內，以便于管理人員通過集成化應用信息優化調整現場布置方案。

質量管理過程中，BIM 技術能夠借助集成化的隧道工程信息管理平臺建立隧道工程施工質量模型，模型中包括質量驗收標準、施工進度、常見質量風險等內容。在質量驗收環節中，可直接在BIM 模型內輸入驗收信息，關聯驗收質量標準，逐一地排查質量問題。若發現質量問題，相關人員可通過模型從不同角度分析隧道工程質量問題的誘發因素，直觀地展示質量問題，持續改進施工方案；同時基于該方案模擬施工過程，分析該方案的可行性。在此過程中，還應詳細地記錄BIM模型質量管理的所有數據，便于管理人員定期核查模型內的管理記錄，查詢隧道工程質量驗收、質量問題處理情況，提高模型內質量信息的利用率，滿足隧道工程信息集成化管理要求，突出BIM 技術標準化管理優勢。

5 結語

綜上所述，隧道工程施工建設中，BIM 技術可在工程的設計及施工管理階段標準化地管理施工流程，加強隧道工程的質量管理和進度管理。同時通過建立隧道工程的BIM 模型，集成化地匯總隧道工程內的數據資源，生成隧道工程三維立體模型，并提取有價值的參考數據，直觀地呈現隧道施工中的空間結構，降低隧道施工的安全風險，高效率地完成隧道工程的施工管理任務，提升我國隧道工程的建設水平。